直線型電極靜電紡絲技術(shù)及裝備的研究與實現(xiàn).pdf

1、靜電紡絲納米纖維具有纖維直徑小、比表面積大、孔隙率高等優(yōu)異的特性，使得其在高效過濾、新能源、生物醫(yī)藥等應(yīng)用領(lǐng)域得到快速的發(fā)展，因而高質(zhì)量的納米纖維膜的需求不斷增加。因此，如何實現(xiàn)大規(guī)模批量化生產(chǎn)高質(zhì)量的納米纖維成為當(dāng)前研究的熱點。直線型電極靜電紡絲技術(shù)以其紡絲效率高、連續(xù)生產(chǎn)能力好、設(shè)備可操作性好等突出優(yōu)點，是目前最有可能將納米纖維推向工業(yè)化量產(chǎn)的技術(shù)。
　　直線型電極靜電紡絲裝備是一個集機(jī)、電、液等領(lǐng)域技術(shù)于一體的高端自動化裝備

2、，該裝備緊密融合了靜電紡絲多射流工藝與智能化控制平臺，如何實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)高質(zhì)量納米纖維是該裝備的關(guān)鍵所在。由于直線型電極靜電紡絲裝備過程控制參數(shù)多元混雜、各模塊緊密耦合等因素導(dǎo)致該裝備仍然有一些關(guān)鍵技術(shù)沒有解決，主要包括缺乏全局控制系統(tǒng)導(dǎo)致納米纖維膜質(zhì)量參差不齊問題，纖維成型過程中涂覆參數(shù)調(diào)控策略不明確導(dǎo)致納米纖維沉積不均勻問題，卷繞收集過程中缺乏張力控制系統(tǒng)導(dǎo)致成品納米纖維膜力學(xué)性能差問題，這些問題成為直線型電極靜電紡絲技術(shù)批量制備高質(zhì)

3、量的納米纖維膜的技術(shù)瓶頸。
　　針對上述問題，本文以直線型電極靜電紡絲裝備為研究對象，以研發(fā)能夠批量生產(chǎn)高質(zhì)量的納米纖維膜的裝備及控制系統(tǒng)為目標(biāo)，對相關(guān)工藝參數(shù)控制策略及控制算法進(jìn)行了研究，并應(yīng)用于所開發(fā)的控制系統(tǒng)。本文主要工作如下：
　?。?）依據(jù)直線型電極靜電紡絲制備納米纖維膜的紡絲機(jī)理，分析其技術(shù)路線得出裝備關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)一步提出裝備設(shè)計架構(gòu)，分析裝備各子系統(tǒng)功能并設(shè)計直線型電極靜電紡絲裝備各功能模塊硬件，同時搭建以運(yùn)動

4、控制器為硬件平臺的全局控制系統(tǒng)，并設(shè)計全局控制系統(tǒng)軟件。
　　（2）為解決纖維成型過程中涂覆參數(shù)調(diào)控策略不明確導(dǎo)致的納米纖維沉積不均勻問題，首先結(jié)合紡絲實驗現(xiàn)象與定量分析闡述溶液涂覆過程對纖維沉積不均勻的影響機(jī)理，在此基礎(chǔ)上建立電極絲表面溶液量的數(shù)學(xué)模型，得出影響納米纖維沉積均勻性的主要因素，同時提出涂覆均勻性評價方法；其次，為改善納米纖維沉積不均勻問題，提出一種Logistic型涂覆運(yùn)動規(guī)劃模型，并基于平臺技術(shù)參數(shù)完成模型參數(shù)辨

5、識，進(jìn)一步得到涂覆過程參數(shù)的規(guī)劃控制模型；最后，涂覆均勻性評價方法與實驗分析表明該運(yùn)動規(guī)劃模型能夠有效提高纖維沉積的均勻性。
　?。?）針對卷繞收集過程中缺乏張力控制系統(tǒng)導(dǎo)致成品納米纖維膜力學(xué)性能差問題，設(shè)計浮動輥張力機(jī)構(gòu)并分析張力波動產(chǎn)生的原因，進(jìn)一步建立張力控制系統(tǒng)各部分的數(shù)學(xué)模型，獲得張力控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)；針對張力控制系統(tǒng)非連續(xù)、時變的特點，提出將模糊自適應(yīng)PID控制算法應(yīng)用于張力控制系統(tǒng)，進(jìn)一步的設(shè)計張力系統(tǒng)的模糊自適應(yīng)