[發(fā)明專利]循環(huán)流體動(dòng)力紡絲裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011172822.X
• 申請(qǐng)日: 2020-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN112301440A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孟凱;朱沛沛;趙薈菁;張克勤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): D01D5/06
• 分類號(hào): D01D5/06
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 崔玉琳

本發(fā)明涉及一種循環(huán)流體動(dòng)力紡絲裝置及方法。本發(fā)明的循環(huán)流體動(dòng)力紡絲裝置，包括紡絲原液注射機(jī)構(gòu)、凝固機(jī)構(gòu)和纖維收集機(jī)構(gòu)，紡絲原液注射機(jī)構(gòu)與第一連接管流體連通；凝固機(jī)構(gòu)包括凝固浴筒以及凝固浴槽，凝固浴筒上端具有進(jìn)液口和出液口，第一連接管具有紡絲液出口且紡絲液出口位于凝固浴筒內(nèi)；凝固浴槽設(shè)有驅(qū)動(dòng)組件，驅(qū)動(dòng)組件與第二連接管連接，第二連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纖維和凝固浴從凝固浴筒內(nèi)流出。本發(fā)明中的凝固浴可循環(huán)流動(dòng)，在水凝膠纖維制備過(guò)程中，可通過(guò)流動(dòng)凝固浴的剪切拉伸力對(duì)纖維進(jìn)行牽伸，拉伸力和拉伸部位可控，纖維粗細(xì)均勻、直徑可控，且生產(chǎn)效率高，具有產(chǎn)業(yè)化前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種循環(huán)流體動(dòng)力紡絲裝置及方法。

背景技術(shù)

水凝膠纖維是一種具有溶脹性能、刺激響應(yīng)性能、緩釋性能和固定化等性能的新型纖維，在組織工程、生物醫(yī)學(xué)、紡織和高分子材料等領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。目前水凝膠纖維的紡絲方法有微流控紡絲法、靜電紡絲法、濕法紡絲法等。

微流控紡絲是指成纖溶液利用其層流特性，在微流控芯片的微通道中沿液體流動(dòng)方向流動(dòng)而不接觸微通道內(nèi)壁，進(jìn)而在微流控芯片中擠出而固化成纖，其固化方式包括光聚合、雙擴(kuò)散等。與傳統(tǒng)的紡絲工藝相比，微流控紡絲在常溫、常壓下即可完成，具有纖維形狀和尺寸可控、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在生物材料等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。微流控紡絲裝置可以生產(chǎn)納米級(jí)的水凝膠纖維，在微通道中，預(yù)凝膠溶液的連續(xù)流體被第二溶液包覆，然后通過(guò)交聯(lián)或凝固產(chǎn)生連續(xù)纖維。

靜電紡絲是目前制備納米超細(xì)纖維的最佳方法，它是使高聚物的溶液或熔體在電場(chǎng)力牽引下拉伸成絲，從而獲得連續(xù)性較好的微納米級(jí)纖維。靜電紡絲過(guò)程中，注射器內(nèi)裝有聚合物熔體或聚合物溶液等黏彈性流體，噴射針頭和接收裝置之間施加10～50kV高壓靜電，注射泵將少量黏彈性流體以一定速率穩(wěn)定輸送到注射器噴射針頭，高壓靜電場(chǎng)在針頭和接收裝置之間瞬時(shí)產(chǎn)生電位差；隨著電壓的增大，注射器針頭處首先形成圓錐狀液滴；當(dāng)電壓增大到臨界值時(shí)，聚合物溶液或熔體受到的靜電場(chǎng)力足以克服流體表面張力及粘性阻力，從Taylor錐頂端向陰極方向噴出帶電射流；帶電射流經(jīng)歷不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)和拉伸過(guò)程，通過(guò)溶劑揮發(fā)或熔體固化，直徑急劇細(xì)化，固化為超細(xì)纖維，以螺旋方式隨機(jī)沉積在接收裝置表面。其簡(jiǎn)單、高效的方法常常被用來(lái)制備水凝膠纖維。

濕法紡絲是將噴絲孔眼中壓出的原液細(xì)流進(jìn)入凝固浴，原液細(xì)流中的溶劑向凝固浴擴(kuò)散，凝固劑向細(xì)流滲透，在凝固浴中析出而形成纖維。濕法紡絲的聚合物必須具有合適的結(jié)構(gòu)和分子量。此外，該方法適合生產(chǎn)不能由熔融紡絲或者干法紡絲制備的天然纖維，比如殼聚糖-海藻酸鈉纖維，因?yàn)榇朔椒ňS持著較強(qiáng)的鏈間羥基作用力。

但是，以上方法中，微流控生產(chǎn)纖維的效率低下，難以大批量生產(chǎn)；靜電紡絲對(duì)溫濕度的條件比較苛刻且很難形成單根連續(xù)長(zhǎng)絲型水凝膠纖維；而通過(guò)濕法紡絲，其牽伸工藝對(duì)纖維的強(qiáng)度要求較高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種循環(huán)流體動(dòng)力紡絲裝置及方法，本發(fā)明中的凝固浴處于循環(huán)流動(dòng)狀態(tài)，濃度易于保持穩(wěn)定，在水凝膠纖維制備過(guò)程中，可通過(guò)流動(dòng)凝固浴的剪切拉伸力對(duì)纖維進(jìn)行牽伸，施加到水凝膠纖維上的拉伸力和拉伸部位可控，從而使所制備的水凝膠纖維粗細(xì)均勻、直徑可控，且可連續(xù)生產(chǎn)，具有產(chǎn)業(yè)化前景。

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種用于制備水凝膠纖維的循環(huán)流體動(dòng)力紡絲裝置，包括紡絲原液注射機(jī)構(gòu)、凝固機(jī)構(gòu)和纖維收集機(jī)構(gòu)，紡絲原液注射機(jī)構(gòu)用于盛放紡絲原液并將紡絲原液注入凝固機(jī)構(gòu)中，紡絲原液在凝固機(jī)構(gòu)中凝固后形成凝固后的纖維，同時(shí)凝固機(jī)構(gòu)中凝固浴的流動(dòng)對(duì)初生凝固纖維進(jìn)行牽伸，纖維收集機(jī)構(gòu)用于收集凝固后的纖維；其中：

紡絲原液注射機(jī)構(gòu)與第一連接管流體連通；