专利名称：再生蜘蛛丝微型纺丝机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种制作再生丝的机械，具体涉及一种用于对少量蛋白，特别是蜘蛛丝蛋白纺丝的微型纺丝装置。
背景技术：
蜘蛛丝由于具有高强度、高弹性、高韧性而成为材料学科的研究热点之一，国际上已有许多的研究人员对蜘蛛丝进行了较系统的研究，申请者也就大腹园蛛丝的微细结构和性能作了较全面系统的研究，并取得了一定的研究成果。但是蜘蛛不能象蚕那样大量饲养，蜘蛛丝的收集也存在难度，因此要使蜘蛛丝的优异性能在实际中得以应用，唯一的方法是制造再生蜘蛛丝。为了研制再生蜘蛛丝，国外已利用基因工程技术在人工合成丝蛋白方面做了大量工作，并取得了一系列的研究成果，国内在这方面的研究工作也已起步。
就国内外目前对人工合成蜘蛛丝蛋白的研究情况来看，一般只能得到少量的蜘蛛丝蛋白，无法采用常规的化学纤维纺丝机进行纺丝，同时目前对纺丝工艺和丝纤维结构及性能间的关系也不清楚，需要进行系统的研究。这就需要用到能处理少量纺丝原料的微型纺丝机。
目前没有见到成型的微型纺丝装置，可见报道的是人们在实验过程中自制的微型纺丝装置，其通常由挤出机构、凝固浴槽、导丝拉伸机构构成，纺丝液在挤出机构作用下由喷丝口喷出，在凝固浴槽中形成纤维，由导丝拉伸机构拉伸，而获得再生丝纤维。如Juming Yao等在“Artificial Spinningand Characterization of Silk Fiber From Bombyx mori Silk Fibroin inHexafluoroacetone Hydrate”(Macromolecules，2002，Vol.35，6-9)一文中发表了再生丝素纤维的纺丝方法，并给出了简单的纺丝示意图，其中的挤出机构为前端带有一0.2毫米直径，1.2毫米长度小孔(喷丝口)的不锈钢管，在一个泵的作用下，氮气对纺丝液施压，使其从小孔中挤出，经2厘米空气间隙后进入注有甲醇的凝固浴槽，在其中形成纤维，并由导丝拉伸机构拉伸后形成所需再生丝纤维。这种结构可以用于蚕丝再生丝纤维的纺丝，而当用于蜘蛛丝的纺丝时，存在下列问题一方面，不管是获取的还是合成的蜘蛛丝蛋白数量很少，用氮气泵驱动难以精确控制流量变化；另一方面，在凝固浴槽中形成的蜘蛛丝纤维抗拉伸变形能力差，难以适应导丝拉伸机构的拉伸操作。美国康奈尔大学的Oskar Liivak等人在AMicrofabricated Wet-Spinning Apparatus To Spin Fibers of Silk Proteins.Structure-Property Correlations(Macromolecules 1998，31，2947-2951)以及Artificial Spinning of Spider Silk(Macromolecules 1998，31，6733-6736)两篇文章中，发表了只要10mg蛋白溶液就可纺制数米蛋白质纤维的小型纺丝装置，并利用再生蚕丝丝素溶液探索了纺丝工艺和丝纤维结构间的关系，然而，在这些文章中，对小型纺丝装置的结构表述，可以说仅局限于喷丝口的结构，并未解决上述挤出机构中的驱动问题，以及凝固后的处理问题，其中，对驱动方式，用了注射器泵(syringe pump)的说法，而未给出具体结构，普通技术人员只能推断其是采用气泵驱动方式。
由此，在人工合成蜘蛛丝蛋白取得一定进展的情况下，有效的微型纺丝机装置的缺乏影响了人们对蜘蛛丝纺丝工艺及丝纤维结构性能的进一步研究。
发明内容
本实用新型目的是提供一种适应于微量蜘蛛丝蛋白及其它蛋白质溶液纺丝的装置，以满足人们对纺丝工艺和丝纤维结构性能研究的需要。
为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是一种再生蜘蛛丝微型纺丝机，包括微量定量挤出装置、凝固浴槽、二次处理浴槽、导丝机构和拉伸机构，所述微量定量挤出装置上的喷丝口位于凝固浴槽上方，所述导丝机构包括设于凝固浴槽内、凝固浴槽与二次处理浴槽间、二次处理浴槽内及二次处理浴槽外的导丝轮，所述拉伸机构包括拉伸卷绕罗拉。
上述技术方案中，所述“微量定量挤出装置”可用于最少1毫升左右的纺丝液的挤出，可以采用现有技术中的氮气泵式装置，但为精确定量和减少成本，也可以采用机械式的挤出装置。所述“凝固浴槽”内盛有凝固液(如甲醇)，纺丝液可在其中凝固形成初生纤维；所述“二次处理浴槽”用于对初生纤维进行处理，以提高其抗拉伸变形能力。再生蜘蛛丝溶液由喷丝口挤出，进入凝固浴中成形后，先后经过上述各导丝轮，最后由拉伸卷绕罗拉拉伸成再生蜘蛛丝纤维。
上述技术方案中，所述微量定量挤出装置包括底座、纺丝液管、推进杆和设于底座上的纺丝液管夹持器，所述纺丝液管端部设置有喷丝头，喷丝头上开有与纺丝液管通连的喷丝口，所述推进杆端部在纺丝液管内构成活塞结构。
其中，可以在所述底座上设有推进杆起始位置调节器；推进杆由电机驱动。
上述技术方案中，所述喷丝头上设有喷丝口内径调节结构。
上述技术方案中，所述二次处理浴槽外的导丝轮处设置有张力传感器。
蜘蛛的纺丝过程是常温常压下的液晶纺丝，在纺丝过程中伴随着大分子的构象、分子的排列取向状态、结晶结构等微观结构的变化，并且受到剪切和拉伸应力的作用，在腺体内丝蛋白为浓度较大的液体，成丝过程中随着水分的散发而凝固。本装置正是根据蜘蛛丝的生物纺丝过程设计而成的。蜘蛛丝、蜘蛛腺体内的丝蛋白或人工合成蜘蛛丝蛋白溶解在溶剂中得到纺丝液，将纺丝液注入纺丝液管内，纺丝液在推进杆的作用下按一定的速度被挤入喷丝口，喷丝口的内径和长径比可调节。纺丝液出喷丝口后先在空气中散发一部分水分，然后进入凝固浴槽中，在凝固浴中被凝固成形成为初生纤维，初生纤维经导丝轮进入二次处理浴槽以提高初生纤维的抗拉伸变形能力，经过二次处理的初生纤维在拉伸卷绕罗拉的作用下，发生一定程度的拉伸变形而成为具有一定强度和伸长能力的再生蜘蛛丝纤维。
微量定量挤出装置的传动线速度可连续调节，并与存放纺丝液的管子内径相配合决定纺丝液单位时间内的流量。
纺丝液流量Q＝线速度V*πr2，其中r为管子的半径。
由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点1.由于本实用新型设置了二次处理浴槽，在凝固浴槽中形成的初生纤维经二次处理后再被拉伸卷绕，可以有效提高初生纤维的抗拉伸变形能力，不易发生断丝现象；
2.本实用新型的微量定量挤出装置，以采用机械推进式结构为宜，此时，可以通过控制喷丝口的内径，以及推进杆的速度而实现对挤出流量的连续调节，易于实现自动控制；3.本实用新型的微形纺丝机，特别适合实验室新产品的研制和开发。
附图1为本实用新型实施例的结构示意图。
其中[1]、微量定量挤出装置；[2]、喷丝头；[3]、纺丝液管；[4]、凝固浴槽；[5]、二次处理浴槽；[6]、拉伸卷绕罗拉；[7]、再生蜘蛛丝；[8]、导丝轮；[9]、推进杆；[10]、起始位置调节器；[11]、纺丝液管夹持器；[12]、底座。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述实施例参见附图1所示，一种再生蜘蛛丝微型纺丝机，包括微量定量挤出装置1、凝固浴槽4、二次处理浴槽5、导丝机构和拉伸机构，所述微量定量挤出装置1包括底座12、纺丝液管3、推进杆9和设于底座12上的纺丝液管夹持器11，以及推进杆起始位置调节器10，推进杆9由电机驱动，所述纺丝液管3端部设置有喷丝头2，喷丝头2上开有与纺丝液管3通连的喷丝口，喷丝口上设有喷丝口内径调节结构，所述推进杆9端部在纺丝液管3内构成活塞结构，微量定量挤出装置1上的喷丝口位于凝固浴槽4上方，所述导丝机构包括设于凝固浴槽4内、凝固浴槽4与二次处理浴槽5间、二次处理浴槽5内及二次处理浴槽5外的导丝轮，二次处理浴槽5外的导丝轮8处设置有张力传感器，所述拉伸机构包括拉伸卷绕罗拉6。
使用时，在纺丝液管6中加入纺丝液，纺丝液可以用蜘蛛丝、蜘蛛腺体内的丝蛋白或人工合成蜘蛛丝蛋白溶解在溶剂用获得，纺丝液出喷丝口后首先在空气中散发一部分水分，然后进入凝固浴槽4中，在凝固浴中被凝固形成初生纤维，初生纤维经过导丝轮进入二次处理浴槽5以提高其抗拉伸变形能力，经过二次处理的初生纤维在拉伸卷绕罗拉6的作用下，发生一定程度的拉伸变形而成为具有一定强度和伸长能力的再生蜘蛛丝。
权利要求1.一种再生蜘蛛丝微型纺丝机，其特征在于包括微量定量挤出装置[1]、凝固浴槽[4]、二次处理浴槽[5]、导丝机构和拉伸机构，所述微量定量挤出装置[1]上的喷丝口位于凝固浴槽[4]的上方，所述导丝机构包括设于凝固浴槽[4]内、凝固浴槽[4]与二次处理浴槽[5]间、二次处理浴槽[5]内及二次处理浴槽[5]外的导丝轮，所述拉伸机构包括拉伸卷绕罗拉[6]。
2.根据权利要求1所述的再生蜘蛛丝微型纺丝机，其特征在于所述微量定量挤出装置[1]包括底座[12]、纺丝液管[3]、推进杆[9]和设于底座[12]上的纺丝液管夹持器[11]，所述纺丝液管[3 ]端部设置有喷丝头[2]，喷丝头[2]上开有与纺丝液管[3]通连的喷丝口，所述推进杆[9]端部在纺丝液管[3]内构成活塞结构。
3.根据权利要求2所述的再生蜘蛛丝微型纺丝机，其特征在于所述底座[12]上设有推进杆起始位置调节器[10]。
4.根据权利要求3所述的再生蜘蛛丝微型纺丝机，其特征在于所述推进杆[9]由电机驱动。
5.根据权利要求2所述的再生蜘蛛丝微型纺丝机，其特征在于所述喷丝头[2]上设有喷丝口内径调节结构。
6.根据权利要求1所述的再生蜘蛛丝微型纺丝机，其特征在于所述二次处理浴槽外的导丝轮[8]处设置有张力传感器。
专利摘要本实用新型公开了一种再生蜘蛛丝微型纺丝机，其特征在于包括微量定量挤出装置、凝固浴槽、二次处理浴槽、导丝机构和拉伸机构，所述微量定量挤出装置上的喷丝口位于凝固浴槽上方，所述导丝机构包括设于凝固浴槽内、凝固浴槽与二次处理浴槽间、二次处理浴槽内及二次处理浴槽外的导丝轮，所述拉伸机构包括拉伸卷绕罗拉。本实用新型可以有效提高初生纤维的抗拉伸变形能力，不易发生断丝现象，易于实现自动控制，特别适合实验室新产品的研制和开发。
文档编号D01F4/02GK2685358SQ200420020868
公开日2005年3月16日 申请日期2004年3月5日 优先权日2004年3月5日
发明者潘志娟, 王建民, 许箐 申请人:苏州大学