一種氣流輔助離心紡絲裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明用于離心紡絲技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種氣流輔助離心紡絲裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)制備納米纖維的方法有拉伸法、相分離法、靜電紡絲法等，但是，以上方法都難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，不能滿市場對納米纖維的需求。
[0003]離心紡絲(Centrifugal Spinning)是一種新型的微納米纖維制備技術(shù)，是利用高速旋轉(zhuǎn)的裝置產(chǎn)生的離心力將聚合物熔體或溶液由噴絲孔甩出成纖。該技術(shù)的出現(xiàn)為納米纖維的制備提供了一種新途徑。離心紡絲是聚合物熔體或溶液從噴絲孔甩出后在離心力作用下拉伸成纖維。在此過程中，離心力起著重要作用。聚合物熔體或溶液被擠出后，高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心力是聚合物拉伸的主要作用力之一。
[0004]中國專利CN200720312288.1提出了一種利用帶孔環(huán)形隔片引導(dǎo)出多根絲的離心紡絲技術(shù)。該裝置工作時先將物料送至旋轉(zhuǎn)盤內(nèi)腔，在離心力作用下溶液或熔體由環(huán)形隔片的小孔流出外腔，并進一步加速，通過噴絲口噴出纖維。該裝置紡制的纖維具有尺寸范圍寬、孔徑大、孔隙率高等優(yōu)點，尤其適合于聚酯類可生物降解組織工程支架材料的制備。美國專利US20090280325A1提出了一種新型的離心紡絲方法，命名為Forcespinning，該方法通過多個微孔實現(xiàn)了紡絲的量化生產(chǎn)。這種離心紡絲設(shè)備的單孔產(chǎn)量可達1 g/min，紡制纖維的直徑約300nmo
[0005]目前，離心紡絲收集方式，多采用在噴頭圓周方向設(shè)置環(huán)形收集擋板或圓周環(huán)繞的傳送帶，纖維在離心力作用下，被甩出附著在擋板或傳送帶上，收集獲得的纖維結(jié)構(gòu)致密，且多為二維薄膜結(jié)構(gòu)。另一方面，僅在離心力作用下拉伸獲得纖維，纖維的直徑較大，通常在1 μπι左右，而且纖維直徑分布不均勻。
[0006]因此，就限制了其廣泛應(yīng)用。尤其是在生物組織工程領(lǐng)域，相比致密的二維薄膜，對具有蓬松結(jié)構(gòu)的小直徑三維納米纖維支架有更迫切的需求。因此大量制備具有三維蓬松結(jié)構(gòu)的納米纖維成為了研究的重點和發(fā)展趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種可大量制備具有三維蓬松結(jié)構(gòu)納米纖維的氣流輔助離心紡絲裝置。
[0008]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種氣流輔助離心紡絲裝置，包括離心噴頭、供氣裝置、敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置及驅(qū)動所述離心噴頭轉(zhuǎn)動的離心驅(qū)動機構(gòu)，所述離心噴頭內(nèi)部具有儲液腔，離心噴頭上設(shè)有在離心噴頭轉(zhuǎn)動時使儲液腔內(nèi)的紡絲溶液或熔體噴出的出絲細孔，所述敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置包括轉(zhuǎn)軸、可驅(qū)動所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的傳動裝置以及設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸上的若干支撐臂，支撐臂隨轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時可形成正對所述離心噴頭的碗狀回轉(zhuǎn)面，所述敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置設(shè)置多個，且多個所述敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置以所述離心噴頭為中心排列成環(huán)形，所述離心噴頭上在所述出絲細孔的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)氣通道，所述導(dǎo)氣通道與所述供氣裝置連接，并可產(chǎn)生由出絲細孔吹向敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置的氣流。
[0009]進一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進，所述支撐臂采用彎曲的金屬片或金屬桿或塑料桿，各所述支撐臂均勻的分布在所述轉(zhuǎn)軸上并形成碗狀的爪結(jié)構(gòu)。
[0010]進一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進，所述多個敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置之間等間距設(shè)置，多個敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置與離心噴頭之間距離可調(diào)節(jié)。
[0011]進一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進，所述離心噴頭呈圓筒狀，離心噴頭的外圓筒壁上開設(shè)若干出絲細孔，所述離心噴頭的底部形成向下凸起的錐面，并在所述錐面的下方設(shè)有導(dǎo)流罩板，所述導(dǎo)流罩板與錐面間形成導(dǎo)氣通道，所述導(dǎo)氣通道在離心噴頭的外圓筒壁底部邊緣形成出氣口。
[0012]進一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進，所述離心噴頭的頂部設(shè)有頂蓋，頂蓋的中部開設(shè)進料口和進氣口，所述進氣口通過導(dǎo)氣管與供氣裝置連接，還包括供液裝置，所述供液裝置通過導(dǎo)液管接入所述進料口。
[0013]進一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進，所述離心驅(qū)動機構(gòu)包括設(shè)在所述離心噴頭底部的旋轉(zhuǎn)軸和通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)軸連接的第一電機。
[0014]進一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進，所述傳動裝置包括輸出端與轉(zhuǎn)軸連接的第二電機，所述第一電機、第二電機均為可調(diào)速直流電機。
[0015]進一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進，還包括罩在所述離心驅(qū)動機構(gòu)頂部的外殼，所述外殼為中空的圓筒狀，外殼的頂部設(shè)有圓孔，所述旋轉(zhuǎn)軸穿過穿過圓孔與離心噴頭相連。
[0016]進一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進，所述外殼的頂部設(shè)有可對離心噴頭加熱的加熱裝置。
[0017]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所揭示的的離心氣紡絲裝置，通過合理設(shè)置離心噴頭、離心驅(qū)動機構(gòu)，并將敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置以所述離心噴頭為中心設(shè)置成環(huán)形，離心噴頭下方有導(dǎo)氣通道，內(nèi)部通有高壓氣流，使得離心噴頭在離心驅(qū)動機構(gòu)的驅(qū)動下作旋轉(zhuǎn)運動時，在離心力和氣流壓力的共同作用下，射流從出絲細孔噴出，出絲更容易，并在離心力和氣流拉力的共同作用下拉伸變細，蒸發(fā)。離心力和輔助氣流的共同作用可以使納米纖維在敞開式接收器上沉積成為三維結(jié)構(gòu)，減小了纖維直徑，提高了纖維的均勻度和生產(chǎn)效率，同時，提高了沉積的厚度，而且獲得的支架結(jié)構(gòu)蓬松，密度小，更有利于組織工程應(yīng)用中的細胞生長；另一方面，通過增加輔助氣流，加速了溶劑的蒸發(fā)和流通，可防止獲得的三維支架纖維之間由于溶劑蒸發(fā)不及時或者溶劑蒸汽濃度過高造成的二次溶解，導(dǎo)致粘連現(xiàn)象。
[0018]本發(fā)明創(chuàng)新地使用敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置，將氣流輔助離心紡絲獲得的納米纖維進行三維收集，相比傳統(tǒng)平板收集器或者封閉式收集器，可有效地使離心噴頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加氣流和輔助拉伸的高壓氣流通過，從而避免產(chǎn)生反沖氣流，影響纖維沉積。相反地，氣流還可在一定程度起到沉積導(dǎo)向作用，定向輔助電紡絲獲得的納米纖維沉積，成為具有特定形狀、結(jié)構(gòu)蓬松的三維纖維支架。
[0019]通過將敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置設(shè)置成環(huán)形陣列，增大了收集纖維的空間，從而實現(xiàn)離心氣紡三維納米纖維的大量制備，以滿足使用需求。
【附圖說明】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
圖1是本發(fā)明紡絲原理結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明離心噴頭、離心驅(qū)動機構(gòu)、外殼和加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明離心噴頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]參照圖1至圖3，其顯示出了本發(fā)明之較佳實施例的具體結(jié)構(gòu)。以下將詳細說明本發(fā)明各元件的結(jié)構(gòu)特點，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)時，是以圖1所示的結(jié)構(gòu)為參考描述，但本發(fā)明的實際使用方向并不局限于此。
[0022]參照圖1、圖2，本發(fā)明提供了一種氣流輔助離心紡絲裝置，包括離心噴頭1、供氣裝置6、敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2及驅(qū)動所述離心噴頭1轉(zhuǎn)動的離心驅(qū)動機構(gòu)，所述離心噴頭1內(nèi)部具有儲液腔10，離心噴頭1上設(shè)有在離心噴頭1轉(zhuǎn)動時使儲液腔內(nèi)的紡絲溶液或熔體噴出的出絲細孔11，所述敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2包括轉(zhuǎn)軸21、可驅(qū)動所述轉(zhuǎn)軸21轉(zhuǎn)動的傳動裝置22以及設(shè)在所述轉(zhuǎn)軸21上的若干支撐臂23，所述傳動裝置22包括輸出端與轉(zhuǎn)軸21連接的第二電機，所述第二電機為可調(diào)速直流電機。所述支撐臂23采用彎曲的金屬片或金屬桿或塑料桿，各所述支撐臂23均勻的分布在所述轉(zhuǎn)軸21上并形成碗狀的爪結(jié)構(gòu)。支撐臂23隨轉(zhuǎn)軸21轉(zhuǎn)動時可形成正對所述離心噴頭1的碗狀回轉(zhuǎn)面，所述敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2設(shè)置多個，且多個所述敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2以所述離心噴頭1為中心排列成環(huán)形，所述離心噴頭1上在所述出絲細孔11的一側(cè)設(shè)有導(dǎo)氣通道13，所述導(dǎo)氣通道13與所述供氣裝置6連接，供氣裝置6能向?qū)馔ǖ?3提供不同種類、溫度、濕度、氣壓的氣體，并可產(chǎn)生由出絲細孔11吹向敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2的氣流。本發(fā)明創(chuàng)新地使用敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2，將氣流輔助離心紡絲獲得的納米纖維進行三維收集，相比傳統(tǒng)平板收集器或者封閉式收集器，可有效地使離心噴頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的附加氣流和輔助拉伸的