本发明涉及一种微流体纺丝机电磁加热固化装置及方法。
背景技术：
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近来微流体纺丝由于其简单，安全，样式多且成本低来制备有序纤维受到广泛关注。但是在微流体纺丝的过程中，将聚合物纺丝液注射到注射器中，由微流泵的推动力来推动纺丝液前进形成纺丝液滴，纺丝液滴与接受器接触，再借助接收器电机转动所带来的牵引力将液滴牵扯成丝的过程中，由于纤维在较短的时间内还没来的及在接收器上固化成丝，会由于高表面张力所引起的瑞利不稳定性产生的液体流导致纤维不连续。因此，为制备出连续的微纤维，我们需加快纤维固化过程，虽然已经有大量的文献报道来解决纤维固化问题。但是，目前微流体纺丝机制备纤维的固化方式主要是红外加热固化，即采用红外加热管对整个纺丝腔加热，最终使整个纺丝腔达到固化所需温度。然而，此固化方式存在以下缺点：
1、加热效率低。其加热的区域是整个纺丝腔，且传热方式是通过空气对流传热，传导效率低，纺丝接收器需要很长的时间才能达到所需固化温度。
2、加热温度有限制。在纺丝腔内有精密的电子器件，因此腔内的整体温度不能超过100摄氏度，而很多纺丝材料的固化温度超过100摄氏度，这使得很多材料不能在纺丝的过程中实现固化，极大地影响了纺丝效率。
3、固化效果差。因为是外置加热，会导致某些不易挥发的溶剂残留在纤维内部，影响成丝性。
因此，加速纤维固化制备有序纤维已成为一个亟待解决且备受关注的问题，为此，我们发明了一种制备有序纤维且使其快速固化的方法，这种纺丝方法即可以达到快速固化纤维的目的，又可以克服上诉加热效率低、加热温度受限以及固化效果差的问题。
技术实现要素：
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本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种微流体纺丝机电磁加热固化装置，本发明的另一目的是提供一种制备有序纤维且使其快速固化的方法，将纺丝接收器端更换为特制的电磁加热辊，在纺丝时只对辊体进行加热，可迅速使辊体达到成丝固化所需温度，快速的蒸发掉纺丝溶剂，而不影响其他元件，主要解决了微纤维在被接受器拉扯成纤维过程中可以在短时间内快速固化。这种纺丝方法主要是解决了传统加热固化方法中存在的加热效率低、加热温度受限以及固化效果差等缺点。
本发明的技术方案为：一种微流体纺丝机电磁加热固化装置，由移动平台电机、移动平台、微流泵、注射器、接收器，接受器电机，电磁加热控制器组成；其中，接收器电机与接收器通过夹持装置连接，带动接收器旋转，在接收器正上方设有注射器，注射器在微流泵内并由夹持装置连接，接收器电机通过螺杆与电磁加热控制器相连接，接受器电机和接收器均固定在移动平台上，移动平台电机与移动平台通过丝杆连接，移动平台电机旋转通过丝杆带动移动平台左右往复运动。
优选注射器的针头与接收器的距离约0.1mm-0.2mm。纺丝装置内设有排风装置(3)，可迅速将所挥发的溶剂排出。
本发明还提供了一种利用上述的微流体纺丝机电磁加热固化装置使纤维固化的方法，其具体步骤如下：
首先，用溶剂将聚合物溶解配置成一定浓度的聚合物纺丝液，将纺丝液到装入到注射器中，然后把装有纺丝液的注射器夹持在微流泵内，通过调节电磁加热控制器面板来调节微流泵的流速，借助微流泵的推动力将纺丝液推动到注射器的针头处形成微小的液滴，然后通过接收器电机转动所带来的牵引作用将纤维绕到接收器上，同时，启动电磁加热控制器，使纤维被缠绕在接受器的过程中快速固化来确保纤维连续不断；最后，启动移动平台电机移动，并在电磁加热控制器上设置移动平台速率，通过丝杆来带动移动平台左右往复运动，从而将聚合物纤维有序的收集在接收器上，最终制备出有序的纳米纤维阵列。
优选上述的聚合物溶液中的聚合物为PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)，PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)，聚丙烯酸纳，PLA(聚乳酸)或PVA(聚乙烯氰)等极性聚合物；所述的溶剂有乙醇、氯仿、二氯甲烷，丙酮或水。优选聚合物溶液中聚合物的质量浓度控制在20-35％。
优选所述的微流泵的流速范围控制在0.1-5ml/h。优选接收器电机旋转速率设置在500-9000r/s，移动平台电机速率设置在500-10000μm/s。优选电磁加热控制温度在60-180摄氏度。
本发明所制得的纤维直径大小在200nm-20μm。
电磁加热控制器，可以用于控制电磁加热的功率及温度，而且该方法用到的固化方式主要是通过定向加热，只对纺丝机接收器部分进行加热，不会造成其他区域产生过热现象。这种快速固化纤维的方法，不仅可以制备有序纤维阵列，而且排风装置的加入也减小了纺丝过程中溶剂所产生的危害。
本发明的一种制备有序纤维且使其快速固化的方法，其纺丝过程中固化原理是将纺丝接收器端更换为特制的电磁加热辊，在纺丝时只对辊体进行加热，可迅速使辊体达到成丝固化所需温度，迅速而彻底地蒸发掉纺丝溶剂，而不影响其他元件。
本发明的一种制备有序纤维且使其快速固化的方法是将原先的纺丝接收器(一般为不锈钢滚筒，有机玻璃滚筒，载玻片)更换为电磁加热辊，固定在纺丝接收平台上，电磁加热辊的最高加热温度可达300℃，几乎满足所有已知可纺物质的热固化条件。
本发明的一种制备有序纤维且使其快速固化的方法中的电磁加热控制器用来控制电磁加热辊的温度，加热辊内部有多个均匀排布的温度传感器，保证辊体表面温度场的均匀性。
本发明的一种制备有序纤维且使其快速固化的方法是采用电磁加热固化的方式可以极大地提高纺丝效率，排出的溶剂由排风装置进行排除，从而减小了纺丝过程的危害。
有益效果：
本发明与现有方法相比具有以下有益效果：该固化加热方法与传统加热方法相比，具有以下优点：利用电磁感应加热固化装置在短时间内使纤维快速固化到接收器上。在整个加热固化过程中，可控性得到加强并且更为节能省时，安全高效，高适用性。与普通加热方法相比，其加热稳定性好，受热均匀，低损耗能。另外，在整个制备过程中加入了排风装置，提高了安全性能，使挥发的溶剂排出到外界中从而减小了被人体吸入的危害。
附图说明：
图1是制备有序纤维并使其快速固化的示意流程图：其中1-移动平台电机、2-移动平台、3-排风装置、4-微流泵、5-注射器、6-接收器、7-接受器电机、8-电磁加热控制器。
具体实施方式：
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实例仅用于说明本本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例1：
一种微流体纺丝机电磁加热固化装置，由移动平台电机1、移动平台2、排风装置3、微流泵4、注射器5、接收器6，接受器电机7，电磁加热控制器8组成；其中，接收器电机7与接收器6通过夹持装置连接，带动接收器6旋转，在接收器6正上方设有注射器5，注射器5在微流泵4内并由夹持装置连接，接收器电机7通过螺杆与电磁加热控制器8相连接，接受器电机7和接收器6均固定在移动平台2上，移动平台电机与移动平台2通过丝杆连接，移动平台电机1旋转通过丝杆带动移动平台2左右往复运动。
实施例2：
取30g聚乙烯基吡络烷酮(PVP,Mw＝1300000)溶于100g无水乙醇(99.5％)中，磁力搅拌溶解成浓度为33wt％的均匀聚合物溶液。常温常压下，将聚合物溶液置入注射器5中，并将注射器固定于微流泵4上。设置微流泵推进速率0.1ml/h，接收器电机7速率设置为500rad/s，移动平台电机平移速率设置为1000um/s，电磁加热控制器固化温度设为80℃。聚合物溶液经过微流泵的推动作用下，纺丝液滴流经注射器的针头处，针头处的液滴与接收器6相接触0.1mm处的瞬间由接收器电机7旋转所带动的牵引力将小液滴拉扯成纤维。然后由电磁加热控制器8所带来的热量快速使纤维固化在接收器6上。最后通过移动平台电机1带动移动平台2做左右往返运动，使纤维不断的缠绕在接收器6上，从而制备出有序的纤维膜。纤维直径大小在10μm-15μm。
实施例3：
取10g聚丙烯酸钠(Mw＝4000000)溶于200g去离子水中，磁力搅拌溶解成20wt％的均匀聚合物溶液。常温常压下，将聚合物溶液置入注射器5中，并将注射器固定于微流泵4上。设置微流泵推进速率0.5ml/h，旋转电机速率设置为4000rad/s，步进平移速率设置为5000um/s，固化温度设为120℃。聚合物溶液经过微流泵的推动作用下，纺丝液滴流经注射器的针头处，针头处的液滴与接收器6相接触0.1mm处瞬间由接收器电机7旋转所带动的牵引力将小液滴拉扯成纤维。然后由电磁加热控制器8所带来的热量快速使纤维固化在接收器6上。最后通过移动平台电机1带动移动平台2做左右往返运动，使纤维不断的缠绕在接收器6上，从而制备出有序的纤维膜。纤维直径大小在8μm-10μm。
实施例4:
取25g PMMA溶于100g二氯甲烷中，磁力搅拌溶解成浓度为25wt％的均匀聚合物溶液。常温常压下，将聚合物溶液置入注射器5中，并将注射器固定于微流泵4上。设置微流泵推进速率3.0ml/h，旋转电机速率设置为6000rad/s，步进平移速率设置为8000um/s，固化温度设为130℃。聚合物溶液经过微流泵的推动作用下，纺丝液滴流经注射器的针头处，针头处的液滴与接收器6相接触0.2mm处瞬间由接收器电机7旋转所带动的牵引力将小液滴拉扯成纤维。然后由电磁加热控制器8所带来的热量快速使纤维固化在接收器6上。最后通过移动平台电机1带动移动平台2做左右往返运动，使纤维不断的缠绕在接收器6上，从而制备出有序的纤维膜。纤维直径大小在5μm-7μm。
实施例5:
取20g PLA溶于100g二氯甲烷中，磁力搅拌溶解成浓度为20wt％的均匀聚合物溶液。常温常压下，将聚合物溶液置入注射器5中，并将注射器固定于微流泵4上。设置微流泵推进速率4ml/h，旋转电机速率设置为8500rad/s，步进平移速率设置为9000um/s，固化温度设为150℃。聚合物溶液经过微流泵的推动作用下，纺丝液滴流经注射器的针头处，针头处的液滴与接收器6相接触0.2mm处的瞬间由接收器电机7旋转所带动的牵引力将小液滴拉扯成纤维。然后由电磁加热控制器8所带来的热量快速使纤维固化在接收器6上。最后通过移动平台电机1带动移动平台2做左右往返运动，使纤维不断的缠绕在接收器6上，从而制备出有序的纤维膜。纤维直径大小在2μm-5μm。
实施例6：
取20g聚丙烯酸钠(Mw＝4000000)溶于100g去离子水中，磁力搅拌溶解成20wt％的均匀聚合物溶液。常温常压下，将聚合物溶液置入注射器5中，并将注射器固定于微流泵4上。设置微流泵推进速率5ml/h，旋转电机速率设置为9000rad/s，步进平移速率设置为10000um/s，固化温度设为180℃。聚合物溶液经过微流泵的推动作用下，纺丝液滴流经注射器的针头处，针头处的液滴与接收器6相接触0.2mm处的瞬间由接收器电机7旋转所带动的牵引力将小液滴拉扯成纤维。然后由电磁加热控制器8所带来的热量快速使纤维固化在接收器6上。最后通过移动平台电机1带动移动平台2做左右往返运动，使纤维不断的缠绕在接收器6上，从而制备出有序的纤维膜。纤维直径大小在200nm-2μm。