一种功能纤维及其微流控纺丝装置与纤维制备方法与流程

本发明涉及微流控纺丝的技术领域，特别是指一种结构可控功能可设计纤维用微流控纺丝装置以及在此装置上进行纺丝的纤维制备方法和所得的结构可控功能可设计的纤维。

背景技术：

纤维的结构一定程度上决定了纤维的某些性能，如棉纤维截面为腰圆形，内部中空，该结构使得棉纤维具有良好的保暖性、透气性、吸湿性和染色性能；蚕丝的截面为两根丝素外包覆丝胶组成，丝素的三角形截面和丝胶的层状结构所形成的特殊结构使得蚕丝具有其他纤维不能比拟的光泽。为了获得这类天然纤维的良好性能，化学纤维也可以模拟天然纤维从而设计出不同截面的化学纤维，从而得到了异型纤维；近年来，单根化学纤维结构的研究受到了越来越多研究者的关注。

随着科学技术的发展和研究的深入，纤维制备的方法也层出不穷，这些制备方法包括自组装法、机械拉伸法、相分离法、微流控芯片法、静电纺丝法等。自组装法是通过单体或小分子的非化学键相互作用力，组装成特定形貌聚合物的一种方法，需要较长的时间来形成连续的聚合物纤维。相分离法是通过溶解、凝胶、萃取、凝固和干燥等几个步骤，得到纳米多孔泡沫体，固体聚合物转移到泡沫体孔内，得到聚合物纳米纤维；与自组装法一样，它的缺点是转移过程消耗时间太长。机械拉伸法可以制得很长的单根纤维长丝，但是，只有那些能够承受起足够大应力牵伸变形的粘弹性材料可能采用此方法，限制了应用范围。静电纺丝法操作方法较简单，可连续纺制纤维长丝，但其对设备和生产环境的要求较高，可控性差，适于纺制纳米纤维和纤维膜，难以实现在结构层面上对纤维进行设计。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供结构可控功能可设计纤维用微流控纺丝装置以及在此装置上进行纺丝的纤维制备方法和所得的结构可控功能可设计的纤维，该方法不需要频繁更换喷丝头，实现了在一块芯片上进行多种材料多种结构和不同功能纤维的制备。

本发明的一种结构可控功能可设计纤维用微流控纺丝装置，其技术方案是这样实现的：包括用于对纤维组分和结构进行设计的控制机构、用于微流控纺丝初生纤维成形的初纤维成形机构、用于对初生纤维进行集聚和牵伸的气流集聚牵伸机构以及后整理和卷绕机构；所述初生纤维成形机构包括微流控纺丝芯片、纺丝液管道和公共纺丝液管道，所述纺丝液管道用于输送纺丝液或凝固液，纺丝液或凝固液通过所述纺丝液管道进入微流控纺丝芯片并在公共纺丝液管道汇聚以形成初生纤维。

本发明的微流控纺丝装置在微流控纺丝芯片上设有了多个纺丝液管道，在控制机构的配合作用下，完成了微流控技术与可编程设计的结合，实现了纤维组分和结构的在线设计；控制机构为现有的常用的控制机构，例如：计算机，通过在可编程的控制机构对纤维结构和功能进行设计，并在微流控芯片中实现该设计，从而制备出可编程控制的结构可调的功能纤维，从源头实现了纤维结构的调整和功能的设计；该微流控纺丝装置不需要频繁更换喷丝头，实现了在一块芯片上进行多种材料、多种结构和功能纤维的制备，其结构简单，使用方便，容易操作，易于推广，还具有技术成本低、高通量、易于集成化的优点。多道纺丝液或凝固浴在公共纺丝液管道内汇聚并初步凝固，凝固方式主要包括离子置换、紫外线固化或非溶剂致相分离凝固任意一种或几种。

作为一种优选的实施方案，所述气流集聚牵伸机构包括空气压缩机、气体流量计、气体管道和气体牵伸区，所述公共纺丝液管道的末端设有所述气体牵伸区，所述空气压缩机产生高压气流经由气体流量计定量输入气体管道并在气体牵伸区对初生纤维进行集聚和牵伸。本发明在气流作用下进行牵伸，在公共纺丝液管道出口处设有气体牵伸区，气体管道上设有气体流量计，气体管道连接有空气压缩机，空气压缩机产生的气体经过气体管道在气体流量计的计量作用下，达到气体牵伸区，从而对初生纤维进行气流牵伸。

作为一种优选的实施方案，所述后整理和卷绕机构包括纤维加热干燥器和卷绕罗拉，所述纤维加热干燥器的末端连接有所述卷绕罗拉，所述纤维加热干燥器用于对经过集聚和牵伸后的纤维进行烘干，烘干后的纤维最终卷绕至卷绕罗拉上。本发明的初生纤维在纤维加热干燥器进行加热，纤维加热干燥器为射频加热、远红外加热、热风、热滚筒加热的任意一种或几种；经过烘干后的纤维最终卷绕至卷绕罗拉上，从而方便后续使用、再加工、储存和运输。

作为一种优选的实施方案，所述纺丝液管道上设有纺丝罐以及与之配套连接的推进器，所述控制机构包括计算机，所述计算机通过电磁阀分别与所述纺丝罐的推进器连接。纺丝液或凝固浴添加到纺丝罐中，纺丝罐连接的推进器由计算机进行控制，计算机通过电磁阀控制纺丝液或凝固浴的是否添加以及添加的量，从而在线设计纤维的组分和结构。

本发明的一种结构可控功能可设计纤维的微流控纺丝制备方法，其技术方案是这样实现的：包括以下步骤：(1)将质量分数为0.1-30％的纺丝液或凝固液依次注入纺丝罐中，静置脱泡0.5-3小时，得微流控纺丝用纺丝液或凝固液；(2)计算机通过电磁阀控制纺丝罐的推进器，推进器速度为0.05-100mm/min，以在线实现纤维组分的设计；(3)纺丝液或凝固液通过纺丝液管道按照流速为0.1-100ml/min进入微流控纺丝芯片，并在公共纺丝液管道汇聚，以形成初生纤维；(4)初生纤维通过气流集聚牵伸区进行牵伸，经过固化之后，进入纤维加热干燥器进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉，得结构可控功能可设计纤维。

本发明结构可控功能可设计纤维的微流控纺丝制备方法采用的是微流控技术和可编程控制技术相结合的方法，利用具有多个纺丝液管道设计的微流控芯片，通过可编程控制技术对纺丝液成分和各个纺丝液在微流控芯片中流经的纺丝液管道以及纺丝液管道中流量控制，制备具有结构可调的功能纤维或链段化结构纤维；微流控芯片中多个纺丝液管道彼此独立或形成网络，通过对其内纺丝液流量的控制，设计各纺丝液在功能纤维截面中的比例，纺丝液在微流控芯片管道中层流作用下，在汇集到公共管道中进行排列，形成特定结构的截面形状。与现有的纤维制备方法相比，本发明的纤维制备方法可以采用一步法制备出不同截面结构的功能纤维，不需要频繁更换微流控芯片或者纺丝喷头，即可得到不同截面形状的纤维，该制备方法简单新颖，操作便捷，可重复性好；并且，本发明的可采用功能材料作为纺丝液的组分，可纺制出多种不同功能的功能纤维；本发明的功能纤维结构可调，还具有良好的力学性能和特殊的功能性，应用领域广阔。

作为一种优选的实施方案，所述步骤(1)中，纺丝液为功能纳米材料的质量含量为0.01-99％的功能纳米材料纺丝液，所述纺丝液为海藻酸盐聚合物、壳聚糖、聚乙烯醇、纤维素、蛋白质、聚乳酸、聚氨酯、聚乙烯、聚苯二甲酰苯二胺、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯中任意一种或几种，所述功能纳米材料为石墨烯、氧化石墨烯、金属烯、石墨炔、碳纳米管、氮化硼、纳米纤维素微晶、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、二硫化钼中任意一种或几种。本发明的纺丝液可以是水溶性聚合物溶解在水相中形成的纺丝液，也可以是油溶性聚合物溶解在油相中形成的纺丝液，纺丝液中还可以添加功能纳米材料，从而得到多种不同结构的功能纤维；纤维可设计的功能包括但不限于高强、导电、阻燃、抗紫外线、抗静电、抗菌、吸附、传感、自驱动及环境响应等功能。本发明的结构可控功能可设计纤维，纺丝液包含聚合物纺丝液和功能材料纺丝液，在计算机控制系统的调控下可形成多种结构，这些结构可以是对称结构，也可以是非对称结构，可以是两组分结构，也可以是多组分结构；根据各组分纺丝液之间的配比以及纺丝液流经纺丝液管道的路径的设计的调整，得到了多种不同结构的功能纤维。

作为一种优选的实施方案，所述步骤(1)中，凝固液为氯化钙、氢氧化钠、乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、二甲基亚砜、硫酸中任意一种或几种。在凝固液的作用下，纺丝液在公共纺丝液管道中初步凝固，并在气流作用下经过拉伸形成初生纤维；本发明的凝固液可以是通过纺丝液管道与纺丝液一起共同进入公共纺丝管道，在公共纺丝管道内凝固并成型，也可以在气流牵引区之后设置盛装凝固液的设备，经过集聚和牵伸的初生纤维在凝固液中进行固化；凝固浴的存在使其凝固效果好，纤维拉伸效果好。

作为一种优选的实施方案，所述步骤(3)中，纺丝液管道的横截面为圆形、椭圆形、扇形、多边形中的任意一种，纺丝液管道的横截面面积为500-50000平方微米，所述步骤(4)中，气流集聚牵伸区的气压为0.001-1000mpa。通常情况下，微流控芯片的纺丝液管道的个数为六个，当然，微流控芯片的纺丝液管道的个数也可以是其它数量个，例如：八个、十个或十二个，这种具有多数个纺丝液管道设计的微流控芯片，控制方便，多数个纺丝液管道之间彼此独立或形成网络。

本发明的一种结构可控功能可设计纤维，其技术方案是这样实现的：所述纤维是根据上面任意一项所述的结构可控功能可设计纤维的微流控纺丝制备方法制备而成的。

本发明的结构可控功能可设计纤维的横截面方向的结构以及纤维轴向的结构可通过可编程控制计算机进行设计，亦可在纺丝过程中进行实时在线调控，纤维功能性可根据组分进行设计，纤维的直径为1纳米至90000微米，长度为1毫米及以上。

作为一种优选的实施方案，所述纤维的横截面结构为双边结构、皮芯结构、偏心结构、三明治结构、反皮芯结构、janus结构、多组分结构、十字花结构、多叶结构中的任意一种，所述纤维的纵向为多组分并列排列或间隔排列。本发明在线实现纤维组分设计的结构包括但不限于纤维横截面为双边结构、皮芯结构、偏心结构、三明治结构、反皮芯结构、janus结构、多组分结构、十字花结构及多叶结构，纤维的轴向各组分交替构成。纤维的纵向为单一组分或多种组分，优选是多种组分，多种组分在纵向上呈并列排列，或者多种组分在纵向上间隔排列。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的微流控纺丝装置在微流控纺丝芯片上设有了多个纺丝液管道，在控制机构的配合作用下，完成了微流控技术与可编程设计的结合，实现了纤维组分和结构的在线设计，从源头实现了纤维结构的调整和功能的设计；不需要频繁更换喷丝头，实现了在一块芯片上进行多种材料、多种结构和功能纤维的制备。本发明的纤维结构可调，聚合物材料纺丝液和功能材料纺丝液可在微流控芯片中形成多种结构，这种结构可以是对称结构，也可以是非对称结构，可以是两组分结构，也可以是多组分结构；根据纺丝液的配比和各个纺丝液在微流控芯片中流经的纺丝液管道以及纺丝液管道中流量控制，可得到多种不同结构的功能纤维；该功能纤维具有高强、导电、阻燃、抗静电、抗菌、抗紫外线、吸附、传感、自驱动及环境响应等多种不同功能。本发明的功能纤维的制备方法采用了一步法直接制备出了不同截面结构的功能纤维，不需要频繁更换微流控芯片或者纺丝喷头，该制备方法简单新颖，操作便捷，结构可控，可重复性好。

附图说明

图1为本发明一个实施例的平面结构示意图；

图2a为本发明实施例一所得功能纤维的横截面剖视结构示意图；

图2b为本发明实施例一所得功能纤维的纵向结构示意图；

图3a为本发明实施例二所得功能纤维的横截面剖视结构示意图；

图3b为本发明实施例二所得功能纤维的纵向结构示意图；

图4a为本发明实施例三所得功能纤维的横截面剖视结构示意图；

图4b为本发明实施例三所得功能纤维的纵向结构示意图；

图5a为本发明实施例四所得功能纤维的横截面剖视结构示意图；

图5b为本发明实施例四所得功能纤维的纵向结构示意图；

图6a为本发明实施例五所得功能纤维的横截面剖视结构示意图；

图6b为本发明实施例五所得功能纤维的纵向结构示意图；

图7a为本发明实施例六所得功能纤维的横截面剖视结构示意图；

图7b为本发明实施例六所得功能纤维的纵向结构示意图；

图8a为本发明实施例七所得功能纤维的横截面剖视结构示意图；

图8b为本发明实施例七所得功能纤维的纵向结构示意图。

图中：1-计算机；2-电磁阀；3-空气压缩机；4-气体流量计；5-第一纺丝液管道；6-第二纺丝液管道；7-第三纺丝液管道；8-第四纺丝液管道；9-第五纺丝液管道；10-第六纺丝液管道；11-气体管道；12-微流控芯片；13-气流集聚牵伸区；14-公共纺丝液管道；15-第一推进器及纺丝罐；16-第二推进器及纺丝罐；17-第三推进器及纺丝罐；18-第四推进器及纺丝罐；19-第五推进器及纺丝罐；20-第六推进器及纺丝罐；21-纤维加热干燥器；22-卷绕罗拉；23-纺丝液a层；24-纺丝液b层；25-纺丝液c层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅附图1，本发明的一种结构可控功能可设计纤维用微流控纺丝装置，包括用于对纤维组分和结构进行设计的控制机构、用于微流控纺丝初生纤维成形的初纤维成形机构、用于对初生纤维进行集聚和牵伸的气流集聚牵伸机构以及后整理和卷绕机构；所述初生纤维成形机构包括微流控纺丝芯片、纺丝液管道和公共纺丝液管道14，所述纺丝液管道用于输送纺丝液或凝固液，纺丝液或凝固液通过所述纺丝液管道进入微流控纺丝芯片并在公共纺丝液管道14汇聚以形成初生纤维。

优选地，所述气流集聚牵伸机构包括空气压缩机3、气体流量计4、气体管道11和气体牵伸区，所述公共纺丝液管道14的末端连接有所述气体牵伸区，所述空气压缩机3产生高压气流经由气体流量计4定量输入气体管道11并在气体牵伸区对初生纤维进行集聚和牵伸。

进一步地，所述后整理和卷绕机构包括纤维加热干燥器21和卷绕罗拉22，所述纤维加热干燥器21的末端连接有所述卷绕罗拉22，所述纤维加热干燥器21用于对经过集聚和牵伸后的纤维进行烘干，烘干后的纤维最终卷绕至卷绕罗拉22上。

具体地，所述纺丝液管道上设有纺丝罐以及与之配套连接的推进器，所述控制机构包括计算机1，所述计算机1通过电磁阀2分别与所述纺丝罐的推进器连接。

本发明的一种结构可控功能可设计纤维的微流控纺丝制备方法，包括以下步骤：

(1)将质量分数为0.1-30％的纺丝液或凝固液依次注入纺丝罐中，静置脱泡0.5-3小时，得微流控纺丝用纺丝液或凝固液；

(2)计算机1通过电磁阀2控制纺丝罐的推进器，推进器速度为0.05-100mm/min，以在线实现纤维组分的设计；

(3)纺丝液或凝固液通过纺丝液管道按照流速为0.1-100ml/min进入微流控纺丝芯片，并在公共纺丝液管道14汇聚，以形成初生纤维；

(4)初生纤维通过气流集聚牵伸区13进行牵伸，经过固化之后，进入纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22，得结构可控功能可设计纤维。

优选地，所述步骤(1)中，纺丝液为功能纳米材料的质量含量为0.01-99％的功能纳米材料纺丝液，所述纺丝液为海藻酸盐聚合物、壳聚糖、聚乙烯醇、纤维素、蛋白质、聚乳酸、聚氨酯、聚乙烯、聚苯二甲酰苯二胺、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯中任意一种或几种，所述功能纳米材料为石墨烯、氧化石墨烯、金属烯、石墨炔、碳纳米管、氮化硼、纳米纤维素微晶、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、二硫化钼中任意一种或几种。

进一步地，所述步骤(1)中，凝固液为氯化钙、氢氧化钠、乙醇、去离子水、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、丙酮、二甲基亚砜、硫酸中任意一种或几种。

具体地，所述步骤(3)中，纺丝液管道的横截面为圆形、椭圆形、扇形、多边形中的任意一种，纺丝液管道的横截面面积为500-50000平方微米，所述步骤(4)中，气流集聚牵伸区13的气压为0.001-1000mpa。

本发明的一种结构可控功能可设计纤维，所述纤维是根据上面任意一项所述的结构可控功能可设计纤维的微流控纺丝制备方法制备而成的。

优选地，所述纤维的横截面结构为双边结构、皮芯结构、偏心结构、三明治结构、反皮芯结构、janus结构、多组分结构、十字花结构、多叶结构中的任意一种，所述纤维的纵向为多组分并列排列或间隔排列。

实施例一

参阅附图1，本发明的一种结构可控功能可设计纤维的微流控纺丝制备方法，包括以下步骤：

1)根据设计的功能纤维的结构，取微流控芯片12，微流控芯片12具有六个纺丝液管道，分别为第一纺丝液管道5、第二纺丝液管道6、第三纺丝液管道7、第四纺丝液管道8、第五纺丝液管道9、第六纺丝液管道10，这六个纺丝液管道均与公共纺丝液管道14连接；

微流控芯片12的六个纺丝液管道均设有对应的纺丝罐以及与纺丝罐连接的推进器，分别为第一推进器及纺丝罐15、第二推进器及纺丝罐16、第三推进器及纺丝罐17、第四推进器及纺丝罐18、第五推进器及纺丝罐19、第六推进器及纺丝罐20，推进器将纺丝罐内的纺丝液推入纺丝液管道，并通过推进速度控制纺丝液的流量；推进器的一侧还设有电磁阀2，电磁阀2是计算机1用于控制纺丝液管道的开关，计算机1通过电磁阀2控制推进器使一定流量的纺丝液推入纺丝液管道；

公共纺丝液管道14的末端连接有气体牵伸区13，在公共纺丝液管道14的出口处设有两条气体管道11，气体管道11分别与气体牵伸区13连通，气体管道11上分别设有气体流量计4，气体流量计4连接有空气压缩机3；

气流集聚牵伸区13的末端连接有纤维加热干燥器21，纤维加热干燥器21的另一端与卷绕罗拉22连接。

2)将纺丝液或凝固液依次注入纺丝罐中，静置脱泡，得微流控纺丝用纺丝液或凝固液；

3)利用计算机1通过电磁阀2控制纺丝罐的推进器，将各个纺丝液或凝固浴溶液分别注入六个不同的纺丝液管道中的任意一个或多个，在计算机1内设定程序的控制作用下，纺丝液流经六个纺丝液管道中的任意一个或多个，计算机1控制了纺丝罐推进器的速度，计算机1还控制纺丝液在六个纺丝液管道中流量，进入微流控纺丝芯片12中的纺丝液管道汇集到公共纺丝液管道14，汇合挤出，凝固成型，以形成初生纤维；

4)空气压缩机3产生的气体在气体流量计4计量后经过气体管道11，到达公共纺丝液管道14的出口处，对初生纤维进行气流牵伸；初生纤维通过气流集聚牵伸区13牵伸，并经过固化之后，进入纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22上，得结构可控功能可设计纤维。

本实施例中，具有六个纺丝液管道的微流控芯片12是利用湿法刻蚀方法刻蚀有机玻璃芯片而得到的，纺丝液包括纺丝液a和纺丝液b，凝固浴为氯化钙凝固浴，纺丝液a是质量浓度为1％的海藻酸钠水溶液，其配制方法是：取海藻酸钠溶于去离子水，静置消泡，得海藻酸钠溶液；纺丝液b是质量分数为2％的氧化石墨烯浓溶液，其配制方法是：取一定量自制氧化石墨烯溶于水，超声分散10min，得氧化石墨烯浓溶液。

本实施例中，纺丝液a装入第二推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第五推进器及纺丝罐20中的纺丝罐，纺丝液a在第二推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第五推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为0.5h，纺丝液b装入第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐和第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐，纺丝液b在第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐和第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为0.5h；氯化钙凝固浴装入第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐，氯化钙凝固浴在第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的脱泡时间均为0.5h；

计算机1控制第二推进器及纺丝罐15中的推进器的速度为1mm/min，纺丝液a通过第二纺丝液管道5按照流速为0.7ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第五推进器及纺丝罐20中的推进器的速度为1mm/min，纺丝液a通过第五纺丝液管道10按照流速为0.7ml/min进入微流控芯片12；另外，计算机1控制第三推进器及纺丝罐17中的推进器的速度为0.25mm/min，纺丝液b通过第三纺丝液管道7按照流速为0.175ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第四推进器及纺丝罐18中的推进器的速度为0.25mm/min，纺丝液b通过第四纺丝液管道8按照流速为0.175ml/min进入微流控芯片12；另外，计算机1控制第一推进器及纺丝罐15中的推进器的速度为5mm/min，凝固浴通过第一纺丝液管道5按照流速为7ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第六推进器及纺丝罐20中的推进器的速度为5mm/min，氯化钙凝固浴通过第六纺丝液管道10按照流速为7ml/min进入微流控芯片12；

进入第二纺丝液管道5和第五纺丝液管道10的纺丝液a的总流量与进入第三纺丝液管道7和进入第四纺丝液管道8的纺丝液b的总流量之比为4:1，纺丝液a、纺丝液b和氯化钙凝固浴在公共纺丝管道14中汇合，在公共纺丝管道14中发生大分子排列和初步凝固成型，形成初生纤维，初生纤维经过气流集聚牵伸区13牵伸，然后进入氯化钙的凝固浴进行固化，再经过纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22上，从而得到具有皮芯结构的氧化石墨烯增强纤维。

参阅附图2a和附图2b，本实施例中的具有皮芯结构的氧化石墨烯增强纤维的外层为纺丝液a即纺丝液a层23，内层为纺丝液b即纺丝液b层24，经还原后，该纤维内芯具有良好导电性。

实施例二

在实施例一的基础上，对纺丝液的组分、质量浓度、推进器速度纺丝液流速以及流经管道进行调整。

本实施例中，纺丝液包括纺丝液a和纺丝液b，纺丝液a为质量浓度为2％的壳聚糖溶液，其配制方法是：取壳聚糖，溶于5％的醋酸水溶液中，静置消泡，得壳聚糖溶液；纺丝液b为质量分数为0.1％的石墨烯溶液，其配制方法是：取一定量自制石墨烯溶于水，超声分散10min，得石墨烯溶液。

本实施例中，本实施例中，纺丝液a装入第二推进器及纺丝罐16中的纺丝罐和第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐，纺丝液a在第二推进器及纺丝罐16中的纺丝罐和第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为1h，纺丝液b装入第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐、第五推进器及纺丝罐19中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐，纺丝液b在第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐、第五推进器及纺丝罐19中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为1h；

计算机1控制第二推进器及纺丝罐16的推进器的速度为0.143mm/min，纺丝液a通过第二纺丝液管道6按照流速为0.1ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第三推进器及纺丝罐17中的推进器的速度为0.143mm/min，纺丝液a通过第三纺丝液管道7按照流速为0.1ml/min进入微流控芯片12；另外，计算机1控制第四推进器及纺丝罐18的推进器的速度为0.05mm/min，纺丝液b通过第四纺丝液管道8按照流速为0.035ml/min进入微流控芯片12，计算机1控制第五纺丝罐22的推进器的速度为0.05mm/min，纺丝液b通过第五纺丝液管道9按照流速为0.035ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第六推进器及纺丝罐20中的推进器的速度为0.05mm/min，纺丝液b通过第六纺丝液管道10按照流速为0.035ml/min进入微流控芯片12；

进入第二纺丝液管道6和第三纺丝液管道7的纺丝液a的总流量与进入第四纺丝液管道8、第五纺丝液管道9和第六纺丝液管道10的纺丝液b的总流量之比为40:21，纺丝液a和纺丝液b在公共纺丝管道14中汇合挤出后，形成初生纤维，初生纤维经过气流集聚牵伸区13牵伸，然后，进入氢氧化钠的凝固浴进行固化，再经过纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22上，从而得到具有偏心结构的导电增强功能纤维。

参阅附图3a和附图3b，本市实施例所得的具有偏心结构的导电增强功能纤维的内层为聚合物纺丝液a即纺丝液a层23，外层为功能材料纺丝液b即纺丝液b层24，具有良好导电性。

实施例三

在实施例一的基础上，对纺丝液的组分、质量浓度、推进器速度纺丝液流速以及流经管道进行调整。

本实施例中，纺丝液包括纺丝液a和纺丝液b，纺丝液a为质量浓度为30％的聚氨酯溶液，其配制方法是：取聚氨酯溶于二甲基亚砜中得聚氨酯溶液；纺丝液b为质量分数为1％的碳纳米管溶液，其配制方法是：将碳纳米管均匀分散到二甲基亚砜溶液中，超声震荡10min，之后加入少量聚氨酯配成碳纳米管溶液。

本实施例中，纺丝液b装入第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐，纺丝液b在第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为3h，纺丝液a装入第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐，纺丝液a在第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐中的静置脱泡时间为3h；

计算机1控制第一推进器及纺丝罐15中的推进器的速度为10mm/min，纺丝液b通过第一纺丝液管道5按照流速为7ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第六推进器及纺丝罐20中的推进器的速度为10mm/min，纺丝液b通过第六纺丝液管道10按照流速为7ml/min进入微流控芯片12；另外，计算机1控制第四推进器及纺丝罐18中的推进器的速度为10mm/min，纺丝液a通过第四纺丝液管道8按照流速为7ml/min进入微流控芯片12；

进入第一纺丝液管道5和第六纺丝液管道10的纺丝液b的总流量与进入第四纺丝液管道8的纺丝液a的流量之比为2:1，其中进入第一纺丝液管道5和第六纺丝液管道10的纺丝液b流量比为1:1，纺丝液a和纺丝液b在公共纺丝管道14中汇合挤出后，形成初生纤维，初生纤维经过气流集聚牵伸区13牵伸，然后就，进入去离子水的凝固浴进行固化，再经过纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22上，从而得到具有三明治结构的导电增强功能纤维。

参阅附图4a和附图4b，本实施例中具有三明治结构的导电增强功能纤维的夹心层为聚合物纺丝液a即纺丝液a层23，两侧为功能材料纺丝液b即纺丝液b层24，具有良好导电性。

实施例四

在实施例一的基础上，保持纺丝液a和纺丝液b的组分和质量浓度不变，对纺丝液a和纺丝液b的流量比以及流经的纺丝液管道进行再次调整。

本实施例中，纺丝液b装入第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐，纺丝液b在第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为2h，纺丝液a装入第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐，纺丝液a在第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为2h；

计算机1控制第一推进器及纺丝罐15的推进器的速度为5mm/min，纺丝液b通过第一纺丝液管道5按照流速为3.5ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第六推进器及纺丝罐20的推进器的速度为5mm/min，纺丝液b通过第六纺丝液管道10按照流速为3.5ml/min进入微流控芯片12；另外，计算机1控制第三推进器及纺丝罐17中的推进器的速度为25mm/min，纺丝液a通过第三纺丝液管道7按照流速为17.5ml/min进入微流控芯片12；

进入第一纺丝液管道5和第六纺丝液管道10的纺丝液b的总流量与进入第三纺丝液管道7的纺丝液a的总流量之比为2:5，纺丝液a和纺丝液b在公共纺丝管道14中汇合挤出后，形成初生纤维，初生纤维经过气流集聚牵伸区13牵伸，然后，进入在氯化钙的凝固浴进行固化，再经过纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22上，从而得到具有反皮芯结构的导电增强功能纤维。

参阅附图5a和附图5b，该具有反皮芯结构的导电增强功能纤维的内层为聚合物纺丝液a即纺丝液a层23，外层为功能材料纺丝液b即纺丝液b层24，经还原后外层具有良好导电性。

实施例五

在实施例一的基础上，对纺丝液的组分、质量浓度、推进器速度纺丝液流速以及流经管道进行调整。

本实施例中，纺丝液包括纺丝液a、纺丝液b和纺丝液c，纺丝液a为质量浓度为1％的聚苯二甲酰苯二胺的dmso溶液，其配制方法是：将聚苯二甲酰苯二胺溶于dmso中配置成质量分数为1％的溶液，静置消泡，得聚苯二甲酰苯二胺的dmso溶液；纺丝液b为质量浓度为20％的聚氨酯的dmso溶液，其配制方法是：取聚氨酯，添加dmso，静置消泡，得聚氨酯的dmso溶液；纺丝液c为质量分数为5％的石墨烯溶液，其配制方法是：将石墨烯与聚氨酯溶于dmso中配置成石墨烯质量分数为2％、聚氨酯质量分数为1％的溶液。

本实施例中，纺丝液a装入第二推进器及纺丝罐16中的纺丝罐，纺丝液a在第二推进器及纺丝罐16中的纺丝罐中的静置脱泡时间为1h，纺丝液b装入第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐，纺丝液b在第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐中的静置脱泡时间为1h，纺丝液c装入第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐，纺丝液c在第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的静置脱泡时间为1h；

计算机1控制第二推进器及纺丝罐16中的推进器的速度为5mm/min，纺丝液a通过第二纺丝液管道6按照流速为3.5ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第四推进器及纺丝罐18的推进器的速度为5mm/min，纺丝液b通过第四纺丝液管道8按照流速为3.5ml/min进入微流控芯片12，另外，计算机1控制第六推进器及纺丝罐20中的推进器的速度为5mm/min，纺丝液c通过第六纺丝液管道10按照流速为3.5ml/min进入微流控芯片12；

进入第二纺丝液管道6的纺丝液a、进入第四纺丝液管道8的纺丝液b和进入第六纺丝液管道10的纺丝液c的流量之比为1:1:1，纺丝液a、纺丝液b和纺丝液c在公共纺丝液管道14中汇合挤出后，形成初生纤维，初生纤维经过气流集聚牵伸区13牵伸，然后通过非溶剂致相分离的方式进行固化，再经过纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22上，从而得到具有三叶结构的功能纤维。

参阅附图6a和附图6b，本实施例所得的具有三叶结构的功能纤维的一叶为纺丝液a即纺丝液a层23，二叶为纺丝液b即纺丝液b层24，三叶为纺丝液c即纺丝液c层25，具有良好导电性。

实施例六

在实施例五的基础上，保持纺丝液a、纺丝液b和纺丝液c的组分、质量浓度不变，对流量比以及流经的纺丝液管道进行再次调整。

本实施例中，纺丝液a装入第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐和第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐，纺丝液a在第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐和第四推进器及纺丝罐18中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为0.2h，纺丝液b装入第六推进器及纺丝罐20中纺丝罐，纺丝液b在第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的静置脱泡时间为0.2h，纺丝液c装入第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐，纺丝液c在第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐中的静置脱泡时间为0.2h；

计算机1控制第三推进器及纺丝罐17中的推进器的速度为10mm/min，纺丝液a通过第三纺丝液管道7按照流速为7ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第四推进器及纺丝罐18的推进器的速度为10mm/min，纺丝液a通过第四纺丝液管道8按照流速为7ml/min进入微流控芯片12；同时，计算机1控制第六推进器及纺丝罐20中的推进器的速度为1mm/min，纺丝液b通过第六纺丝液管道10按照流速为0.7ml/min进入微流控芯片12；另外，计算机1控制第一推进器及纺丝罐15的推进器的速度为1mm/min，纺丝液c通过第一纺丝液管道5按照流速为0.7ml/min进入微流控芯片12；

进入第一纺丝液管道5的纺丝液c、进入第六纺丝液管道10的纺丝液b和进入第三纺丝液管道7和第四纺丝液管道8的纺丝液a的流量之比为1:1:20，纺丝液a、纺丝液b和纺丝液c在公共纺丝液管道14中汇合挤出后，形成初生纤维，初生纤维经过气流集聚牵伸区13牵伸，然后通过非溶剂致相分离方式进行固化，再经过纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22上，从而得到具有两瓣夹芯结构的功能纤维。

参阅附图7a和附图7b，本实施例所得的具有两瓣夹芯结构的功能纤维的芯为纺丝液a即芳纶也即纺丝液a层23，具有提高纤维强度的作用，外皮为两瓣，一瓣是半导电的功能材料纺丝液c即纺丝液c层25，一瓣是不导电的纺丝液b纺丝液b层24。

实施例七

在实施例五的基础上，保持纺丝液a、纺丝液b和纺丝液c的组分、质量浓度不变，对流量比以及流经的纺丝液管道进行再次调整。

本实施例中，纺丝液a装入第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐，纺丝液a在第一推进器及纺丝罐15中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为2h，纺丝液b装入第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐，纺丝液b在第三推进器及纺丝罐17中的纺丝罐中的静置脱泡时间均为2h，纺丝液c装入第二推进器及纺丝罐16中的纺丝罐和第五推进器及纺丝罐19中的纺丝罐，纺丝液a在第二推进器及纺丝罐16中的纺丝罐和第六推进器及纺丝罐20中的纺丝罐中的静置脱泡时间为2h；

计算机1控制第一推进器及纺丝罐15的推进器的速度为10mm/min，纺丝液a通过第一纺丝液管道5按照流速为7ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第六推进器及纺丝罐20中的推进器的速度为10mm/min，纺丝液a通过第六纺丝液管道10按照流速为7ml/min进入微流控芯片12；另外，计算机1控制第三推进器及纺丝罐17中的推进器的速度为100mm/min，纺丝液b通过第三纺丝液管道7按照流速为70ml/min进入微流控芯片12，；计算机1控制第二推进器及纺丝罐16中的推进器的速度为10mm/min，纺丝液c通过第二纺丝液管道6按照流速为7ml/min进入微流控芯片12，同时，计算机1控制第五推进器及纺丝罐19的推进器的速度为10mm/min，纺丝液c通过第五纺丝液管道9按照流速为7ml/min进入微流控芯片12；

并且，计算机1控制进入第三纺丝液管道7的纺丝液b设置为持续流通，而进入第一纺丝液管道5和第六纺丝液管道10的纺丝液a以及进入第二纺丝液管道6和第五纺丝液管道9的纺丝液c为交替流通，即纺丝液a和纺丝液c设置为交替流通，纺丝液a或纺丝液c与纺丝液b在公共纺丝液管道14中汇合，流量比为1:5，从微流控芯片12出口处挤出后，形成初生纤维，初生纤维经过气流集聚牵伸区13牵伸，然后在去离子水中进行固化，再经过纤维加热干燥器21进行烘干，最终卷绕至卷绕罗拉22上，从而得到具有皮层双组分链段化交替结构的功能纤维。

参阅附图8a和附图8b，本实施例所得的具有皮层双组分链段化交替结构的功能纤维的芯为纺丝液b即聚氨酯也即纺丝液b层24，外皮为纺丝液a即纺丝液a层23和纺丝液c也即纺丝液c层25就是聚苯二甲酰苯二胺与石墨烯聚氨酯溶液链段化交替结构，实现一种弹性导电部分与非弹性不导电部分交替的特殊结构功能纤维。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的微流控纺丝装置在微流控纺丝芯片上设有了多个纺丝液管道，在控制机构的配合作用下，完成了微流控技术与可编程设计的结合，实现了纤维组分和结构的在线设计，从源头实现了纤维结构的调整和功能的设计；不需要频繁更换喷丝头，实现了在一块芯片上进行多种材料、多种结构和功能纤维的制备。本发明的纤维结构可调，聚合物材料纺丝液和功能材料纺丝液可在微流控芯片12中形成多种结构，这种结构可以是对称结构，也可以是非对称结构，可以是两组分结构，也可以是多组分结构；根据纺丝液的配比和各个纺丝液在微流控芯片12中流经的纺丝液管道以及纺丝液管道中流量控制，可得到多种不同结构的功能纤维；该功能纤维具有高强、导电、阻燃、抗静电、抗菌、抗紫外线、吸附、传感、自驱动及环境响应等多种不同功能。本发明的功能纤维的制备方法采用了一步法直接制备出了不同截面结构的功能纤维，不需要频繁更换微流控芯片12或者纺丝喷头，该制备方法简单新颖，操作便捷，结构可控，可重复性好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。