一种大量制备三维纳米纤维支架的离心电纺装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明用于离心纺丝技术领域，特别是涉及一种大量制备三维纳米纤维支架的离心电纺装置。
【背景技术】
[0002]静电纺丝技术是目前制备纳米纤维最重要的方法。这一技术的核心是使带电射流在静电场中拉伸与变形，最终得到纤维状物质，从而为高分子纳米材料提供了一种新的加工方法。静电纺丝技术具有操作简便、适用范围广、生产效率相对较高的优点，纺制出的纳米纤维具有纤维细、比表面积大、孔隙率高等特点，因此静电纺丝技术得到广泛的应用。
[0003]传统的静电纺丝法多为直流电纺法，采用直流高压电源产生直流电场，利用电场力将聚合物溶液或熔体从毛细管口处抽出形成射流，经过拉伸、鞭动、蒸发过程，最终得到纳米级的纤维，但是传统的静电纺丝多采用有针式喷头，结合滚筒式、鼠笼式或平板式收集器，生产效率极低，且因已沉积纤维造成电荷积累，同种电荷的排斥力影响后续的纤维沉积，制备的纳米纤维通常只能形成二维结构且厚度有限，制备三维纳米纤维支架仍然缺乏高效、高质的通用性工艺，这就限制了其在某些重要领域中的应用，比如纳米纤维在组织工程支架、功能性复合材料等方面的应用。
[0004]现有技术也提出了几种用于制备三维纳米纤维支架的装置，如专利CN201310026760.5，CN201110234233.4，但是其产量极低，就限制了其广泛应用，因此大量制备三维纳米纤维支架成为了研究的重点和发展趋势。
【发明内容】
[0005]为解决上述问题，本发明提供一种大量制备三维纳米纤维支架的离心电纺装置，其所需射流启动电压更低，纤维直径更小，产量大幅度提高，可高效地获得大量三维纳米纤维支架，同时避免了喷头堵塞的问题。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种大量制备三维纳米纤维支架的离心电纺装置，包括高压供电装置、离心喷头、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，所述高压供电装置分别与离心喷头和敞开式旋转接收装置连接，并可在所述离心喷头和敞开式旋转接收装置间形成产生溶液射流或熔体射流所需的电场。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]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，离心喷头的顶部设有顶盖，顶盖的中部开设进料口。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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绝缘外壳，所述绝缘外壳为中空的圆筒状，绝缘外壳的顶部设有圆孔，所述旋转轴穿过圆孔与离心嗔头相连。
[0013]进一步作为本发明技术方案的改进，所述绝缘外壳的顶部设有可对离心喷头加热的加热装置。
[0014]进一步作为本发明技术方案的改进，所述高压供电装置包括高压正压电源和高压负压电源，所述高压正压电源与离心喷头连接，所述高压负压电源通过导线依次与各敞开式旋转接收装置连接。
[0015]本发明的有益效果:本发明所揭示的大量制备三维纳米纤维支架的离心电纺装置，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，使得离心喷头在离心驱动机构的驱动下作旋转运动时，从出丝细孔喷射出的聚合物射流附加了离心力，离心力可以使纳米纤维克服因已沉积纤维带同种电荷造成的电荷排斥力，从而沉积成为三维结构，大大提高了纤维沉积的厚度，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；聚合物射流在电场力和离心力的共同作用下被收集在敞开式旋转接收装置，通过将敞开式旋转接收装置设置成环形，增大了收集纤维的空间，从而实现三维纳米纤维的大量制备，以满足使用需求；创新地使用阵列式敞开式旋转接收装置，将离心电纺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，可有效地使因离心喷头旋转产生的气流通过，而纤维被旋转收集，从而避免产生反冲气流，影响纤维沉积。相反地，气流还可起到沉积导向作用，在气流推力作用下可定向辅助纳米纤维沉积，成为具有特定形状、结构的三维纤维支架；采用无针式离心电纺，结合阵列式敞开式旋转接收装置，制备三维纳米纤维支架，在电场力和离心力的共同作用下，所需射流启动电压更低，纤维直径更小，产量大幅度提高，可高效地获得大量三维纳米纤维支架，同时避免了喷头堵塞的问题。
【附图说明】
[0016]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、绝缘外壳和加热装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]参照图1、图2，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。
[0018]本发明提供了一种大量制备三维纳米纤维支架的离心电纺装置，包括高压供电装置、离心喷头1、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，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，本发明创新地使用敞开式旋转接收装置2，将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。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，所述高压供电装置分别与离心喷头1和敞开式旋