一种可批量制备核壳结构纳米纤维的静电纺丝装置

技术领域

本发明涉及一种可批量制备核壳结构纳米纤维的静电纺丝装置。

背景技术

至今为止，静电纺丝是能够稳定制备出纳米纤维最有效的方法之一。通过静电纺丝得到的纳米纤维，具有高比表面积和高孔隙率，且生物相容性较好，故近几年来在生物医用材料领域的研究中得到了广泛的关注，特别是利用同轴静电纺丝技术制备核壳结构纳米纤维在药物缓释领域的研究引起了国内外学者的关注。但是，同轴静电纺丝设备对纺丝液的要求很高，在纺丝过程中容易出现针孔堵塞现象，影响纺丝过程的连续性和稳定性，进而影响纳米纤维膜的形貌质量，并且纤维膜产量较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纺丝效率高、提升产量的可批量制备核壳结构纳米纤维的静电纺丝装置

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可批量制备核壳结构纳米纤维的静电纺丝装置，包括：

储液池，用以盛放壳层纺丝液；

喷丝机构，为尖端开孔且带空腔的齿轮，所述空腔内用以盛放核层纺丝液至少部分所述喷丝机构设置在所述储液池内；

驱动组件，与所述齿轮相连并用以驱动所述齿轮转动；

接收机构，设置在所述齿轮的一侧以接收形成的纳米纤维；

高压电源，与所述接收机构和喷丝机构电连接，以使得所述接收机构和喷丝机构之间形成静电场；

所述齿轮包括若干个具有开口的尖端部，每个所述尖端部中空设置以与所述空腔连通，所述喷丝机构还包括设置在每个尖端部内的滚珠、及设置在所述齿轮内部轴承上并对应于每个所述尖端部的隔板，所述隔板与所述尖端部形成一定空间供所述滚珠运动，从而控制所述开口的开合；

所述驱动组件驱动所述齿轮转动以带动至少部分所述尖端部流经所述储液池，以使得所述尖端部粘附所述壳层纺丝液，所述尖端部转动至所述储液池上方后，堵在所述尖端部开口的滚珠受重力向所述齿轮内部退缩，使得所述开口打开，所述尖端部形成通道，所述齿轮内部核层纺丝液流出，所述尖端部外部带出的壳层纺丝液和核层纺丝液在静电场的作用下，被拉伸成丝形成核壳结构纤维，直至被接收到所述接收机构上。

进一步地，所述隔板与所述尖端部一侧的间距小于所述滚珠的直径。

进一步地，所述纺丝装置还包括用以提供核层纺丝液的核层纺丝液供液机构，所述核层纺丝液供液机构与所述轴承连接。

进一步地，所述隔板的材质为金属。

进一步地，所述齿轮材质为导电金属且还包括本体部，所述尖端部均匀设置在所述本体部上；所述本体部上涂覆有绝缘涂层。

进一步地，所述纺丝装置还包括与所述储液池连接以提供壳层纺丝液的壳层纺丝液供液机构。

进一步地，所述接收机构为金属材质且位于所述齿轮的正上方。

进一步地，所述接收机构为滚筒状或网状。

进一步地，所述滚珠的材质为金属。

进一步地，所述储液池的材质为绝缘材料。

本发明的有益效果在于：通过在尖端部上设置开口和在尖端部内设置滚珠，利用齿轮在转动时尖端部内的滚珠的重力和离心力的作用，滚珠可以将开口打开或封闭，开口打开时，壳层纺丝液和核层纺丝液在静电场的作用下，被共同拉伸成丝以实现同轴纺丝。从而齿轮的尖端部形成多个纺丝头，纺丝效率高、产量大大提升。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为本发明的可批量制备核壳结构纳米纤维的静电纺丝装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1，本发明的一较佳实施例中的一种可批量制备核壳结构纳米纤维的静电纺丝装置100，包括用以盛放壳层纺丝液的储液池1、与储液池1连接的壳层纺丝液供液机构6、核层纺丝液供液机构5、喷丝机构2、与喷丝机构2相连的驱动组件22、接收机构3、高压电源4。其中，高压电源4与喷丝机构2和接收机构3电连接，以使得接收机构3和喷丝机构2之间形成静电场。壳层纺丝液供液机构6为储液池1提供壳层纺丝液，核层纺丝液供液机构5为喷丝机构2提供核层纺丝液。本实施例中，壳层纺丝液供液机构6和核层纺丝液供液机构5皆为流量泵。诚然，在其他实施例中，壳层纺丝液供液机构6和核层纺丝液供液机构5也可以为其他，在此不做具体限定，根据实际情况而定。于该纺丝装置的高度方向上，储液池1位于喷丝机构2的下方，喷丝机构2安装在储液池1上，使得至少部分喷丝机构2位于储液池1内。需要说明的是，储液池1的长度需大于喷丝机构2的最长长度，以使得部分喷丝机构2能够在储液池1转动。

接收机构3设置在喷丝机构2的一侧且接地。接收机构3为滚筒状、网状、盒体状中的任一种，在本实施例中，接收机构3为滚筒状且设置在喷丝机构2的正上方以更好地接收成形的纳米纤维。诚然，在其他实施例中，接收机构3也可以为其他形状，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

喷丝机构2为具有空腔211的齿轮21。其中，空腔211用以盛放核层纺丝液。齿轮21包括若干个具有开口2121的尖端部212和本体部213，且若干个尖端部212均匀的设置在本体部213上。具体的，每个尖端部212中空设置并与空腔211连通，以使得核层纺丝液从空腔211中流入至若干中空的尖端部212。在本实施例中，齿轮21为导电金属材质，以使得所有的尖端部212都能够通电而不影响核层纺丝液纺丝，该导电金属可以为铜、铁等，在此不做具体限定，根据实际情况而定。齿轮21的本体部213的外表面上涂覆有绝缘涂层，这样设置的目的在于：防止粘附在齿轮21的本体部213上的壳层纺丝液直接纺丝。相应的，储液池1的材质也为绝缘材料，目的同上述。

喷丝机构2还包括设置在每个尖端部212内的滚珠23。本实施例中，滚珠23的材质为金属，其他实施例中，滚珠23的材质还可以为其他材质。该滚珠23可以在尖端部212内运动，从而将尖端部212的开口2121打开或封闭。具体的，驱动组件22驱动齿轮21高速旋转以带动至少部分尖端部212流经储液池1，此时，滚珠23在重力和离心力的作用下堵在开口2121处将其封闭，防止尖端部212内的核层纺丝液流出，开口2121封闭的尖端部212在储液池1内搅拌并使部分壳层纺丝液粘附在尖端外部，粘附壳层纺丝液的尖端部212随着齿轮21转动离开储液池1继续向上转动的过程中，堵在开口2121处的滚珠23所受重力克服离心力向齿轮21内部退缩，使得开口2121打开，尖端部212形成通道，齿轮21内部核层纺丝液通过开口2121流出，尖端部212外部带出的壳层纺丝液和核层纺丝液在静电场的作用下，被拉伸成丝形成核壳结构纤维。同时，部分尖端部212流经储液池1使得由壳层供液机构6输送至储液池1的壳层纺丝液分散的更加均匀，进而使得纺丝效果更好。

驱动组件22包括具有输出轴的电机221和轴承222，其中，轴承222设置为中空管壁开孔结构，轴承222与齿轮21为固定连接，轴承222的一侧与电机221连接轴承222的另一侧与核层纺丝液供液机构5通过导管51连接，轴承222与核层纺丝液供液机构5连接的一端开设有小孔(未图示)，以使得核层纺丝液通过小孔进入至轴承222内，进而进入至空腔211内。为了使得齿轮21转动时与核层纺丝液供液机构5不形成干涉，轴承222与导管51的连接处设置有密封结构，具体的，轴承222靠近导管51的一侧设置有凹槽(未图示)，导管51内固定设置有密封圈(未图示)，当核层纺丝液供液机构5与轴承222连接以输送核层纺丝液时，密封圈与凹槽配合连接，轴承222相对于导管51转动，核层纺丝液通过小孔进入至轴承222内。在本实施例中，密封圈可以为橡胶、硅胶等材质，以使得导管51与轴承222连接时方便省力。本实施例中，轴承222上设置有若干个与尖端部212一一对应的隔板24，其中，隔板24与尖端部212一侧的间距小于滚珠23的直径，以防止滚珠23在重力的作用下运动至空腔211内。在本实施例中，隔板24的材质为金属，在其他实施例中，隔板24还可以为其他材质，在此不做具体限定，根据实际情况而定。在其他实施例中，隔板24还可以设置在其他位置，只要达到上述效果即可，在此不做具体限定，根据实际情况而定。

本发明的可批量制备核壳结构纳米纤维的静电纺丝装置100的实施过程为：电机221驱动安装在储液池1上的齿轮21高速旋转，在齿轮21转动的过程中，处于底部的尖端部212的滚珠23在重力和离心力的作用下将开口2121封闭，既能使得尖端部212外侧的壳层纺丝液和尖端部212内的核层纺丝液互不干扰，同时，储液池1内的壳层纺丝液被搅拌的更加均匀，又可以使得部分尖端部212的外部粘附部分壳层纺丝液，当经过储液池1的尖端部212转动至顶端的过程中，堵在开口2121处的滚珠23所受重力克服离心力，使其朝远离开口2121的方向运动，直至被轴承222上的隔板24阻挡，使得尖端部212形成通道，齿轮21内部核层纺丝液通过开口2121流出，开口2121打开，尖端部212内的核层纺丝液和粘附在尖端部212外的壳层纺丝液在静电场的作用下被拉伸成丝形成核壳结构纤维。

综上所述：通过在尖端部212上设置开口2121和滚珠23，利用滚珠23在齿轮21转动时的重力和离心力将开口2121打开或封闭，开口2121打开时，核层纺丝液从开口2121流出和尖端部212外部粘附的壳层纺丝液在静电场的作用下一起被共同拉伸成丝以实现同轴纺丝。若干的尖端部212可以形成多个纺丝头，方便快捷、大大提高了纺丝效率和纺丝产量。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。