一种水凝胶纤维简易纺丝装置
技术领域
本实用新型涉及纺织纤维装置领域，尤其涉及一种水凝胶纤维简易纺丝装置。
背景技术
水凝胶纤维是一种具有三维网络结构的持水纤维，具有多孔性、高比表面积等特点，纤维状外形能够显著增大其比表面积与长径比，使其具有更好的溶胀性能、药物装载能力以及缓释性能，其在组织工程、药物缓释等方面具有良好的应用前景。目前水凝胶纤维的纺丝方法有微流体纺丝法、静电纺丝法、湿法纺丝法等。
CN 110541209 A公开了一种基于反应性纺丝的水凝胶光导纤维的连续制备方法，所采用的凝胶光导纤维制备的设备包括：喷丝头、紫外点光源、浴槽、卷绕装置，喷丝头为同轴针头，同轴针头位于液面以下2-10cm深处水平放置，距离喷丝头1-10mm处设置紫外点光源，浴槽内设有导丝辊，浴槽外设置卷绕装置用于纤维牵伸和收集。该方法中凝固浴槽内没有温控装置，同时纤维出凝固浴的位置不可调，因此不易探究凝固浴温度和纤维在凝固浴中的停留时间对水凝胶纤维成型的影响。
实用新型内容
为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种水凝胶纤维简易纺丝装置，本实用新型小型易控，结构简单，凝固浴槽内设有加热装置和位置可调的导轨，便于探究凝固浴的温度及纤维在凝固浴中的停留时间对纤维成型的影响。
本实用新型的一种水凝胶纤维简易纺丝装置，包括
第一注射单元，其用于注射制备水凝胶纤维的纺丝原液；
第二注射单元，其用于注射与纺丝原液发生交联反应的第一凝固浴溶液；
同轴针头，其具有内层通道及位于内层通道外部且与内层通道同轴的外层通道，内层通道用来运输纺丝原液，外层通道用来运输第一凝固浴溶液，内层通道具有内层进液口和内层出液口，外层通道具有外层进液口和外层出液口，内层通道与第一注射单元流体连通，外层通道与第二注射单元流体连通；
凝固单元，其包括凝固浴槽，由内层出液口和外层出液口流出的溶液进入凝固浴槽中以初步形成水凝胶纤维，凝固浴槽内盛放有用于凝固水凝胶纤维的第二凝固浴溶液，凝固浴槽上相对设有两滑槽及至少一个连接杆，滑槽沿凝固浴槽的长度方向延伸，连接杆的两端分别位于一个滑槽内，连接杆上设有导丝轮，连接杆带动导丝轮沿滑槽滑动；导丝轮可绕自身轴线旋转，凝固浴槽的开口端上还设有导丝棍，凝固后的水凝胶纤维依次经导丝轮和导丝棍离开凝固浴槽内；
纤维收集及牵伸单元，纤维收集及牵伸单元包括纤维收集筒及电机调速单元，纤维收集筒用于收集离开凝固浴槽的水凝胶纤维，电机调速单元用于驱动纤维收集筒绕自身轴线旋转并调节纤维收集筒的转速。
进一步地，第一注射单元包括第一注射泵和第一注射器，第一注射器内盛放纺丝原液，第一注射泵用于驱动第一注射器中纺丝原液的流动。
进一步地，第二注射单元包括第二注射泵和第二注射器，第二注射器内盛放第一凝固浴溶液，第二注射泵用于驱动第二注射器中第一凝固浴溶液的流动。
进一步地，内层进液口和外层进液口分别通过塑料导管与第一注射器和第二注射器流体连通。
进一步地，导丝棍呈圆柱形，导丝棍位于凝固浴槽远离同轴针头的一端。
进一步地，凝固浴槽内设有加热组件。加热组件可控制第二凝固浴溶液的温度。
进一步地，加热组件设置于凝固浴槽底部，加热组件为加热管。
进一步地，加热组件呈U型。
进一步地，电机调速单元为数显电极调速器。
进一步地，纤维收集及牵伸单元设有安装平台，纤维收集筒设置于安装平台上，安装平台上设有电极，电极与电机调速单元连接。
进一步地，同轴针头设有公共通道，公共通道与内层通道和外层通道连通，内层出液口和外层出液口流出的溶液经公共通道进入凝固浴槽。
进一步地，导丝轮的轴心与连接杆轴连接，导丝轮的表面设有凹陷部，以方便容置水凝胶纤维。
进一步地，第二凝固浴溶液与第一凝固浴溶液可以相同也可以不同。当纺丝原液为单一溶质时，第二凝固浴与第一凝固浴相同，且此时能使纺丝原液外围的凝固浴浓度更加稳定；当纺丝原液为两种溶质混合时，第二凝固浴与第一凝固浴不同。
借由上述方案，本实用新型至少具有以下优点：
本实用新型的水凝胶简易纺丝装置采用组装式设计，通过各个部件组合形成该装置，成本低，简单易搭建、易拆卸，各个部件之间相互独立，方便改装。
本实用新型的主要凝固单元中设有滑槽、连接杆和导丝轮，通过沿凝固浴槽方向滑动连接杆，以带动导丝轮的滑动，可以控制水凝胶纤维在第二凝固浴中的停留时间。同时，通过导丝棍的设置，减小了水凝胶纤维与凝固浴槽的摩擦。
本实用新型通过同轴针头将内层纺丝原液和外层凝固浴溶液同时挤入凝固浴槽，使内层溶液周围的凝固浴浓度更加稳定，有利于水凝胶纤维的稳定成型。
本实用新型通过设置电机调速单元，利用电机调速单元调节纤维收集筒的转速，使收集的水凝胶纤维具有一定的均匀性，直径能得到有效的控制，水凝胶纤维能连续生产。
上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本实用新型水凝胶纤维简易纺丝装置的结构示意图；
图2是凝固单元的结构示意图；
图3是凝固浴槽的剖面结构示意图；
图4是导丝轮的结构示意图；
附图标记说明：
1-第一注射泵；2-第一注射器；3-第二注射器；4-凝固浴槽；5-纤维收集筒；6-安装平台；7-电机调速单元；8-电极；9-同轴针头；10-塑料导管；11-内层进液口；12-外层进液口；13-外层出液口；14-内层出液口；15-第二注射泵；16-加热管；17-导丝棍；18-滑槽；19-连接杆；190-导丝轮；191-凹陷部。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本实用新型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实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
实施例
参见附图，本实用新型一较佳实施例的一种水凝胶纤维简易纺丝装置，包括第一注射单元、第二注射单元、同轴针头9、凝固单元和纤维收集及牵伸单元。
其中，第一注射单元用于注射制备水凝胶纤维的纺丝原液，第二注射单元用于注射与纺丝原液发生交联反应的第一凝固浴溶液。第一注射单元包括第一注射泵1和安装于第一注射泵1上的第一注射器2，第一注射器2内盛放纺丝原液，第一注射泵1用于驱动第一注射器2中纺丝原液的流动，同时可通过第一注射泵1调节第一注射器2中纺丝原液的流速。第二注射单元包括第二注射泵15和安装于第二注射泵15上的第二注射器3，第二注射器3内盛放第一凝固浴溶液，第二注射泵15用于驱动第二注射器3中第一凝固浴溶液的流动，同时可通过第二注射泵15调节第二注射器3中第一凝固浴溶液的流速。
同轴针头9具有内层通道及外层通道，外层通道设置于内层通道外部且与内层通道同轴，内层通道用来运输纺丝原液(丝素蛋白与海藻酸钠混合溶液)，外层通道用来运输第一凝固浴(氯化钙溶液)，内层通道具有内层进液口11和内层出液口14，外层通道具有外层进液口12和外层出液口13，内层通道的内层进液口11的一端通过塑料导管10与第一注射器2的针头流体连通，外层通道的外层进液口12的一端通过塑料导管10与第二注射器3的针头流体连通。同轴针头9还设有公共通道，公共通道与内层通道和外层通道连通，内层出液口14和外层出液口13流出的溶液经公共通道进入凝固浴槽4内。
凝固单元包括凝固浴槽4，内层出液口14和外层出液口13的另一端经公共通道与凝固浴槽4流体连通。凝固浴槽4内盛放有用于凝固水凝胶纤维的第二凝固浴溶液(PEG400)，第二凝固浴溶液与第一凝固浴相同。凝固浴槽4的开口端上设有两相对平行的滑槽18及一根连接杆19，滑槽18沿凝固浴槽4的长度方向延伸，连接杆19的两端分别位于一个滑槽18内且与滑槽18相互垂直。连接杆19上设有导丝轮190。导丝轮190的轴心与连接杆19轴连接，导丝轮190的表面设有凹陷部191，以方便容置水凝胶纤维。导丝轮190可绕自身轴线旋转。连接杆19可沿滑槽18滑动，以带动导丝轮190沿滑槽18滑动。凝固浴槽4的开口端上还设有导丝棍17，导丝棍17呈圆柱形，且位于凝固浴槽4远离同轴针头9的一端。同轴针头9产生的溶液进入凝固浴槽4内，在第二凝固浴的作用下形成凝固的水凝胶纤维，凝固的水凝胶纤维自下而上经过导丝轮190，然后经导丝轮棍17的牵引离开凝固浴槽4内。凝固浴槽4内还设有加热管16，加热管16呈U型，U型的两端与凝固浴槽4固定连接，加热管16可控制第二凝固浴溶液的温度。
纤维收集及牵伸单元包括安装平台6、纤维收集筒5及电机调速单元7，纤维收集筒5用于收集离开凝固浴槽4的水凝胶纤维，电机调速单元7用于驱动纤维收集筒5绕自身轴线旋转并调节纤维收集筒5的转速。纤维收集筒5设置于安装平台6上，安装平台6上设有电极8，电极8与电机调速单元7连接。电机调速单元7为数显电极调速器。
采用本实用新型制备水凝胶纤维时，可根据待生产的水凝胶纤维的直径和长度选择相匹配的塑料导管10、第一注射器2和第二注射器3，然后再通过第一注射泵1和第二注射泵15调节第一注射器2和第二注射器3内液体的流量和流速，再根据以上参数调节纤维收集筒5的转速，调节好所有的纺丝参数之后，开始纺制水凝胶纤维。
通过第一注射器2注入纺丝原液丝素蛋白与海藻酸钠混合溶液，第二注射器3注入第一凝固浴氯化钙溶液，通过塑料导管10将两种液体注入到同轴针头9中，溶液通过同轴针头9后注入到盛有第二凝固浴PEG400的凝固浴槽4中。纺丝原液和第一、第二凝固浴发生一定的化学反应和交联后，生成具有网络结构的凝胶纤维，纤维经导丝轮和导丝棍后，在纤维收集及牵伸单元的作用下，离开凝固浴槽4。通过滑动连接杆19，以带动导丝轮190沿滑槽18滑动，可调节水凝胶纤维在凝固浴槽内的停留时间。
本实用新型的简易纺丝装置体积小、易于控制，可以排除工业纺丝机成形时的许多复杂因素，以便于观察、探索纤维成形过程中的各种影响因素。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，并不用于限制本实用新型，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
