[发明专利]循环流体动力纺丝装置及方法

说明书

本发明涉及一种循环流体动力纺丝装置及方法。本发明的循环流体动力纺丝装置，包括纺丝原液注射机构、凝固机构和纤维收集机构，纺丝原液注射机构与第一连接管流体连通；凝固机构包括凝固浴筒以及凝固浴槽，凝固浴筒上端具有进液口和出液口，第一连接管具有纺丝液出口且纺丝液出口位于凝固浴筒内；凝固浴槽设有驱动组件，驱动组件与第二连接管连接，第二连接管具有凝固浴出口且凝固浴出口位于凝固浴筒中；出液口用于供凝固后的纤维和凝固浴从凝固浴筒内流出。本发明中的凝固浴可循环流动，在水凝胶纤维制备过程中，可通过流动凝固浴的剪切拉伸力对纤维进行牵伸，拉伸力和拉伸部位可控，纤维粗细均匀、直径可控，且生产效率高，具有产业化前景。

技术领域

本发明涉及纤维制备技术领域，尤其涉及一种循环流体动力纺丝装置及方法。

背景技术

水凝胶纤维是一种具有溶胀性能、刺激响应性能、缓释性能和固定化等性能的新型纤维，在组织工程、生物医学、纺织和高分子材料等领域具有很好的应用前景。目前水凝胶纤维的纺丝方法有微流控纺丝法、静电纺丝法、湿法纺丝法等。

微流控纺丝是指成纤溶液利用其层流特性，在微流控芯片的微通道中沿液体流动方向流动而不接触微通道内壁，进而在微流控芯片中挤出而固化成纤，其固化方式包括光聚合、双扩散等。与传统的纺丝工艺相比，微流控纺丝在常温、常压下即可完成，具有纤维形状和尺寸可控、工艺简单等优点，在生物材料等领域有着广泛的应用前景。微流控纺丝装置可以生产纳米级的水凝胶纤维，在微通道中，预凝胶溶液的连续流体被第二溶液包覆，然后通过交联或凝固产生连续纤维。

静电纺丝是目前制备纳米超细纤维的最佳方法，它是使高聚物的溶液或熔体在电场力牵引下拉伸成丝，从而获得连续性较好的微纳米级纤维。静电纺丝过程中，注射器内装有聚合物熔体或聚合物溶液等黏弹性流体，喷射针头和接收装置之间施加10～50kV高压静电，注射泵将少量黏弹性流体以一定速率稳定输送到注射器喷射针头，高压静电场在针头和接收装置之间瞬时产生电位差；随着电压的增大，注射器针头处首先形成圆锥状液滴；当电压增大到临界值时，聚合物溶液或熔体受到的静电场力足以克服流体表面张力及粘性阻力，从Taylor锥顶端向阴极方向喷出带电射流；带电射流经历不稳定运动和拉伸过程，通过溶剂挥发或熔体固化，直径急剧细化，固化为超细纤维，以螺旋方式随机沉积在接收装置表面。其简单、高效的方法常常被用来制备水凝胶纤维。

湿法纺丝是将喷丝孔眼中压出的原液细流进入凝固浴，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，凝固剂向细流渗透，在凝固浴中析出而形成纤维。湿法纺丝的聚合物必须具有合适的结构和分子量。此外，该方法适合生产不能由熔融纺丝或者干法纺丝制备的天然纤维，比如壳聚糖-海藻酸钠纤维，因为此方法维持着较强的链间羟基作用力。

但是，以上方法中，微流控生产纤维的效率低下，难以大批量生产；静电纺丝对温湿度的条件比较苛刻且很难形成单根连续长丝型水凝胶纤维；而通过湿法纺丝，其牵伸工艺对纤维的强度要求较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种循环流体动力纺丝装置及方法，本发明中的凝固浴处于循环流动状态，浓度易于保持稳定，在水凝胶纤维制备过程中，可通过流动凝固浴的剪切拉伸力对纤维进行牵伸，施加到水凝胶纤维上的拉伸力和拉伸部位可控，从而使所制备的水凝胶纤维粗细均匀、直径可控，且可连续生产，具有产业化前景。

本发明的第一个目的是提供一种用于制备水凝胶纤维的循环流体动力纺丝装置，包括纺丝原液注射机构、凝固机构和纤维收集机构，纺丝原液注射机构用于盛放纺丝原液并将纺丝原液注入凝固机构中，纺丝原液在凝固机构中凝固后形成凝固后的纤维，同时凝固机构中凝固浴的流动对初生凝固纤维进行牵伸，纤维收集机构用于收集凝固后的纤维；其中：

纺丝原液注射机构与第一连接管流体连通；