CN108532006A - 电纺丝材料接收装置以及电纺丝制造设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电纺丝材料接收装置以及电纺丝制造设备。该接收装置包括：接收平板、用于驱动接收平板转动的驱动装置以及用于对接收平板进行制冷的制冷装置，驱动装置包括传动机构和电机，传动机构的动力输出端连接于接收平板，制冷装置连接于接收平板。通过制冷装置能够对接收平板进行制冷，使得纺丝过程中，空气中的水气冷凝形成的冰晶不断生长，冰晶作为致孔剂和支撑材料，得到海绵状、孔洞相互连通的三维立体电纺丝材料。接收平板在转动下可同时均匀接收不同方向喷头喷出的纤维，实现双组分或多组分静电纺丝，避免因同种电荷排斥而导致纤维分布不均匀。

Description

电纺丝材料接收装置以及电纺丝制造设备

技术领域

本发明涉及纺丝制造领域，具体而言，涉及一种电纺丝材料接收装置以及电纺丝制造设备。

背景技术

近年来，纳米技术已经成为科学界的研究前沿和研究热点。静电纺丝是一种制备纳米纤维的重要方法，1934年由Fomhals首次提出。静电纺丝是利用静电力对聚合物进行加工的纺丝工艺，其原理为通过高压电源使熔体或聚合物溶液带电克服表面张力而持续喷射，制备出纳米纤维。

静电纺丝技术的加工范围涵盖几乎所有的天然材料和合成材料，甚至包括蛋白质、多糖、核酸以及生物活性物质，从而广泛应用于材料科学、生物技术、组织工程、环境保护、能源和电子材料等领域。静电纺丝在生物组织工程的应用中，由于静电纺丝支架可以模仿人细胞外基质的纳米纤维结构有利于细胞粘附和增殖而备受重视。

然而，传统的静电纺丝使用平面接收板，得到的纳米纤维紧密堆积高度压缩，主要的孔径大小只有1到2μm，材料厚度不超过500μm。虽然紧密的二维纳米纤维有利于细胞分散，但是限制了细胞的迁移和向材料内部的渗透。目前的传统静电纺丝材料在组织工程中受限于膜状材料应用于骨、皮肤、神经、血管和软骨的损伤修复中。但是细胞需要足够的三维空间来维持其形态特征和进行生理活动，支架需要具备相应的孔隙率与孔隙直径，以实现种子细胞的立体培养，同时促进细胞培养过程中的营养成分与废物的运输。因此，亟需实现双组份和多组分的三维立体结构电纺丝的制造设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电纺丝材料接收装置，其能够实现在接收静电纺丝过程中获得双组份或多组分的三维立体电纺丝材料。

本发明的另一目的在于提供一种电纺丝制造设备，其制造双组份或多组分的三维立体电纺丝材料。

本发明的实施例是这样实现的：

一种电纺丝材料接收装置，其包括：接收平板、用于驱动接收平板转动的驱动装置以及用于对接收平板进行制冷的制冷装置，驱动装置包括传动机构和电机，传动机构的动力输出端连接于接收平板，制冷装置连接于接收平板。

进一步地，本发明的较佳实施例中，上述制冷装置包括半导体制冷片，半导体制冷片的冷端固定连接于接收平板。

进一步地，本发明的较佳实施例中，制冷装置还包括散热板，半导体制冷片的热端固定连接于散热板，散热板固定连接于传动机构。

进一步地，本发明的较佳实施例中，散热板内部具有中空的散热腔，散热板还设置有与散热腔连通的冷液进口和冷液出口。

进一步地，本发明的较佳实施例中，散热腔内设置有蚊香状的螺旋阻隔件，以使得散液腔为蚊香状液槽。

进一步地，本发明的较佳实施例中，传动机构通过液电混合导电滑环与散热板连接，液电混合导电滑环的电线接口连接于半导体制冷片，液电混合导电滑环的水路接口分别连接于冷液进口和冷液出口。

进一步地，本发明的较佳实施例中，散热板包括第一散热板和第二散热板，第一散热板和第二散热板之间密封连接，形成散热腔，第一散热板的上表面与半导体制冷片连接。

进一步地，本发明的较佳实施例中，半导体制冷片的冷端连接于接收平板的底面，半导体制冷片与接收平板之间以及半导体制冷片与散热板之间均通过导冷硅脂粘接。

进一步地，本发明的较佳实施例中，接收平板为内部具有制冷腔的中空结构，传动机构通过导电滑环连接于接收平板，导电滑环的水路接口连通于制冷腔。

本发明还提供了一种电纺丝制造设备，其包括高压电源、电纺丝注射器推送装置和上述电纺丝材料接收装置，高压电源与电纺丝注射器推送装置连接，电纺丝注射器推送装置的喷射口与接收平板的接收面对应设置。

本发明实施例的有益效果是：通过制冷装置能够对接收平板进行制冷，使得纺丝过程中，空气中的水气冷凝形成的冰晶不断生长，冰晶作为致孔剂和支撑材料，使电纺丝纤维在垂直方向不断堆积，得到海绵状、孔洞相互连通的三维立体电纺丝材料。同时在接收平板的转动下可同时均匀接收不同方向喷头喷出的纤维，实现双组分或多组分静电纺丝，避免因同种电荷排斥而导致纤维分布不均匀，并且通过电机来带动传动结构动作，再带动接收平板转动，使得接收平板的转动控制更加容易，装置的整体结构更加合理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例的电纺丝材料接收装置的第一视角的结构示意图；

图2为本发明第一实施例的电纺丝材料接收装置的第二视角的结构示意图；

图3为本发明第一实施例的电纺丝材料接收装置的第一散热板的上表面的结构示意图；

图4为本发明第一实施例的电纺丝材料接收装置的第二散热板的结构示意图；

图5为本发明第二实施例的电纺丝材料接收装置的结构示意图。

图标：10a-电纺丝材料接收装置；10b-电纺丝材料接收装置；110a-接收平板；110b-接收平板；210-传动机构；220-电机；300-散热板；301-散热腔；302-螺旋阻隔件；310-第一散热板；311-半导体制冷片安装槽；320-第二散热板；400-液电混合导电滑环；410-电线；500-支架。

具体实施方式

下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

第一实施例

参见附图1和附图2，本实施例提供了一种电纺丝材料接收装置10a，其包括：接收平板100a、用于驱动接收平板100转动的驱动装置200以及用于对接收平板110进行制冷的制冷装置。

接收平板100a在驱动装置200的驱动下发生转动，使得其能够同时均匀接收不同方向喷头喷出的纤维，实现双组分或多组分静电纺丝，避免因同种电荷排斥而导致纤维分布不均匀。同时通过制冷装置对接收平板100a进行制冷，使得接收平板100a的表面低温，进而使得在纺丝过程中通过空气中的水汽凝结形成冰晶，作为致孔剂和支撑材料，使电纺丝纤维在垂直方向堆积，最后经过冷冻干燥得到海绵状的三维立体电纺丝材料。

本实施例中，接收平板100a是金属接收平板，其材质可以是铁、铜等。接收平板100a具有用于接收静电纺丝的接收面，该接收面为光滑度较好的平整面，静电纺丝从喷头喷出后在该接收面上堆积成型。接收平板100a的厚度较薄，例如可以是0.5～5mm，当然，其他实施例中也可以根据材料的强度以及种类进行厚度的调节，厚度较薄能够使得制冷装置对接收平板100a进行制冷时，冷量能够更好的传递，使得传热效率更高，制冷效果更好。

进一步地，接收平板100a为圆形，其能够使得在驱动装置200的驱动下能够更好的转动，转动时阻力较小，进而使得在接收静电纺丝时，静电纺丝能够更加均匀地堆积。当然，其他实施例中，接收平板100a也可以根据需要采用正方形，正六边形等其他几何形状，不限于本实施例。进一步地，本实施例中，接收平板100a从中间位置到外边缘其厚度逐渐减少，可以增加接收平板100a高速转动时的稳定性。

本实施例中的制冷装置是能够使得接收平板100a的表面温度达到零下40度的制冷设备，其能够使得空气中的水气能够更好地凝结形成冰晶，作为致孔剂和支撑材料。具体地，本实施例中，制冷装置包括半导体制冷片，半导体制冷片固定连接于接收平板100a的底面。半导体制冷片通过外接电源，能够在电流的作用下产生大量的冷量，并且便于对温度的控制。

本实施例中，半导体制冷片(图未示)的冷端连接于接收平板110a的底面即与接收平板100a的接收面相对的另一面，半导体制冷片的冷端与接收平板100a充分接触，以使得半导体制冷片可以更好地对接收平板100a进行制冷，同时又不会对其接收面进行影响。半导体制冷片的数量可以根据接收平板的大小以及材质等综合考虑，本实施例中，半导体制冷片的数量为六块，六块半导体制冷片均匀分布在接收平板100a的底面。

半导体制冷片在制冷的过程中同样在冷端相对的热端产生大量的热量，因此，参见图1和图2，本实施例中，上述制冷装置还包括散热板300，散热板300连接于半导体制冷片的热端，散热板300固定连接于驱动装置200。通过散热板300将半导体制冷片产生的热量散发掉，使得半导体制冷片能够持续的进行工作，并且制冷效果更好。驱动装置200驱动散热板300转动，散热板300驱动半导体制冷片运动，进而半导体制冷片带动接收平板100a转动。本实施例中，散热板300也为圆形。当然，其他实施例中，驱动装置200可以同时与接收平板100a和散热板300连接，进而直接驱动接收平板100a和散热板300进行同步转动。

参见附图1和附图4，散热板300内部具有中空的散热腔301，散热板300还设置有与散热腔301连通的冷液进口303和冷液出口304。通过在散热腔内通入冷液可以很充分地使冷液带走散热板的热量，进而散热板300在转动的过程中能够充分地与冷液发生热交换，使得散热板300的热量能够快速传递出去，从而始终保持良好的散热效果。

进一步地，散热板300包括第一散热板310和第二散热板320，第一散热板310和第二散热板320之间密封连接，形成散热腔301，第一散热板310的上表面与半导体制冷片连接。进一步地，参见附图4，本实施例中的散热腔301内设置有蚊香状的螺旋阻隔件302，以使得散液腔301为蚊香状液槽，冷液通过增压泵泵入散热腔内。螺旋状的散热腔301更有利于散热板300在旋转的过程中冷液的流动能够和散热板300的旋转保持一致性，使得传热效果更好。

进一步地，本实施例中，第一散热板310的上表面设置有六个半导体制冷片安装槽311，本实施中的六个半导体制冷片的热端固定安装与六个半导体制冷片安装槽311内，通过半导体制冷片安装槽311对半导体制冷片的位置进行限制，使得散热片300在转动过程中，带动半导体制冷片进行转动时，半导体制冷片在散热片300转动的径向方向上不能发生移动，进而提高了结构的稳定性和装置的使用寿命。

进一步地，本实施例中，半导体制冷片与接收平板100a之间以及半导体制冷片与散热板300之间均还通过导冷硅脂粘接。进一步地，通过导冷硅脂可以非常稳固地将散热板300、半导体制冷片以及接收平板100a连接在一起，实现三者的同步转动。并且通过导冷硅脂可以提高半导体制冷片到接收平板100a的导冷效率，也能够提高半导体制冷片到散热板300的传热效率。

进一步地，本实施例中，传动机构210通过液电混合导电滑环400与散热板300连接，液电混合导电滑环400的电线接口连接于半导体制冷片，液电混合导电滑环400的水路接口分别连接于冷液进口302和冷液出口304。本实施例中的液电混合导电滑环400采用的是杰瑞普的液电混合导电滑环400，其具有同时连通电路和水路的能力。将液电混合导电滑环400的电路连接半导体制冷片，如图1，电电线410从底部导出，而水路连通散热腔，通过液电混合导电滑环400将冷液从进液口303导入，再将冷液从出液口304导入液电混合导电滑环400，最后导出。而液电混合导电滑环400的水路与外部液冷循环系统连通，从而构成一个制冷循环系统，外部液冷循环系统为液冷循环机，通过液冷循环机可以保证散热腔301能够持续有效地进行换热操作。

进一步地，再次参见图1，本实施例中，驱动装置120包括电机220和传动机构210，电机220的输出端连接传动结构210的输入端，传动结构210的输出端连接散热板300。进一步地，本实施例中，电机为伺服电机，传动机构210为同步带和齿轮，电机220通过齿轮将动力传输给同步带，同步带再将动力传输给与散热板300连接的另一齿轮，进而使得散热板300进行转动，本申请中，通过齿轮和同步带来进行传动的方式，使得可以通过齿轮比的调节使得传动效果更好，稳定性更强。

再次参加图1，图2，图3，本实施例中的电纺丝材料接收装置10a还包括用于支撑机体的支架500，支架500连接于散热板300的底部，且支架500包括四根支撑柱以及对电机220和传动机构210进行支撑的支撑底座，四根支撑柱在散热板300的下方起到四脚支撑，使得其支撑能够比较稳固。当然，在其他实施例中，也可以是三脚支撑等其他支撑方式，并不以本实施例为限。

进一步地，本实施例中，电纺丝材料接收装置10a还包括用于控制电机开关和转速的控制器，控制器与电机通信连接。通过控制器可以达到对电机开关和转速的控制，使得电纺丝材料接收装置10a的操作更加方便，也使得其转速可调，进而根据不同的静电纺丝材料工艺可以选择适合的转速。控制器可以是用于控制电机的遥控器，其与电机上设置的控制装置通信连接。当然，其他实施例中，电机也可以是可以自身可以调整转速的步进电机等。

本实施例的电纺丝材料接收装置10a的工作原理为：将外部制冷循环系统和散热腔301连通，接通电源后，半导体制冷片132开始工作，正面制冷，反面发热。制冷面即冷端使接收平板100a表面温度达到-40摄氏度，营造局部低温，有利于空气中的水汽凝结成冰晶，在电纺丝过程中促使静电纺丝材料三维结构的形成。半导体制冷片的发热面即热端通过第一散热板310将热量传递到散热腔中的冷液中，冷液持续将热量带出电纺丝材料接收装置10a，起到为持续为半导体制冷片散热的作用，维持接收平板表面保持稳定的低温。

本实施例中，还涉及一种电纺丝制造设备，其包括高压电源、电纺丝注射器推送装置和本实施例中的电纺丝材料接收装置，高压电源与电纺丝注射器推送装置连接，电纺丝注射器推送装置的喷射口与接收平板100a的接收面对应设置。

第二实施例

参见附图5，本实施例提高的一种电纺丝材料接收装置10b，其接收平板100b为内部具有制冷腔的中空结构，传动机构210通过液电混合导电滑环400连接于接收平板，液电混合导电滑环400的水路接口连通于制冷腔。本实施例中，接收平板100的结构参见第一实施例中散热板300的结构，其他结构参见第一实施例，即本实施例与第一实施例相比，其去除了第一实施例中的接收平板100a，而本实施例中将第一实施例中的第一散热板310的上表面设置为光滑面，作为接收面。本实施例中，制冷腔内通过外部制冷循环系统直接通入液氮进行制冷操作，使得接收平板100b的表面温度能够持续达到-40摄氏度。

综上所述，本发明的实施例中的电纺丝材料接收装置10a和电纺丝材料接收装置10b能够使得在纺丝过程中，空气中的水气冷凝形成的冰晶不断生长，冰晶作为致孔剂和支撑材料，使电纺丝纤维在垂直方向不断堆积，最后经过冷冻干燥得到海绵状、孔洞相互连通的的三维立体电纺丝材料。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (10)

1.一种电纺丝材料接收装置，其特征在于，其包括：

接收平板；

用于驱动所述接收平板转动的驱动装置，所述驱动装置包括传动机构和电机，所述传动机构的动力输出端连接于所述接收平板；

用于对所述接收平板进行制冷的制冷装置，所述制冷装置连接于所述接收平板。

2.根据权利要求1所述的电纺丝材料接收装置，其特征在于，所述制冷装置包括半导体制冷片，所述半导体制冷片的冷端固定连接于所述接收平板。

3.根据权利要求2所述的电纺丝材料接收装置，其特征在于，所述制冷装置还包括散热板，所述半导体制冷片的热端固定连接于所述散热板，所述散热板固定连接于所述传动机构。

4.根据权利要求3所述的电纺丝材料接收装置，其特征在于，所述散热板内部具有中空的散热腔，所述散热板还设置有与所述散热腔连通的冷液进口和冷液出口。

5.根据权利要求4所述的电纺丝材料接收装置，其特征在于，所述散热腔内设置有蚊香状的螺旋阻隔件，以使得散液腔为蚊香状液槽。

6.根据权利要求4所述的电纺丝材料接收装置，其特征在于，所述传动机构通过液电混合导电滑环与所述散热板连接，所述液电混合导电滑环的电线接口连接于所述半导体制冷片，所述液电混合导电滑环的水路接口分别连接于所述冷液进口和所述冷液出口。

7.根据权利要求4所述的电纺丝材料接收装置，其特征在于，所述散热板包括第一散热板和第二散热板，所述第一散热板和所述第二散热板之间密封连接，形成所述散热腔，所述第一散热板的上表面与所述半导体制冷片连接。

8.根据权利要求3所述的电纺丝材料接收装置，其特征在于，所述半导体制冷片的冷端连接于所述接收平板的底面，所述半导体制冷片与所述接收平板之间以及所述半导体制冷片与所述散热板之间均通过导冷硅脂粘接。

9.根据权利要求1所述的电纺丝材料接收装置，其特征在于，所述接收平板为内部具有制冷腔的中空结构，所述传动机构通过导电滑环连接于所述接收平板，所述导电滑环的水路接口连通于所述制冷腔。

10.一种电纺丝制造设备，其特征在于，其包括高压电源、电纺丝注射器推送装置和如权利要求1～9任一项所述的电纺丝材料接收装置，所述高压电源与所述电纺丝注射器推送装置连接，所述电纺丝注射器推送装置的喷射口与所述接收平板的接收面对应设置。