[发明专利]一种用于微/纳米纤维制备的触拉纺丝装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于微/纳米纤维制备的触拉纺丝装置及方法，属于纺织技术和功能纤维制备领域。一种用于微/纳米纤维制备的触拉纺丝装置，该装置包括供液组件、剪切阵列、电机和触点部件，向触点部件提供稳定流速的供液组件通过管路与用于容纳纺丝液的触点部件连接，剪切阵列与电机连接并由电机带动转动，所述剪切阵列是由圆盘和设置于圆盘上的多根剪切棒组成，触点部件与剪切棒相邻。与静电纺丝相比，触拉纺丝设备简单成本低，无需高压更安全，能比静电纺丝纺更高的纺丝液浓度，纺丝效率高。与离心纺丝相比，触拉纺丝装置体积小巧，电机所需转速小，精度要求低。

技术领域

本发明涉及一种用于微/纳米纤维制备的触拉纺丝装置及方法，属于纺织技术和功能纤维制备领域。

背景技术

微/纳米纤维材料由于具有纤维直径小、比表面积大、孔隙率高等优点，而广泛用于组织工程支架、药物传输、过滤介质、人造血管、生物芯片、纳米传感器、光学、复合材料等领域。微/纳米纤维膜因微/纳米纤维显著的纳米尺度效应得到众多研究者的关注。纳米纤维的制备方法有：纺丝法、分子技术制备法和生物制备法等。其中，静电纺和离心纺，作为当前常用的制备单根连续微/纳米纤维的纺丝方法，分别利用静电场力和离心力拉伸纺丝液滴形成纤维。这两种纺丝方法虽“战功显赫”，但仍分别存在以下几个固有缺陷限制了该方法商业大规模使用：装置复杂产量低、工艺苛刻电压高，和设备转速精度高、体积庞大收丝难等局限。因此在成本、规模、可控性研究方面离实用化及应用需求还有很大距离。

发明内容

本发明提供一种设备简单小巧的用于微/纳米纤维制备的触拉纺丝装置。

本发明提供一种新型的制备微/纳米纤维的触拉纺丝方法，纺丝效率高、安全易操作、适用性广。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种用于微/纳米纤维制备的触拉纺丝装置，该装置包括供液组件、剪切阵列、电机和触点部件，向触点部件提供稳定流速的供液组件通过管路与用于容纳纺丝液的触点部件连接，剪切阵列与电机连接并由电机带动转动，所述剪切阵列是由圆盘和设置于圆盘上的多根剪切棒组成，触点部件与剪切棒相邻。

本发明中，供液组件由注射泵和加热装置组成，剪切阵列是由剪切棒和圆盘组成，剪切阵列中心与电机相联动，由电机带动剪切阵列中高速旋转，触点部件为具有内部空腔、底部设有注液口、尖端设有出液口的锥形体，收丝附件为电机带动旋转的特定形状框架。触拉纺丝时，供液组件向触点部件内部空腔提供稳定流速和特定温度的纺丝液，并从触点部件锥体尖端出液口流出形成液滴，剪切阵列在电机带动下高频剪切拉伸该纺丝液滴形成液桥，并在流体中进一步拉伸、固化、成纤收集于收丝附件或剪切阵列，从而制备出高取向性的纳米纤维。电机转速一般为1000-4000rpm。

作为优选，所述剪切棒的直径范围为0.5-5mm，剪切棒的长度范围为10-500mm，剪切棒垂直于圆盘平面，剪切棒以圆盘的中心为对称中心均匀分布，剪切棒的固定端与圆盘中心距离≥10mm。进一步优选的是，剪切棒根数为偶数，剪切棒至少为2根。优选的是，剪切棒数量10-40根，直径0.5-3mm，长度50-500mm，剪切棒垂直于圆盘平面，以圆盘中心为中心对称均匀分布，剪切棒与圆盘中心距离≥20mm。

作为优选，剪切棒表面疏水疏油，水接触角＞150°，油接触角＞90°。进一步优选的是，所述剪切棒材质选自铜、铁、铝、铝合金、不锈钢及其合金，硅酸盐（玻璃、陶瓷等），聚四氟乙烯（PTFE）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物（ABS）等高分子基塑料，以及上述材质的复合。

作为优选，供液组件是由注射泵和加热装置组成。注射泵储存纺丝液并提供稳定流速，流速2-2000mL/h，加热装置提供纺丝液所需纺丝温度，加热温度范围25-400℃。进一步的，供液组件控制纺丝液流速10-1000mL/h，纺丝液温度控制在25-300℃。