一種大量制備三維納米纖維支架的離心電紡裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明用于離心紡絲技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種大量制備三維納米纖維支架的離心電紡裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲技術(shù)是目前制備納米纖維最重要的方法。這一技術(shù)的核心是使帶電射流在靜電場(chǎng)中拉伸與變形，最終得到纖維狀物質(zhì)，從而為高分子納米材料提供了一種新的加工方法。靜電紡絲技術(shù)具有操作簡便、適用范圍廣、生產(chǎn)效率相對(duì)較高的優(yōu)點(diǎn)，紡制出的納米纖維具有纖維細(xì)、比表面積大、孔隙率高等特點(diǎn)，因此靜電紡絲技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]傳統(tǒng)的靜電紡絲法多為直流電紡法，采用直流高壓電源產(chǎn)生直流電場(chǎng)，利用電場(chǎng)力將聚合物溶液或熔體從毛細(xì)管口處抽出形成射流，經(jīng)過拉伸、鞭動(dòng)、蒸發(fā)過程，最終得到納米級(jí)的纖維，但是傳統(tǒng)的靜電紡絲多采用有針式噴頭，結(jié)合滾筒式、鼠籠式或平板式收集器，生產(chǎn)效率極低，且因已沉積纖維造成電荷積累，同種電荷的排斥力影響后續(xù)的纖維沉積，制備的納米纖維通常只能形成二維結(jié)構(gòu)且厚度有限，制備三維納米纖維支架仍然缺乏高效、高質(zhì)的通用性工藝，這就限制了其在某些重要領(lǐng)域中的應(yīng)用，比如納米纖維在組織工程支架、功能性復(fù)合材料等方面的應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)也提出了幾種用于制備三維納米纖維支架的裝置，如專利CN201310026760.5，CN201110234233.4，但是其產(chǎn)量極低，就限制了其廣泛應(yīng)用，因此大量制備三維納米纖維支架成為了研究的重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種大量制備三維納米纖維支架的離心電紡裝置，其所需射流啟動(dòng)電壓更低，纖維直徑更小，產(chǎn)量大幅度提高，可高效地獲得大量三維納米纖維支架，同時(shí)避免了噴頭堵塞的問題。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種大量制備三維納米纖維支架的離心電紡裝置，包括高壓供電裝置、離心噴頭、敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置及驅(qū)動(dòng)所述離心噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)的離心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述離心噴頭內(nèi)部具有儲(chǔ)液腔，離心噴頭上設(shè)有在離心噴頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使儲(chǔ)液腔內(nèi)的紡絲溶液或熔體噴出的出絲細(xì)孔，所述敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置包括轉(zhuǎn)軸、可驅(qū)動(dòng)所述轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)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(dòng)時(shí)可形成正對(duì)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(gè)，且多個(gè)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，所述高壓供電裝置分別與離心噴頭和敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置連接，并可在所述離心噴頭和敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置間形成產(chǎn)生溶液射流或熔體射流所需的電場(chǎng)。
[0007]進(jìn)一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，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)。
[0008]進(jìn)一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，所述多個(gè)敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置之間等間距設(shè)置，多個(gè)敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置與離心噴頭之間距離可調(diào)節(jié)。
[0009]進(jìn)一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，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(xì)孔，離心噴頭的頂部設(shè)有頂蓋，頂蓋的中部開設(shè)進(jìn)料口。
[0010]進(jìn)一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，所述離心驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jī)。
[0011]進(jìn)一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，所述傳動(dòng)裝置包括輸出端與轉(zhuǎn)軸連接的第二電機(jī)，所述第一電機(jī)、第二電機(jī)均為可調(diào)速直流電機(jī)。
[0012]進(jìn)一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，還包括罩在所述離心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)頂部的絕緣外殼，所述絕緣外殼為中空的圓筒狀，絕緣外殼的頂部設(shè)有圓孔，所述旋轉(zhuǎn)軸穿過圓孔與離心嗔頭相連。
[0013]進(jìn)一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，所述絕緣外殼的頂部設(shè)有可對(duì)離心噴頭加熱的加熱裝置。
[0014]進(jìn)一步作為本發(fā)明技術(shù)方案的改進(jìn)，所述高壓供電裝置包括高壓正壓電源和高壓負(fù)壓電源，所述高壓正壓電源與離心噴頭連接，所述高壓負(fù)壓電源通過導(dǎo)線依次與各敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置連接。
[0015]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明所揭示的大量制備三維納米纖維支架的離心電紡裝置，通過合理設(shè)置離心噴頭、離心驅(qū)動(dòng)機(jī)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，使得離心噴頭在離心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)下作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，從出絲細(xì)孔噴射出的聚合物射流附加了離心力，離心力可以使納米纖維克服因已沉積纖維帶同種電荷造成的電荷排斥力，從而沉積成為三維結(jié)構(gòu)，大大提高了纖維沉積的厚度，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(xì)胞生長；聚合物射流在電場(chǎng)力和離心力的共同作用下被收集在敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置，通過將敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置設(shè)置成環(huán)形，增大了收集纖維的空間，從而實(shí)現(xiàn)三維納米纖維的大量制備，以滿足使用需求；創(chuàng)新地使用陣列式敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置，將離心電紡獲得的納米纖維進(jìn)行三維收集，相比傳統(tǒng)平板收集器或者封閉式收集器，可有效地使因離心噴頭旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流通過，而纖維被旋轉(zhuǎn)收集，從而避免產(chǎn)生反沖氣流，影響纖維沉積。相反地，氣流還可起到沉積導(dǎo)向作用，在氣流推力作用下可定向輔助納米纖維沉積，成為具有特定形狀、結(jié)構(gòu)的三維纖維支架；采用無針式離心電紡，結(jié)合陣列式敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置，制備三維納米纖維支架，在電場(chǎng)力和離心力的共同作用下，所需射流啟動(dòng)電壓更低，纖維直徑更小，產(chǎn)量大幅度提高，可高效地獲得大量三維納米纖維支架，同時(shí)避免了噴頭堵塞的問題。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)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(dòng)機(jī)構(gòu)、絕緣外殼和加熱裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]參照?qǐng)D1、圖2，其顯示出了本發(fā)明之較佳實(shí)施例的具體結(jié)構(gòu)。以下將詳細(xì)說明本發(fā)明各元件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)時(shí)，是以圖1所示的結(jié)構(gòu)為參考描述，但本發(fā)明的實(shí)際使用方向并不局限于此。
[0018]本發(fā)明提供了一種大量制備三維納米纖維支架的離心電紡裝置，包括高壓供電裝置、離心噴頭1、敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2及驅(qū)動(dòng)所述離心噴頭1轉(zhuǎn)動(dòng)的離心驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述離心噴頭1內(nèi)部具有儲(chǔ)液腔，離心噴頭1上設(shè)有在離心噴頭1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)使儲(chǔ)液腔內(nèi)的紡絲溶液或熔體噴出的出絲細(xì)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(dòng)所述轉(zhuǎn)軸21轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)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(dòng)裝置22包括輸出端與轉(zhuǎn)軸21連接的第二電機(jī)，所述第二電機(jī)為可調(diào)速直流電機(jī)。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(dòng)時(shí)可形成正對(duì)所述離心噴頭1的碗狀回轉(zhuǎn)面，本發(fā)明創(chuàng)新地使用敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2，將離心紡絲獲得的納米纖維進(jìn)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。所述敞開式旋轉(zhuǎn)接收裝置2設(shè)置多個(gè)，且多個(gè)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，所述高壓供電裝置分別與離心噴頭1和敞開式旋