一种用于制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置的制作方法

本发明涉及一种制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置。

背景技术：

1、近几年，基于微纳纤维的产品在组织工程、超级电容器、功能材料等领域显著增加，目前的纺丝技术主要包括静电纺丝，熔融纺丝，湿法纺丝等。由于技术的不断发展与需求的持续变化，这些纺丝技术暴露出许多的问题：静电纺丝需要在高压静电场中，操作存在危险性，而且静电纺丝很难使一些粘度较大的聚合物溶液形成纤维状；熔融纺丝不易组装成大面积的纤维膜；传统湿法纺丝是通过喷丝孔将纺丝液挤出至凝固浴中，从而形成纤维。尽管湿法纺丝不涉及高温高压，能够实现大规模的纤维制备，但是想要得到连续、不同形貌尺寸的纤维较为困难。因此，开发出一种操作简便、制备结构精准可控的湿法纺丝装置来解决现存技术的问题就显得尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了改进现有技术的不足，提供了一种微流控湿法纺丝装置，将传统的湿法纺丝与微流控芯片相结合，使流体在特定微通道内流动可控，用于制备不同尺寸、形貌的纤维，扩大了纤维的应用领域，并实现一种高传热传质效率的纺丝过程。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种用于制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其包括有装置外壳1、微量注射泵2、底座3、控制面板4、微流控芯片5、芯片放置平台6、移动滑台7、移动滑台电机8、牵引机9、牵引机电机10、接收器11、卷轴电机12、排风装置13、温度-湿度调节装置14和照明装置15组成；控制面板4镶嵌于装置外壳1的一侧表面，与微量注射泵2、移动滑台电机8、牵引机电机10、卷轴电机12、排风装置13、温度-湿度调节装置14和照明装置15相连；微流控芯片5位于芯片放置平台6上；牵引机电机10固定于牵引机9上方；在移动滑台7的上方设有接收器11和卷轴电机12，其一端与工作台相接，另一端通过线路与接收器11连接，并带动接收器11旋转；在装置内部另一侧的角上安装有排风装置10和温度-湿度调节装置13；照明装置14内置于装置两侧顶部。

4、本发明的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其进一步的技术方案可以是所述的微流控芯片5内部采用同轴通道设计，内相通聚合物溶液，外相通凝固浴。内层的聚合物溶液通过一个前端锥形的细管道驱动，外层的凝固浴通过较大直径的通道流入，在两种溶液流动的交汇点处，凝固浴从外鞘层扩散到聚合物芯液中促进凝胶化，从而能够在芯片出口处连续纺丝。通过控制芯片内部通道的直径和内外相流速比，进而达到控制纤维尺寸和形貌的目的。

5、本发明的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其进一步的技术方案是所述的微量注射泵2为双通道微流泵，固定在可调节的底座3上，并通过软管与微流控芯片5相连。

6、本发明的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其进一步的技术方案还可以是所述的移动滑台电机8可根据程序调控往复运动的速率和距离，并带动移动滑台7往复运动。

7、本发明的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其进一步的技术方案还可以是所述的牵引机电机10可根据控制面板4控制顺时针旋转或逆时针旋转，便于接收器收丝。

8、本发明的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其进一步的技术方案还可以是所述的接收器10为卷轴式接收器，固定在移动滑台7上；卷轴电机12带动接收器11旋转收丝，使得收集的纤维紧密有序的缠绕，从而形成纤维阵列。

9、本发明的工作过程如下：常温常压的条件下，将聚合物溶液与凝固浴分别注入到两个注射器中，通过软管分别与微流控芯片的内相与外相连接。双通道微流泵分别设置推进速率，将微流控芯片出口的纤维丝经过牵引机缠绕连接到接收器上后，接收器设置旋转速率进行收丝。移动滑台设置往复运动速率，使得收集的纤维产生偏移，从而形成纤维阵列。

10、本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

11、同轴结构微流控芯片使得纺丝过程消耗试剂极少，在限域内液体流动可控，能够对通道直径和内外相流速比精准调节，使得所形成的纤维尺寸和结构可控；通过程序参数设定，双通道微流泵利用其推动力精密连续地传输液体；移动滑台带动接收器以恒定速率往复运动，有效地控制了纤维的接收位置和范围。因此，本发明能够满足所需要求，同时做到操作简便。

技术特征：

1.一种用于制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其特征在于由装置外壳(1)、微量注射泵(2)、底座(3)、控制面板(4)、微流控芯片(5)、芯片放置平台(6)、移动滑台(7)、移动滑台电机(8)、牵引机(9)、牵引机电机(10)、接收器(11)、卷轴电机(12)、排风装置(13)、温度-湿度调节装置(14)和照明装置(15)组成；控制面板(4)镶嵌于装置外壳(1)的一侧表面，与微量注射泵(2)、移动滑台电机(8)、牵引机电机(10)、卷轴电机(12)、排风装置(13)、温度-湿度调节装置(14)和照明装置(15)相连；微流控芯片(5)位于芯片放置平台(6)上；牵引机电机(10)固定于牵引机(9)上方；在移动滑台(7)的上方设有接收器(11)和卷轴电机(12)，其一端与工作台相接，另一端通过线路与接收器(11)连接，并带动接收器(11)旋转；在装置内部另一侧的角上安装有排风装置(10)和温度-湿度调节装置(13)；照明装置(14)内置于装置两侧顶部。

2.根据权利要求1所述的微流控芯片(5)，其特征在于内部采用同轴通道设计，内相通聚合物溶液，外相通凝固浴；内层的聚合物溶液通过一个前端锥形的细管道驱动，外层的凝固浴通过较大直径的通道流入，在两种溶液流动的交汇点处，凝固浴从外鞘层扩散到聚合物芯液中促进凝胶化，从而能够在芯片出口处连续纺丝；通过控制芯片内部通道的直径和内外相流速比，进而达到控制纤维尺寸和形貌的目的。

3.根据权利要求1所述的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其特征在于所述的微量注射泵(2)为双通道微流泵，固定在可调节的底座(3)上，并通过软管与微流控芯片(5)相连。

4.根据权利要求1所述的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其特征在于所述的移动滑台电机(8)可根据程序调控往复运动的速率和距离，并带动移动滑台(7)往复运动。

5.根据权利要求1所述的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其特征在于所述的牵引机电机(10)可根据控制面板(4)控制顺时针旋转或逆时针旋转，便于接收器收丝。

6.根据权利要求1所述的制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，其特征在于所述的接收器(10)为卷轴式接收器，固定在移动滑台(7)上；卷轴电机(12)带动接收器(11)旋转收丝，使得收集的纤维紧密有序的缠绕，从而形成纤维阵列。

技术总结
本发明涉及用于制备微纳纤维的微流控湿法纺丝装置，由装置外壳、微量注射泵、底座、控制面板、微流控芯片、芯片放置平台、移动滑台、移动滑台电机、牵引机、牵引机电机、接收器、卷轴电机、排风装置、温度‑湿度调节装置和照明装置组成；控制面板镶嵌于装置外壳的一侧表面，与微量注射泵、移动滑台电机、牵引机电机、卷轴电机、排风装置、温度‑湿度调节装置和照明装置相连；微流控芯片位于芯片放置平台上；牵引机电机固定于牵引机上方；在移动滑台的上方设有接收器和卷轴电机，其一端与工作台相接，另一端通过线路与接收器连接，并带动接收器旋转；在装置内部另一侧的角上安装有排风装置和温度‑湿度调节装置；照明装置内置于装置两侧顶部。

技术研发人员：陈苏,陈柯兵,刘畅,李国星,朱攀攀
受保护的技术使用者：南京捷纳思新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/1