一种气流辅助离心纺丝装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明用于离心纺丝技术领域，特别是涉及一种气流辅助离心纺丝装置。
【背景技术】
[0002]传统制备纳米纤维的方法有拉伸法、相分离法、静电纺丝法等，但是，以上方法都难以实现大规模生产，不能满市场对纳米纤维的需求。
[0003]离心纺丝(Centrifugal Spinning)是一种新型的微纳米纤维制备技术，是利用高速旋转的装置产生的离心力将聚合物熔体或溶液由喷丝孔甩出成纤。该技术的出现为纳米纤维的制备提供了一种新途径。离心纺丝是聚合物熔体或溶液从喷丝孔甩出后在离心力作用下拉伸成纤维。在此过程中，离心力起着重要作用。聚合物熔体或溶液被挤出后，高速旋转所产生的离心力是聚合物拉伸的主要作用力之一。
[0004]中国专利CN200720312288.1提出了一种利用带孔环形隔片引导出多根丝的离心纺丝技术。该装置工作时先将物料送至旋转盘内腔，在离心力作用下溶液或熔体由环形隔片的小孔流出外腔，并进一步加速，通过喷丝口喷出纤维。该装置纺制的纤维具有尺寸范围宽、孔径大、孔隙率高等优点，尤其适合于聚酯类可生物降解组织工程支架材料的制备。美国专利US20090280325A1提出了一种新型的离心纺丝方法，命名为Forcespinning，该方法通过多个微孔实现了纺丝的量化生产。这种离心纺丝设备的单孔产量可达1 g/min，纺制纤维的直径约300nmo
[0005]目前，离心纺丝收集方式，多采用在喷头圆周方向设置环形收集挡板或圆周环绕的传送带，纤维在离心力作用下，被甩出附着在挡板或传送带上，收集获得的纤维结构致密，且多为二维薄膜结构。另一方面，仅在离心力作用下拉伸获得纤维，纤维的直径较大，通常在1 μπι左右，而且纤维直径分布不均匀。
[0006]因此，就限制了其广泛应用。尤其是在生物组织工程领域，相比致密的二维薄膜，对具有蓬松结构的小直径三维纳米纤维支架有更迫切的需求。因此大量制备具有三维蓬松结构的纳米纤维成为了研究的重点和发展趋势。
【发明内容】
[0007]为解决上述问题，本发明提供一种可大量制备具有三维蓬松结构纳米纤维的气流辅助离心纺丝装置。
[0008]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种气流辅助离心纺丝装置，包括离心喷头、供气装置、敞开式旋转接收装置及驱动所述离心喷头转动的离心驱动机构，所述离心喷头内部具有储液腔，离心喷头上设有在离心喷头转动时使储液腔内的纺丝溶液或熔体喷出的出丝细孔，所述敞开式旋转接收装置包括转轴、可驱动所述转轴转动的传动装置以及设在所述转轴上的若干支撑臂，支撑臂随转轴转动时可形成正对所述离心喷头的碗状回转面，所述敞开式旋转接收装置设置多个，且多个所述敞开式旋转接收装置以所述离心喷头为中心排列成环形，所述离心喷头上在所述出丝细孔的一侧设有导气通道，所述导气通道与所述供气装置连接，并可产生由出丝细孔吹向敞开式旋转接收装置的气流。
[0009]进一步作为本发明技术方案的改进，所述支撑臂采用弯曲的金属片或金属杆或塑料杆，各所述支撑臂均匀的分布在所述转轴上并形成碗状的爪结构。
[0010]进一步作为本发明技术方案的改进，所述多个敞开式旋转接收装置之间等间距设置，多个敞开式旋转接收装置与离心喷头之间距离可调节。
[0011]进一步作为本发明技术方案的改进，所述离心喷头呈圆筒状，离心喷头的外圆筒壁上开设若干出丝细孔，所述离心喷头的底部形成向下凸起的锥面，并在所述锥面的下方设有导流罩板，所述导流罩板与锥面间形成导气通道，所述导气通道在离心喷头的外圆筒壁底部边缘形成出气口。
[0012]进一步作为本发明技术方案的改进，所述离心喷头的顶部设有顶盖，顶盖的中部开设进料口和进气口，所述进气口通过导气管与供气装置连接，还包括供液装置，所述供液装置通过导液管接入所述进料口。
[0013]进一步作为本发明技术方案的改进，所述离心驱动机构包括设在所述离心喷头底部的旋转轴和通过联轴器与旋转轴连接的第一电机。
[0014]进一步作为本发明技术方案的改进，所述传动装置包括输出端与转轴连接的第二电机，所述第一电机、第二电机均为可调速直流电机。
[0015]进一步作为本发明技术方案的改进，还包括罩在所述离心驱动机构顶部的外壳，所述外壳为中空的圆筒状，外壳的顶部设有圆孔，所述旋转轴穿过穿过圆孔与离心喷头相连。
[0016]进一步作为本发明技术方案的改进，所述外壳的顶部设有可对离心喷头加热的加热装置。
[0017]本发明的有益效果:本发明所揭示的的离心气纺丝装置，通过合理设置离心喷头、离心驱动机构，并将敞开式旋转接收装置以所述离心喷头为中心设置成环形，离心喷头下方有导气通道，内部通有高压气流，使得离心喷头在离心驱动机构的驱动下作旋转运动时，在离心力和气流压力的共同作用下，射流从出丝细孔喷出，出丝更容易，并在离心力和气流拉力的共同作用下拉伸变细，蒸发。离心力和辅助气流的共同作用可以使纳米纤维在敞开式接收器上沉积成为三维结构，减小了纤维直径，提高了纤维的均匀度和生产效率，同时，提高了沉积的厚度，而且获得的支架结构蓬松，密度小，更有利于组织工程应用中的细胞生长；另一方面，通过增加辅助气流，加速了溶剂的蒸发和流通，可防止获得的三维支架纤维之间由于溶剂蒸发不及时或者溶剂蒸汽浓度过高造成的二次溶解，导致粘连现象。
[0018]本发明创新地使用敞开式旋转接收装置，将气流辅助离心纺丝获得的纳米纤维进行三维收集，相比传统平板收集器或者封闭式收集器，可有效地使离心喷头旋转产生的附加气流和辅助拉伸的高压气流通过，从而避免产生反冲气流，影响纤维沉积。相反地，气流还可在一定程度起到沉积导向作用，定向辅助电纺丝获得的纳米纤维沉积，成为具有特定形状、结构蓬松的三维纤维支架。
[0019]通过将敞开式旋转接收装置设置成环形阵列，增大了收集纤维的空间，从而实现离心气纺三维纳米纤维的大量制备，以满足使用需求。
【附图说明】
[0020]下面结合附图对本发明作进一步说明:
图1是本发明纺丝原理结构示意图；
图2是本发明离心喷头、离心驱动机构、外壳和加热装置结构示意图；
图3是本发明离心喷头内部结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]参照图1至图3，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明本发明各元件的结构特点，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，是以图1所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限于此。
[0022]参照图1、图2，本发明提供了一种气流辅助离心纺丝装置，包括离心喷头1、供气装置6、敞开式旋转接收装置2及驱动所述离心喷头1转动的离心驱动机构，所述离心喷头1内部具有储液腔10，离心喷头1上设有在离心喷头1转动时使储液腔内的纺丝溶液或熔体喷出的出丝细孔11，所述敞开式旋转接收装置2包括转轴21、可驱动所述转轴21转动的传动装置22以及设在所述转轴21上的若干支撑臂23，所述传动装置22包括输出端与转轴21连接的第二电机，所述第二电机为可调速直流电机。所述支撑臂23采用弯曲的金属片或金属杆或塑料杆，各所述支撑臂23均匀的分布在所述转轴21上并形成碗状的爪结构。支撑臂23随转轴21转动时可形成正对所述离心喷头1的碗状回转面，所述敞开式旋转接收装置2设置多个，且多个所述敞开式旋转接收装置2以所述离心喷头1为中心排列成环形，所述离心喷头1上在所述出丝细孔11的一侧设有导气通道13，所述导气通道13与所述供气装置6连接，供气装置6能向导气通道13提供不同种类、温度、湿度、气压的气体，并可产生由出丝细孔11吹向敞开式旋转接收装置2的气流。本发明创新地使用敞开式旋转接收装置2，将气流辅助离心纺丝获得的纳米纤维进行三维收集，相比传统平板收集器或者封闭式收集器，可有效地使离心喷头旋转产生的附加气流和辅助拉伸的