CN113774501A - 基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置及其使用方法。该装置将微流体控制装置与长丝牵伸装置相配合，以成型的长丝为芯层，以成膜物质为皮层，使得芯层长丝拉伸过程中，从通道出口与成膜物质汇合，固化后能够牢固地包覆于芯层长丝表面，从而高效制备结构多样化的皮芯纤维。此外，还能对芯层长丝施加牵伸力，使得芯层长丝在拉伸状态下与成膜物质复合，最后释放应力，得到具有螺旋结构、褶皱结构和/或多孔结构等一种或几种丰富结构的皮芯纤维，显著提高纤维表面形貌的丰富度，为多功能皮芯纤维的规模化制备提供有效途径。

Description

基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及纤维微流控制备技术领域，尤其涉及一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置及其使用方法。

背景技术

复合纤维(composite fiber)是多组分纤维(multicomponent fibers)的一种。在同一根纤维截面上存在两种或两种以上不相混合的聚合物纤维，这种纤维称复合纤维，它是20世纪60年代发展起来的物理改性纤维，可用于填充料、织物、非织造布、医疗卫生用品等领域。利用复合纤维制造技术可以获得兼有两种聚合物特性的双组分纤维，有并列型、皮芯型、海岛型等复合纤维，纤维截面有圆形和异形。纤维具有三维立体卷曲、高蓬松性和覆盖性，良好的导电性、抗静电性和阻燃性。复合纤维需要采用特殊结构的复合纺丝机纺丝，主要用于毛线、毛毯、毛织物、保暖絮绒填充料、丝绸织物、非织造布、医疗卫生用品和特殊工作服等，要求纤维有较高的模量、良好的染色性和耐磨性等。

皮芯型复合纤维为两种组分聚合物分别沿纤维纵向连续形成皮层和芯层的复合纤维，现有皮芯型复合纤维多采用芯层原液和皮层原液，通过螺杆挤出机挤出，然后经纺丝成型制得，例如4080短纤维。上述加工方式受自身挤出工艺的影响，现有皮芯复合纤维的芯丝材料和皮层材料的种类及皮层厚度有很大的局限性，并且现有皮芯型复合纤维中长纤维较少。满足不了当今纺织面料，创新发展的需求。

皮芯纤维的结构一定程度上决定了纤维的某些性能，例如纤维的直径、表面结构等，而纤维的结构又与制备方法及原料选择等密切相关。随着科学技术的发展和研究的深入，纤维制备的方法也层出不穷，这些制备方法包括自组装法、机械拉伸法、相分离法、微流控芯片法、静电纺丝法等。其中，微流控芯片法通过对微小流体的操控，可以得到各种微尺度纤维结构。其中微流控纺丝可以制备出直径均匀且连续的纤维，操作简单，制备效率较高。但现有的微流控芯片法制备皮芯纤维多通过同心圆同轴芯片溶液纺丝得到，得到的纤维形貌结构较单一，力学强度较低，而且制备效率偏低。

有鉴于此，有必要设计一种改进的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置及其使用方法，以解决上述问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置及其使用方法。设计一种改进的微流体纺丝配合装置，将微流体控制装置与长丝牵伸装置相配合，以成型的长丝为芯层，以成膜物质为皮层，能够高效制备结构多样化的皮芯纤维，为多功能皮芯纤维的规模化制备提供有效途径。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，包括微流体控制装置和长丝牵伸装置，所述微流体控制装置的芯片包括至少两层横截面为内切的偏心圆结构的通道；所述长丝牵伸装置将芯层长丝紧贴内层通道的内壁牵伸至出口，皮层微流体溶液从外层通道挤出并与所述芯层长丝汇合，实现基于微流体涂层技术的固液包覆，得到皮芯纤维。

作为本发明的进一步改进，所述长丝牵伸装置包括压力控制器、减速装置以及第一导轮和第二导轮；所述压力控制器和第一导轮设置于所述芯片的通道入口的前序位置，所述减速装置和第二导轮设置于所述芯片的通道出口的后续位置；用于将芯层长丝从所述压力控制器导出，并通过第一导轮从芯片的芯层通道入口导入，然后从出口导出，经第二导轮牵引至减速装置；所述压力控制器用于向所述芯层长丝施加压力，所述减速装置用于向所述芯层长丝施加牵伸力。

作为本发明的进一步改进，所述装置还包括与所述外层通道相连的液体挤出装置，用于将所述皮层微流体溶液从所述外层通道连续挤出。

作为本发明的进一步改进，还包括加热固化装置，所述加热固化装置设置于芯片的通道的出口端，用于加速所述皮层溶液的固化。

作为本发明的进一步改进，在步骤S2中，所述微流体控制装置的内层通道和外层通道的横截面共同组成偏心圆结构。

作为本发明的进一步改进，所述芯层长丝为若干根纤维丝组成的纤维束或者为横截面为非对称结构的单根纤维或纱线。

一种以上任一项所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置的使用方法，包括以下步骤：

S1.配制皮层溶液；

S2.将芯层长丝从微流体控制装置的内层通道牵伸出来；将所述皮层溶液从微流体控制装置的外层通道挤出，在出口处与所述芯层长丝汇合，并包覆在所述芯层长丝的表面，待皮层溶液中的溶剂挥发后固化成膜，得到皮芯纤维。

作为本发明的进一步改进，所述预设牵伸比例为0％～1200％。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述皮层溶液的溶剂为挥发速率不同的多种溶剂组成的混合溶剂。

作为本发明的进一步改进，在步骤S1中，所述皮层溶液中包括弹性成膜物质。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，能够对芯层长丝施加牵伸力，使得芯层长丝在拉伸状态下与成膜物质复合，最后释放应力，得到具有螺旋结构、褶皱结构和/或多孔结构其中一种或几种的皮芯纤维，显著提高纤维表面形貌的丰富度，为多功能皮芯纤维的规模化制备提供有效途径。采用微流体控制装置纺丝，提高了皮层溶液的利用率，实现纤维多组分和多功能要求；设置有烘干甬道，可以加快皮层溶液凝固速率，同时可以进行二次加工，增强纱线性能，装置采取各级装置同时配合，可以连续制备功能型纤维，并实现一次成型，效率较高。

2.本发明提供的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装装置，将微流体控制装置与长丝牵伸装置相配合，以成型的长丝为芯层，以成膜物质为皮层，使得芯层长丝拉伸过程中，从通道出口与成膜物质汇合，固化后能够牢固地包覆于芯层长丝表面，从而高效的制备结构多样化的皮芯纤维。

3.本发明提供的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装装置，芯层材料的纤维长丝进入芯片通道时，始终保持预牵伸状态；微流控芯片可以精确地调控皮层溶液的流量，使得制备保持平衡，保证了纤维结构的均匀性。皮层溶液从芯片通道末端挤出后，会有挤出胀大的现象，能够更好地包裹在芯丝上。因此，本发明通过一步法制备得到表面具有多级结构的复合皮芯纤维，皮层和芯层的结合牢度高，具有制备方法简单快速、对环境无污染，相对湿法纺丝的方法，不产生废液的优点。

4.芯层长丝紧贴内层通道靠近外层通道圆心一侧的内壁牵伸出来，一方面可使得芯层长丝尽量位于外层通道的中心位置，提高包覆效果；另一方面，紧贴内层通道内壁牵出，能够给芯层长丝施加一定的摩擦和压力，使得芯层长丝以非对称形式被包覆，为皮芯纤维表面形貌的多样性提供保障。

附图说明

图1为本发明基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置的结构示意图。

图2为微流控芯片的C型结构示意图。

图3为实施例1制备的皮芯纤维不同放大倍数下的电镜图。

图4为实施例2制备的皮芯纤维不同放大倍数下的电镜图。

图5为实施例3制备的皮芯纤维不同放大倍数下的电镜图。

图6为实施例4制备的皮芯纤维不同放大倍数下的电镜图。

附图标记

1-芯层长丝；2-压力控制器；3-第一导轮；4-第二导轮；5-微流控芯片；6-液体注射器；7-加热固化装置；7-1-红外加热灯；7-2-温度传感器；8-温度控制器；9-减速装置；10-络筒装置；11-平台支架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在具体实施例中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

请参阅图1所示，本发明提供的一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，包括微流体控制装置和长丝牵伸装置，所述微流体控制装置的芯片包括至少两层横截面为内切的偏心圆结构的通道(如图2所示)；所述长丝牵伸装置将芯层长丝1紧贴内层通道的内壁牵伸至出口，皮层微流体溶液从外层通道挤出并与所述芯层长丝1汇合，实现基于微流体涂层技术的固液包覆，得到皮芯纤维。内层通道的内直径优选与外层通道的内半径相等。如此设置，芯层长丝1紧贴内层通道靠近外层通道圆心一侧的内壁牵伸出来，一方面可使得芯层长丝1尽量位于外层通道的中心位置，提高包覆效果；另一方面，紧贴内层通道内壁牵出，能够给芯层长丝1施加一定的摩擦和压力，使得芯层长丝以非对称形式被包覆，为皮芯纤维表面形貌的多样性提供保障。

外层通道的直径不宜过大，因为皮层溶液的包覆厚度过厚时，释放应力后，难以形成螺旋或褶皱等结构，不利于皮芯纤维1表面结构多样化的形成。例如在一些实施方式中，内层通道的直径为0.5mm，外层通道的直径为1mm(此时皮层溶液实际占用内径为几百微米，能够保证薄且均匀的涂覆)。

所述芯层长丝1优选为若干根纤维丝组成的纤维束或者为横截面为非对称结构的单根纤维或纱线。目的是使得芯层长丝紧贴内层通道的内壁牵出后，更好的形成非对称结构。

所述长丝牵伸装置包括压力控制器2、减速装置9以及第一导轮3和第二导轮4；所述压力控制器2和第一导轮3设置于所述芯片的通道入口之前的位置，所述减速装置9和第二导轮4设置于所述芯片的通道出口之后的位置；用于将芯层长丝1从所述压力控制器2导出，并通过第一导轮3从芯片的芯层通道入口导入，然后从出口导出，经第二导轮4牵引至减速装置9；压力控制器2向所述芯层长丝1施加压力，减速装置9向所述芯层长丝1施加牵伸力。所述压力控制器2与减速装置9之间配合，其中减速装置9配备有电机作为主动装置，压力控制器2未配备电机，仅提供压力作为从动装置。

特别地，压力控制器2设置于平台支架上，微流控芯片5的通道垂直与水平面设置，使得芯层长丝1垂直于水平面拉伸出来，并通过第二导轮4平行水平面传送至减速装置。如此设置，能够使得皮层溶液在重力与表面张力作用下，在出口处向下扩散、流动，出口处的皮层溶液由连续运动中的芯层长丝1带走，皮层溶液在芯层长丝1表面流动固化后包裹在芯层长丝1表面。相比水平拉伸，能够提高皮层包覆的均匀度。

本发明基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置还包括加热固化装置7，所述加热固化装置7设置于芯片的通道的出口端，用于加速所述皮层溶液的固化。皮层溶液通过液体挤出装置(液体注射器6)和连接导管注射至微流控芯片5内，液体注射器6还可为双通道或多通道注射器，多液体注射器内装有多种聚合物组分以实现制备纤维含有多组分、多功能要求。液体挤出装置的挤出速度为20-100μL·min^-1

具体地，加热固化装置7包括红外加热灯7-1，温度传感器7-2，所述的红外加热灯7-1、温度传感器7-2与温度控制器8连接，实现温度的智能控制。所述红外加热灯7-1可替换为紫外线加热固化灯。

在一些实施方式中，本发明基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置还包括络筒装置10，其与减速装置9有一定速度差，用于将得到的皮芯纤维进行卷曲状态下的打包卷绕。

纺丝装置内还可设置排风装置，使得整个制备过程在一个安全通风的环境下进行。

本发明提供的一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置的使用方法，包括以下步骤：

S1.配制皮层溶液；

S2.将芯层长丝从微流体控制装置的内层通道牵伸出来；将所述皮层溶液从微流体控制装置的外层通道挤出，在出口处与所述芯层长丝汇合，并包覆在所述芯层长丝的表面，待皮层溶液中的溶剂挥发后固化成膜，得到皮芯纤维。

通过采用上述技术方案，将微流体控制装置与长丝牵伸装置相配合，以成型的长丝为芯层，以成膜物质为皮层，能够高效制备结构多样化的皮芯纤维，而且能够严格控制皮层的厚度和均匀度，制备可重复性高。

在步骤S1中，所述皮层溶液中的成膜物质选自PVP(聚乙烯吡咯烷酮)、SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物)、PU等，所述皮层溶液中优选包括弹性成膜物质。所述成膜物质包括但不限于为SBS、PU。选用弹性成膜物质，能够随着芯丝一起释放应力，形成具有褶皱结构合多孔结构的表面形貌。通过皮层和芯层弹性材料的适当搭配，能够得到表面形貌丰富、可拉伸性好(即反复拉伸时皮层材料的结合牢度高，不易被破坏)的皮芯纤维。

在步骤S1中，所述皮层溶液的溶剂优选为挥发速率不同的多种溶剂组成的混合溶剂，例如甲苯/乙酸乙酯、甲苯/丙酮、乙醇/丙酮等。尤其是当皮层溶液中的成膜物质为弹性成膜物质时，有利于固化过程中产生多孔结构。在固化过程中，溶剂梯度挥发发生相分离过程，弹性成膜物质能够与芯层一起释放应力，从而产生褶皱和多孔结构，使得纤维具有较大的表面粗糙度，有利于导电等功能物质与纤维的结合。在此过程中，能够通过调节皮层材料的浓度(15-25％)、环境温度(20-40℃)、湿度(40％-60％)等参数，对固化过程进行调控，进而对复合纤维的螺旋结构与表面形貌进行调控。

所述皮层溶液中还包括功能材料。通过在皮层溶液中添加适量的功能材料，使得功能材料与皮层成膜物质一起包覆在芯丝表面，得到功能性皮芯纤维。例如所述功能材料为导电材料、磁性材料、传感材料等中的一种或多种。如此能够得到导电性或磁性的皮芯纤维，拉伸导电性或磁性较好，可作为柔性可拉伸导线应用于智能可穿戴电子设备中。

在步骤S2中，所述微流体控制装置的内层通道和外层通道的横截面为偏心圆结构，优选为内切的偏心圆结构(如图2所示的C型结构)。皮层溶液从末端挤出后，会有挤出胀大的现象，c型口挤出胀大后，能更好地包裹在芯丝上。

在步骤S2中，所述芯层长丝优选以预设牵伸比例从微流体控制装置的内层通道牵伸出来。所述预设牵伸比例为0％～1200％，优选为100％～1000％，更优选为100％～600％，更优选为200％～400％，在实际应用中，可根据芯丝性能及皮芯纤维的需求性能，对牵伸比例进行调节。芯层长丝优选为横截面为非对称结构的弹性长丝。本发明实验结果表明，采用非对称结构的弹性长丝，在预牵伸状态下被皮层材料包裹，释放应力后，更易形成微观的三维螺旋结构，而且螺旋结构规整度和可调控性高。

优选地，所述弹性长丝是由若干根(例如6-20根，优选为8、10、12根)单丝组成的长丝集束，当紧贴内层通道内壁预牵伸时，若干根单丝之间彼此压迫，使得所述弹性长丝的横截面呈非对称结构被包覆，当释放应力时，非对称结构有助于螺旋结构的形成。单丝的直径为0.5～100μm，横截面优选为规则圆形；弹性长丝的细度为40-140D，在截面上呈非对称结构。所述弹性长丝的材料包括但不限于为聚氨酯、聚醚酯、聚烯烃、橡胶中的一种或多种，优选为聚氨酯长丝或橡胶丝或其复合长丝。通过对弹性长丝进行不同程度的预牵伸，能够对弹性皮芯复合纤维的螺旋结构进行调控，如螺旋角等。

综上，传统皮芯纤维纺丝主要通过凝固浴纺丝，而纺丝速度(指卷取初生纤维的第一导丝盘速度)由于受溶剂和凝固剂双扩散速度和凝固浴的流体阻力等限制，纺丝速度较低，而本发明采用微流控纺丝可以解决传统湿法纺丝速度慢、皮层纤维包覆不均匀等问题，同时实现弹性纤维的连续制备，一次成型，装置操作简单、效率高。

实施例1：(15％SBS/PU，牵伸200％PU)

一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，采用图1所示的装置制备，选用PU长丝为芯层长丝(牵伸为200％)，SBS的乙酸乙酯与甲苯混合溶液为皮层溶液(浓度为15％)，调节温度为20℃，相对湿度为40％。具体如下：

由于内外层材料回缩率有差异，故设置压力控制器2使PU长丝经过时在垂直方向受到压力，并且与辊轮之间有一定的摩擦；减速装置9的辊轮转动带动PU长丝运动，使纤维长丝产生轴向牵伸力，当轴向牵伸力大小达到压力控制器2处静摩擦力最大值时，静摩擦力转变为滑动摩擦力，使PU长丝在压力控制器2与减速装置9之间均处于牵伸状态，该轴向力大小与PU长丝在压力控制器2处所受滑动摩擦力大小相等，即为PU长丝加工时内部的牵伸力数值，从而控制PU长丝的预牵伸比例。

配置质量分数为15％的SBS溶液装入液体注射器6内，挤出速度50微升每分钟。

PU长丝经第一导轮3换向竖直进入微流控芯片5加工。

微流控芯片5内部主通道通过PU长丝，外层注射SBS溶液。由于重力与表面张力，SBS溶液开始向下扩散、流动，接触到连续运动的PU长丝后，SBS溶液在氨纶长丝的表面流动，包覆在PU表面。SBS溶液中溶剂挥发后在PU长丝表面快速形成固化膜，即形成具有皮芯结构的复合弹性纤维。适当调控溶液的流量与纤维的收卷速度，可达到动态平衡状态，实现该纤维的连续制备。

PU长丝经溶液包覆后，进入加热固化装置7，通过温度控制器8控制甬道内温度，加快复合纤维的固化成型，同时进行二次加工，增强其力学结构性能。

加工后皮芯结构长丝经第二导轮4水平导入减速装置9。

减速装置9与压力控制器2配合，为加工区域PU长丝提供牵伸力，同时减速装置9与络筒装置10配合，解除PU长丝牵伸状态，使复合纤维在喂入减速装置9前处于牵伸状态，而经过减速装置后复，合纤维内部应力释放，回缩到稳定状态，即形成三维螺旋结构SBS/PU复合弹性皮芯纤维，如图3所示。可以看出，本实施制备的SBS/PU复合弹性皮芯纤维具有微观螺旋结构(图3中(a))和较规整的褶皱结构(图3中(b))，表面还具有微孔结构(图3中(c))。此种结构由芯层牵伸、皮层的弹性以及溶剂分级挥发共同造成。

皮芯三维螺旋结构纤维制备完成后通过络筒装置10成纱。减速装置9与络筒装置10之间具有一定速度差，不破坏纤维机构的同时，顺利完成络筒。

实施例2：(15％PVP/PU，牵伸200％PU)

一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，将皮层SBS替换为PVP，溶剂替换为乙醇。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

配置质量分数为15％的PVP，溶液装入液体注射器6内。其溶液粘度与SBS溶液的粘度相近，用以探讨不同皮层材料种类对皮芯复合纤维表面形态结构的影响。

形成的三维螺旋结构PVP/PU复合弹性皮芯纤维如图4所示。可以看出，纤维可形成三维螺旋结构，但表面光滑无褶皱与微孔结构。说明皮层采用具有弹性的成膜物质，能够与芯层一起释放应力，从而产生褶皱和多孔结构，有助于纤维表面形貌丰富度的提高，为表面的进一步功能改性提供有效途径。

实施例3：(SBS15％，牵伸400％PU)

一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，控制PU长丝预牵伸为400％。用以探讨不同牵伸比例对皮芯复合纤维表面形态结构的影响。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

配置质量分数为15％的SBS溶液装入液体注射器6内。

形成的三维螺旋结构SBS/PU复合弹性皮芯纤维如图5所示。可以看出，预牵伸400％也能得到螺旋结构的弹性皮芯纤维。

实施例4：(调节温湿度)

一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，调节温度为30℃，相对湿度为60％，PU预牵伸为200％。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

形成的三维螺旋结构SBS/PU复合弹性皮芯纤维如图6所示。可以看出，纤维可形成三维螺旋结构，纤维表面的微孔紧密排列。说明通过调控固化温度或湿度，能够对皮层固化层膜过程进行调控，进而对纤维表面相貌进行调控。

实施例5：(紫外固化)

一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，选择紫外光固化含氟聚氨酯溶液，通过甬道7内的紫外光进行固化，制得复合弹性皮芯纤维。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。能够得到预实施例1的结构大致相同的皮芯纤维。

实施例6：(导电)

一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，皮层溶液为3wt％石墨烯/8％wtCNTs/15％SBS混合导电溶液，制备得到的复合弹性皮芯纤维的电阻约为4千欧。其他与实施例1大致相同，在此不再赘述。

实施例7：(磁性纤维)

一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，与实施例1相比，不同之处在于，溶液为4wt％Fe₃O₄/15％SBS混合磁性溶液，制得的磁性复合弹性皮芯纤维。

综上所述，本发明提供的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法及装置，将微流体控制装置与长丝牵伸装置相配合，成型的长丝为芯层，以成膜物质为皮层，使得芯层长丝拉伸过程中，从通道出口与成膜物质汇合，固化后能够牢固地包覆于芯层长丝表面，从而高效的制备结构多样化的皮芯纤维。此外，还能对芯层长丝施加牵伸力，使得芯层长丝在拉伸状态下与成膜物质复合，最后释放应力，得到具有螺旋结构、褶皱结构和/或多孔结构等一种或几种丰富结构的皮芯纤维，显著提高纤维表面形貌的丰富度。微流控芯片可以精确地调控皮层溶液的流量，使得制备保持平衡，保证了纤维结构的均匀性。皮层溶液从芯片通道末端挤出后，会有挤出胀大的现象，能够更好地包裹在芯丝上。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，其特征在于，包括微流体控制装置和长丝牵伸装置，所述微流体控制装置的芯片包括至少两层横截面为内切的偏心圆结构的通道；所述长丝牵伸装置将芯层长丝紧贴内层通道的内壁牵伸至出口，皮层微流体溶液从外层通道挤出并与所述芯层长丝汇合，实现基于微流体涂层技术的液固材料包覆，得到皮芯纤维。

2.根据权利要求1所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，其特征在于，所述长丝牵伸装置包括压力控制器、减速装置以及第一导轮和第二导轮；所述压力控制器和第一导轮设置于所述芯片的通道入口的前序位置，所述减速装置和第二导轮设置于所述芯片的通道出口的后续位置；用于将芯层长丝从所述压力控制器导出，并通过第一导轮从芯片的芯层通道入口导入，然后从出口导出，经第二导轮牵引至减速装置；所述压力控制器用于向所述芯层长丝施加压力，所述减速装置用于向所述芯层长丝施加牵伸力。

3.根据权利要求1所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，其特征在于，所述装置还包括与所述外层通道相连的液体挤出装置，用于将所述皮层微流体溶液从所述外层通道连续挤出。

4.根据权利要求1所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，其特征在于，所述装置还包括加热固化装置，所述加热固化装置设置于芯片的通道的出口端，用于加速所述皮层溶液的固化。

5.根据权利要求1所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，其特征在于，在步骤S2中，所述芯层长丝以预设牵伸比例从微流体控制装置的内层通道牵伸出来。

6.根据权利要求4所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置，其特征在于，所述芯层长丝为若干根纤维丝组成的纤维束或者为横截面为非对称结构的单根纤维或纱线。

7.一种权利要求1至6中任一项所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.配制皮层溶液；

S2.将芯层长丝从微流体控制装置的内层通道牵伸出来；将所述皮层溶液从微流体控制装置的外层通道挤出，在出口处与所述芯层长丝汇合，并包覆在所述芯层长丝的表面，待皮层溶液中的溶剂挥发后固化成膜，得到皮芯纤维。

8.根据权利要求7所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，其特征在于，所述预设牵伸比例为0％～1200％。

9.根据权利要求7所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述皮层溶液的溶剂为挥发速率不同的多种溶剂组成的混合溶剂。

10.根据权利要求7所述的基于微流体涂层技术制备皮芯纤维的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述皮层溶液中包括弹性成膜物质。

Images