專利名稱：利用聯合牽引成絲裝置制備同軸微米纖維的方法
技術領域：
本發明涉及同軸微米級纖維的定向拉伸制備，具體涉及是一種利用聯合牽引成絲
裝置制備同軸微米纖維的方法。
背景技術：
隨著納米技術的不斷發展，多層同軸微納米級纖維在越來越多的領域得到了廣泛 的應用。例如，可以用同軸納米纖維制備生物工程支架，將人工合成聚合物作為內層、天然 聚合物作為外層形成雙層納米纖維基質，那么得到的基質就具有人工合成聚合物纖維基質 的機械特性，而又有天然聚合物纖維基質的細胞相容性。又如，可以將對制成的雙層納米纖 維進行后處理，去掉芯部，得到單層納米纖維管。 現有的可工業應用的同軸微納纖維制備技術主要是聯合靜電紡絲法。使用該方法 盡管可以制備直徑從幾百個納米到幾個微米的同軸聚合物纖維，但通常只能獲得方向隨意 彎曲的、纖維連續的無紡墊結構，而無法在特定位置制備纖維機構。而更重要的是聯合靜紡 對纖維每層的直徑控制非常困難，因此，有必要發展出新的聚合物同軸微納米級纖維制備 方法，以達到在特定位置制備特定直徑微納米級同軸纖維結構的目的，從而使同軸納米纖 維在適應更多領域的需求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種利用聯合牽引成絲裝置制備同軸微米纖維的方法，降
低制備成本和簡化制備工藝，同時具有對纖維直徑更精確的控制，達到在需要位置制備所
需直徑的同軸微米級纖維結構的要求。 本發明解決其技術問題采用的技術方案是 使用同軸嵌套的多個注射裝置將聚合物溶液擠出到基底上，通過三維操作平臺的 移動和溶液在拉伸過程中溶劑的蒸發，制備同軸微米纖維；該方法的具體步驟如下
(1)在同軸嵌套的注射裝置中分別裝入由揮發性溶劑和不同聚合物溶質組成的 溶液，為了防止出現內外層相互滲透，相鄰層應使用同一種溶劑，聚合物溶液的質量濃度為 15% -30% ; (2)注射裝置的針頭為同軸金屬針頭，該針頭由多個直徑不同的微型針管同軸嵌 套而成，將三維微操作平臺和三維手動操作平臺固定在底座上，再將局部加熱固定在三維 微操作平臺上，基底則水平安裝在局部加熱裝置上，而注射裝置則垂直安裝于三維手動操 作移動平臺上面，保證注射裝置尖端對準基底，而注射裝置中的同軸針管后端分別與各自 對應的微量注射泵相連； (3)調節三維手動操縱平臺以調節注射裝置同軸金屬針頭相對于基底的初始位 置，同時使針尖貼近基底，保證基底材料與溶液的接觸角在30°以內，在三維微操縱平臺上 裝有局部加熱裝置，控制基底溫度為25°C -80°C ; (4)待金屬針頭位置設定完畢后，鎖定手動三維移動平臺，使用微量注射泵將溶液
3從同軸金屬針頭中擠出，并粘著到基底上，等待小于5秒后，控制載有基底的三維微操縱平 臺移動從而對擠出的溶液進行拉伸，在拉伸過程中，溶液中的溶劑蒸發，材料發生固化，最 終形成懸空的微米級多層同軸纖維。 所述的揮發性溶劑為二甲基甲酰胺、氯苯或二甲苯；所述的聚合物溶質為聚偏氟 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氨酯。
與背景技術相比，本發明具有的有益效果是 利用聚合物溶液的粘彈性特性，對其進行拉伸成絲，不需要復雜的靜電設備；整個 制備過程耗時短，耗能少，效率高；在材料方面僅用到少量的聚合物溶液，材料成本低；可 以在特定位置制備單根微米級纖維或微米級纖維陣列，其陣列結構可自由調節；適用于聚 合物纖維的制備；通過對溶劑參數和操作參數的調整，可以更為精確的控制微米級(500納 米到20微米)同軸纖維的直徑。
圖1是聯合牽引成絲裝置制備同軸微米纖維的示意圖。
圖2是牽引成絲流程圖。 圖中1、底座，2、三維微操作平臺，3、同軸針頭，4、同軸針管，5、內層溶液，6、外層 溶液，7、基底，8、局部加熱裝置，9、三維手動操作平臺，10、微量注射泵，11、調整針頭至需要 成絲的位置上方，并將針頭貼近基底，12、，使用微量注射泵擠出溶液，使溶液粘著在基底表 面，13、載有基底的三維微操作平臺向成絲方向反向移動，14、牽引過程中，溶劑不斷揮發， 聚合物溶質固化，15、拉伸完成，針頭離開基底，懸空的微米級同軸纖維結構形成。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖1、圖2所示，本發明的具體步驟如下 (1)在同軸嵌套的注射裝置中分別裝入由揮發性溶劑和聚合物溶質組成的溶液， 為了防止出現內外層相互滲透，相鄰層應使用同一種溶劑，聚合物溶液的質量濃度越高，對 應的纖維層直徑越大； (2)注射裝置的針頭為同軸金屬針頭，該針頭由多個直徑不同的微型針管同軸嵌 套而成，將三維微操作平臺2和三維手動操作平臺9固定在底座1上，再將基底7水平安裝 在三維微操作平臺2上，而將注射裝置垂直安裝于三維手動操作移動平臺9上面，保證注射 裝置尖端對準基底7，而注射裝置中的同軸針管后端分別與各自對應的微量注射泵相連；
(3)調節三維手動操縱平臺以調節注射裝置同軸金屬針頭相對于基底的初始位 置，同時使針尖貼近基底，基底的材料應根據溶液進行選取，并保證基底材料與溶液的接觸 角在30°以內，在三維微操縱平臺上裝有局部加熱裝置，為了適應聚合物成絲的要求，控制 基底溫度為60°C -70°C ; (4)待同軸針頭位置設定完畢后，鎖定手動三維移動平臺，使用各自的微量注射泵 IO將溶液從同軸金屬針頭中擠出，并粘著到基底上，等待l-5秒后，控制載有基底的微操縱 平臺以5-25毫米每秒的速率移動，從而對擠出的溶液進行拉伸，等待時間越長，那么得到 的纖維直徑越大，但是等待時間不應超過5秒，而移動速率越快，得到的纖維直徑越小，在拉伸過程中，溶液中的溶劑蒸發，材料發生固化，最終形成懸空的微米級多層同軸纖維。
所述的揮發性溶劑為二甲基甲酰胺；所述的內層聚合物溶質為聚氨酯，外層聚合 物溶質為聚偏氟乙烯；內層溶液質量濃度為20%，外層溶液質量濃度為20% ;基底采用的 材料為聚酰亞胺；微量注射泵流量控制在IO微升每小時；溶液擠出到基底上至開始拉伸之 間的等待時間為2秒；微操作平臺拉伸移動速率控制在15毫米每秒；得到的同軸纖維懸空 部分外徑為10微米，懸空部分長度控制在5毫米。 本發明采用的同軸嵌套的多個注射裝置由兩層同軸針頭3和兩層同軸針管4構 成，內層裝內層溶液5，外層裝外層溶液6，。 如圖2所示是牽引成絲流程圖，圖2a中的11是調整針頭至要成絲的位置上方；圖 2b中的12是將針頭貼近基底，再使用微量注射泵擠出溶液；圖2c中的13是載有基底的微 操作平臺向成絲方向反向移動；圖2d中的14是牽引過程中，溶劑不斷揮發，聚合物溶質固 化；圖2e中的15是拉伸完成，針頭離開基底，懸空的同軸微米級纖維結構形成。
權利要求
一種利用聯合牽引成絲裝置制備同軸微米纖維的方法，其特征在于使用同軸嵌套的多個注射裝置將聚合物溶液擠出到基底上，通過三維操作平臺的移動和溶液在拉伸過程中溶劑的蒸發，制備同軸微米纖維；該方法的具體步驟如下(1)在同軸嵌套的注射裝置中分別裝入由揮發性溶劑和不同聚合物溶質組成的溶液，為了防止出現內外層相互滲透，相鄰層應使用同一種溶劑，聚合物溶液的質量濃度為15％-30％；(2)注射裝置的針頭為同軸金屬針頭，該針頭由多個直徑不同的微型針管同軸嵌套而成，將三維微操作平臺和三維手動操作平臺固定在底座上，再將局部加熱固定在三維微操作平臺上，基底則水平安裝在局部加熱裝置上，而注射裝置則垂直安裝于三維手動操作移動平臺上面，保證注射裝置尖端對準基底，而注射裝置中的同軸針管后端分別與各自對應的微量注射泵相連；(3)調節三維手動操縱平臺以調節注射裝置同軸金屬針頭相對于基底的初始位置，同時使針尖貼近基底，保證基底材料與溶液的接觸角在30°以內，在三維微操縱平臺上裝有局部加熱裝置，控制基底溫度為25℃-80℃；(4)待金屬針頭位置設定完畢后，鎖定手動三維移動平臺，使用微量注射泵將溶液從同軸金屬針頭中擠出，并粘著到基底上，等待小于5秒后，控制載有基底的三維微操縱平臺移動從而對擠出的溶液進行拉伸，在拉伸過程中，溶液中的溶劑蒸發，材料發生固化，最終形成懸空的微米級多層同軸纖維。
2. 根據權利要求1所述的一種利用聯合牽引成絲裝置制備同軸微米纖維的方法，其特 征在于所述的揮發性溶劑為二甲基甲酰胺、氯苯或二甲苯；所述的聚合物溶質為聚偏氟 乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚氨酯。
全文摘要
本發明公開了一種利用聯合牽引成絲裝置制備同軸微米纖維的方法。使用同軸嵌套的多個注射裝置將聚合物溶液擠出到基底上，通過三維操作平臺的移動和溶液在拉伸過程中溶劑的蒸發，制備同軸微米纖維。本發明利用聚合物溶液的粘彈性特性，對其進行拉伸成絲，不需要復雜的靜電設備；整個制備過程耗時短，耗能少，效率高；在材料方面僅用到少量的聚合物溶液，材料成本低；可以在特定位置制備單根微米級纖維或微米級纖維陣列，其陣列結構可自由調節；適用于聚合物纖維的制備；通過對溶劑參數和操作參數的調整，可以更為精確的控制同軸微米纖維的直徑。
文檔編號D01D5/34GK101787580SQ20101012286
公開日2010年7月28日 申請日期2010年3月12日 優先權日2010年3月12日
發明者P·達里奧, 傅新, 劉偉庭, 程曉穎 申請人:浙江大學