专利名称：一种测量电纺丝工艺中射流螺旋段流速的方法
技术领域：
本发明属于电纺丝领域，具体涉及一种测量电纺丝工艺中射流螺旋段在不同高度水平面处流速大小的方法及装置。
背景技术：
电纺丝属于电流体(EHD)喷印技术中的一种，是目前制备纳米纤维的重要方法之一。电纺丝过程如附
图1所示，当外加直流高压电场后，原本在毛细管针头处悬挂的聚合物溶液/熔液液滴会形成泰勒锥，导致溶液/熔液喷射细流形成并被所加的高压电场加速形成纤维状射流。射流在到达接地的接收基板之前会干燥或固化，从而在接收装置上得到超细纤维。在电纺丝中，虽然在喷丝头顶部射流稳定为直线运动，但在射流加速飞向收集电极同时固化成纤维过程中，将呈螺旋形流动，此段内在同一高度水平面上，射流液滴近似为勻速圆周运动，在随后的过程中将出现“鞭动”等复杂的电流体动力学行为。为了研究电纺丝过程中螺旋段运动的规律以便研究不同工艺参数(如直流电压的大小，纺丝溶液的流量、纺丝溶液的电导率、电极距离等)对纺丝过程的影响，从而更有效的进行电纺丝，对射流螺旋段在不同高度水平面处流速进行表征非常重要。由于电纺丝速度的空间分布性，一般测量设备难以满足要求。目前可以采用的一种测量装置是粒子图像速度场仪(Particle Image Velocimetry,简禾尔 PIV)(参考文献 Adrian R. J. ；1991 :Particle_Imaging Techniques for Experimental Fluid Mechanics，Annual. Rev. Fluid Mech.，no.23， PP. 261-304)，其能实现全流场速度瞬态测量，且对流场干扰较小，但需要其做辅助设备，复杂且成本较高，无法快速有效的进行速度测量。
发明内容
本发明的目的在于提出一种测量电纺丝工艺中射流螺旋段流速的方法，利用高速运动的接收装置获得射流纤维的轨迹，根据轨迹测量出流速，从而快速有效的获得电纺丝流速在空间不同高度处的分布规律。本发明的技术方案为一种电纺丝过程中射流螺旋段流速的测量方法，包括如下步骤(1)收集电纺丝在电纺丝射流螺旋段下方一定高度处的水平面上设置一勻速运动的基板，获得单根纤维的轨迹，并记录基板的运动速度大小Vtl ；(2)计算出射流螺旋段的流速对获得的轨迹进行测量，得到轨迹上最高点与最低点间的纵向距离I1和轨迹上任意两个最高点或两个最低点间的横向距离lo，进而计算出射流螺旋段的流速Vm ；(3)调节基板为各种不同高度水平面，重复上述步骤(1)和步骤0)，分别计算得到电纺丝过程中射流螺旋段在不同高度水平面处的流速大小，即可获得电纺丝流速在空间不同高度处的分布规律。进一步地，所述射流螺旋段的流速Vm按如下公式
权利要求
1.一种电纺丝过程中射流螺旋段流速的测量方法，包括如下步骤(1)收集电纺丝在电纺丝射流螺旋段下方一定高度处的水平面上设置一勻速运动的基板，获得单根纤维的轨迹，并记录基板的运动速度大小Vtl ；(2)计算出射流螺旋段的流速对获得的轨迹进行测量，得到轨迹上最高点与最低点间的纵向距离I1和轨迹上任意两个最高点或两个最低点间的横向距离Ici,进而计算出射流螺旋段的流速Vm ；(3)调节基板为各种不同高度水平面，重复上述步骤(1)和步骤O)，分别计算得到电纺丝过程中射流螺旋段在不同高度水平面处的流速大小，即可获得电纺丝流速在空间不同高度处的分布规律。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述射流螺旋段的流速Vm按如下公式_ InR _ TrllJiV0mrpJ丄/〇其中，k为两最高点或两最低点间的周期个数，R为射流液滴在该高度处的水平面上旋转运动的半径，^ = #，T为射流液滴在该高度处的水平面上旋转运动的运动周期。 2
3.根据权利要求1和2所述的方法，其特征在于，步骤( 中，所述纵向距离I1可通过多次测量最高点与最低点间的纵向距离再取其平均值得到，即k =丄(A1+A2+…+ A Jη其中，Ili为最高点与最低点纵向距离的第i次测量值，i = 1，2，. . .，n，其中η为测量次数。
全文摘要
本发明公开了一种电纺丝过程中射流螺旋段流速的测量方法，包括如下步骤(1)在电纺丝射流螺旋段下方一定高度处的水平面上设置一匀速运动的基板，获得单根纤维的轨迹，并记录基板的运动速度大小V0；(2)对获得的轨迹进行测量，得到轨迹上最高点与最低点间的纵向距离l1和轨迹上任意两个最高点或两个最低点间的横向距离l0，进而计算出射流螺旋段的流速Vm；(3)调节基板为各种不同高度水平面，重复上述步骤(1)和步骤(2)，分别计算得到电纺丝过程中射流螺旋段在不同高度水平面处的流速大小，即可获得电纺丝流速在空间不同高度处的分布规律。本发明可实现电纺丝技术射流螺旋段不同高度处流速的测量，且测量时不受纤维形态的影响。
文档编号G01P5/18GK102353807SQ201110160100
公开日2012年2月15日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者刘洵, 尹周平, 布宁斌, 黄永安 申请人:华中科技大学