静电纺丝装置和方法制造方法及图纸

提供了一种静电纺丝装置，其具有用于容纳包含聚合物熔体或聚合物溶液的液体的容器以及布置为从容器中排出液体流的喷嘴。收集器在静电纺丝期间收集电纺材料以便形成纤维结构。该装置包括光学测量系统，其在收集器的表面上的至少一个位置处测量收集器与光学测量系统之间的基线距离，并且还在静电纺丝过程期间测量光学测量系统与纤维结构的瞬时顶层之间的瞬时距离。处理器计算纤维结构的瞬时厚度。一旦达到所需厚度，就可以停止静电纺丝。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】静电纺丝装置和方法
本专利技术涉及静电纺丝装置和使用此类装置生产纤维结构的方法。本专利技术还涉及用于测量纤维结构的厚度的测量装置和测量纤维结构的厚度的方法。
技术介绍
静电纺丝是一种生产直径从几十纳米到几十微米的连续纤维的方法。为了电纺纤维，可以通过小型导电喷嘴供给合适的液化材料。可以通过在喷嘴与对电极之间施加高电压来对液化材料充电。所生成的电场致使喷嘴尖端处的液滴产生锥形变形。一旦这个液滴的表面张力被电力克服，便由液滴形成射流并且形成朝向对电极移动的纤维。在朝向对电极飞行期间，纤维被作用于其上的不同力连续拉伸和拉长，从而减小其直径并且允许其固化(通过蒸发溶剂或冷却材料)，使得固体纤维沉积在收集器上(所述收集器刚好放置在对电极之前或者对电极被直接用作收集器)。当静电纺丝过程运行一段时间时，在对电极或收集器上形成纤维层结构。由于这种结构的纤维直径极小并且具有多孔性，难以准确地测量所得纤维结构的厚度，因为所述结构的表面由非常薄的纤维组成并且因此是可压缩的。此外，所述结构的表面并不光滑，而是由纤维和孔隙的(随机或定向)网格组成。需要与结构直接接触的厚度测量方法将产生不准确的结果，因为测量装置的机械接触会压缩纤维结构。如SEM和光学显微镜等其它测量方法是破坏性的，因为它们需要切开纤维结构以允许测量系统“观察”结构的横截面。
技术实现思路
已知的用于对电纺纤维结构进行厚度测量的方法的缺点是它们只能在生产纤维结构之后应用并且因此不能在原位应用。本专利技术的一个目的是提供一种静电纺丝装置，其使得能够在原位测量所生产的纤维结构的厚度。本专利技术的第一方面提供一种静电纺丝装置，其包括：-容器，用于容纳包含聚合物熔体或聚合物溶液的液体；-喷嘴，布置为从容器中排出液体流；-收集器，用于在静电纺丝过程期间收集来自喷嘴的电纺材料以便在收集器的表面上形成纤维结构；-电压供应系统，布置为在喷嘴与收集器之间产生电压差，-光学测量系统，布置为在至少一个预定义位置处测量收集器的表面与光学测量系统之间的基线距离，并且在静电纺丝过程期间在所述至少一个预定义位置处重复测量纤维结构的瞬时顶层与光学测量系统之间的瞬时距离；-处理器，布置为从光学测量系统接收测量的基线距离和瞬时距离并且对于所述至少一个位置计算纤维结构的瞬时厚度。通过在静电纺丝装置中使用测量与收集器的距离和与瞬时顶层的距离的光学测量系统，原位测量是有可能的。可以在一个位置处或在多个位置处计算瞬时厚度。这些位置可以由用户或操作者通过提供一个或多个坐标来预定义。在静电纺丝过程期间，所述装置测量正被生产的电纺纤维结构的厚度。与已知厚度测量相比，这将改善对生产过程的控制，在已知厚度测量中在纺丝过程之后进行测量。此外，纤维结构不需要被接触或切割成片。可以通过在至少一个位置处测量从收集器到光学测量系统的距离和从(瞬时)顶层到光学测量系统的距离来非常精确地测量厚度。通过还测量从收集器到光学测量系统的距离，可以制作一种初始高度图或基线，使得收集器表面的波动得以校正。在收集器为可旋转收集器的情况下，还可以补偿由于收集器的轴线取向引起的波动。在实施方式中，收集器相对于喷嘴可移动地布置。以此方式，可以使用相对较大的收集器，其可以在较宽区域上被电纺材料覆盖，从而产生大纤维结构。此外，通过相对于收集器移动喷嘴，纤维的均匀和不均匀分布以及因此收集器上的均匀和不均匀结构厚度都是有可能的。在实施方式中，光学测量系统相对于收集器的表面可移动地布置。以此方式，一个测量系统可以用于在收集器上的若干位置处进行测量。可替代地，光学测量系统相对于收集器的表面静止地布置以便在单个位置处进行测量。在这个实施方式中，不需要移动装置元件，并且测量系统将能够非常精确地在原位测量距离。任选地，可以使用若干测量系统，诸如若干三角测量传感器，其相对于收集器布置在不同预定义位置处。在实施方式中，处理器被布置为依据在至少一个预定义位置处的所计算的纤维结构的瞬时厚度来控制以下各项中的至少一者：-电压差；-通过喷嘴的材料供给；-相对于收集器的喷嘴位置。因此，在这个实施方式中，瞬时厚度的反馈用于控制或调节电压差和/或材料供给和/或相对于收集器的喷嘴位置。测量的厚度的这种在线反馈导致结构的受控生产，并且使得纺丝过程能够继续朝着预定义目标结构厚度进行。此外，与已知装置相比，可以实现静电纺丝材料浪费的减少。在实施方式中，处理器被布置为控制电压供应系统以便一旦达到纤维结构的期望厚度就停止静电纺丝过程。这提供了朝着预定义结构厚度继续纺丝过程的能力。还可以实现静电纺丝材料浪费的额外减少。在实施方式中，处理器被布置为控制收集器相对于喷嘴的移动以便在不同位置处产生纤维结构的不同厚度。以此方式，可以产生在不同位置处具有不同厚度的较复杂纤维结构。在实施方式中，收集器能够围绕旋转轴线旋转。收集器可以是圆柱形的或具有较复杂的自由形状。当使用此类旋转形状时，可以设想许多结构。相对简单的结构可以是管状结构，其可以在医学领域中用作支架。管状结构还可以在纺丝过程之后被切割并展平以产生大致平坦的电纺材料层。在实施方式中，光学测量系统包括激光装置和光学传感器，其中激光装置被布置为朝向收集器发送光束，并且传感器被布置为测量来自收集器和/或纤维结构的反射辐射。如上文提到，光学测量使得非接触式测量成为可能，并且不会对纤维结构造成损坏。光学系统可以包括激光器和光学传感器，它们可以放置在远离收集器一定距离处以避免在静电纺丝过程期间与测量系统发生干涉。在实施方式中，光学传感器是1D或2D传感器阵列，其被布置为检测沿着至少一个轴线的辐射，其中处理器被布置为将沿着传感器的轴线的辐射强度转换成反射曲线并且检测反射曲线中的第一峰值，其中第一峰值由处理器用来确定收集器或纤维结构的瞬时顶层与光学测量系统之间的距离。通过使用反射曲线的第一峰值，对不同类型的反射表面(固体或多孔)进行可再现距离测量是有可能的。在具体实施方式中，光学测量系统包括激光三角测量传感器。此类传感器是非接触式的、精确的且具成本效益的。此外，可以使用光学测量系统与收集器之间的相对较长距离，使得可以避免测量装置的干涉。在实施方式中，激光装置布置为产生横截面在25μm与5000μm之间、优选在70μm与2500μm之间的激光束。由激光产生的光斑可以是圆形、椭圆形或线形的。激光束的优选横截面大到足以覆盖电纺纤维结构的瞬时顶层处的许多纤维和孔隙以从电纺纤维结构的瞬时顶层产生足够反射(可检测的辐射强度量)，尽管小到足以能够区分电纺纤维结构的瞬时顶层上的关注区中的小高度(距离)差异。在实施方式中，所述装置包括用户接口，其中处理器被布置为经由用户接口从用户接收预定义坐标。用户可以自由地选择计算纤维结构的厚度所在的一个或多个坐标。坐标的选择可以通过用户或操作者在测量之前与加载于处理器上的控制软件交互来完成。在实施方式中，静电纺丝装置还包括位置测量系统，其被布置为测量收集器相对于光学测量系统的位置。处理器然后可以被布置为从位置测量系统接收位置信息并且依据所接收的位置信息来触发光学测量系统。用户可以在收集器上定义需要进行测量的一些测量位置。这些位置可以被编程在处理器中所并入的所谓触发控制器中，所述触发控制器触发使用光学测量系统在选定测量位置上采集测量点。以此方式，有可能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静电纺丝装置(100)，包括：‑容器(50)，用于容纳包括聚合物熔体或聚合物溶液的液体；‑喷嘴(51)，布置为从所述容器中排出所述液体的流；‑收集器(1)，用于在静电纺丝过程期间收集来自所述喷嘴的电纺材料，以便在所述收集器的表面上形成纤维结构；‑电压供应系统(14)，布置为在所述喷嘴与所述收集器之间产生电压差，‑光学测量系统(8、12；108)，布置为在至少一个预定义位置处测量所述收集器的所述表面与所述光学测量系统之间的基线距离，以及在所述静电纺丝过程期间，在所述至少一个预定义位置处，重复测量所述纤维结构的瞬时顶层与所述光学测量系统之间的瞬时距离；‑处理器(111)，布置为从所述光学测量系统接收所测量的基线距离和所述瞬时距离，以及计算所述至少一个位置处的所述纤维结构的瞬时厚度。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.04.21 NL 20166521.一种静电纺丝装置(100)，包括：-容器(50)，用于容纳包括聚合物熔体或聚合物溶液的液体；-喷嘴(51)，布置为从所述容器中排出所述液体的流；-收集器(1)，用于在静电纺丝过程期间收集来自所述喷嘴的电纺材料，以便在所述收集器的表面上形成纤维结构；-电压供应系统(14)，布置为在所述喷嘴与所述收集器之间产生电压差，-光学测量系统(8、12；108)，布置为在至少一个预定义位置处测量所述收集器的所述表面与所述光学测量系统之间的基线距离，以及在所述静电纺丝过程期间，在所述至少一个预定义位置处，重复测量所述纤维结构的瞬时顶层与所述光学测量系统之间的瞬时距离；-处理器(111)，布置为从所述光学测量系统接收所测量的基线距离和所述瞬时距离，以及计算所述至少一个位置处的所述纤维结构的瞬时厚度。2.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其中，所述收集器相对于所述喷嘴能够移动地布置。3.根据权利要求1或2所述的静电纺丝装置，其中，所述光学测量系统(8、12；108)相对于所述收集器(1)的所述表面能够移动地布置。4.根据权利要求1所述的静电纺丝装置，其中，所述光学测量系统(8、12；108)相对于所述收集器(1)的表面静止地布置，以便在单个位置处进行测量。5.根据前述权利要求中任一项所述的静电纺丝装置，其中，所述处理器布置为根据在所述至少一个预定义位置处所计算的所述纤维结构的瞬时厚度来控制以下中的至少一项：-所述电压差；-通过所述喷嘴的材料供给；-相对于所述收集器的喷嘴位置。6.根据前述权利要求中任一项所述的静电纺丝装置，其中，所述处理器布置为控制所述电压供应系统，以便一旦达到所述纤维结构的期望厚度就停止所述静电纺丝过程。7.根据前述权利要求中任一项所述的静电纺丝装置，依据权利要求2，其中，所述处理器布置为控制所述收集器相对于所述喷嘴的移动，以便在不同位置处产生不同厚度的所述纤维结构。8.根据前述权利要求中任一项所述的静电纺丝装置，其中，所述收集器能够围绕旋转轴线旋转。9.根据前述权利要求中任一项所述的静电纺丝装置，其中，所述光学测量系统包括激光装置和光学传感器，其中，所述激光装置布置为朝向所述收集器发送光束，以及所述传感器布置为测量来自所述收集器和/或所述纤维结构的反射辐射。10.根据权利要求9所述的静电纺丝装置，其中，所述传感器是1D或2D传感器阵列，所述传感器阵列布置为检测沿着至少一个轴线的辐射，其中，所述处理器布置为将沿着所述传感器的所述轴线的辐射强度转换成反射曲线，并且检测所述反射曲线中的第一峰值，其中，所述第一峰值由所述处理器用来确定所述收集器或所述纤维结构的所述瞬时顶层与所述光学测量系统之间的距离。11.根据前述权利要求中任一项所述的静电纺丝装置，其中，所述光学测量系统包括激光三角测量传感器。12.根据权利要求9至11中任一项所述的静电纺丝装置，其中，所述激光装置布置为产生横截面在25μm与5000μm之间、优选在70μm与2500μm之间的激光束。13.根据前述权利要求中任一项所述的静电纺丝装置，其中，所述光学测量系统(8、12；108)能够相对于所述收集器的所述表面移动，并且布置为在与多个预定义坐标对应的多个位置处测量所述基线距离和所述瞬时距离。14.根据权利要求13所述的静电纺丝装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·约翰尼斯·弗朗西斯·玛丽亚·詹森，拉蒙·胡伯尔特斯·马蒂斯·索尔伯格，
申请(专利权)人：创新机械工程技术公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL