[发明专利]一种取向电纺纳米纤维纺纱方法及其装置

权利要求书

1.一种取向电纺纳米纤维纺纱方法，其特征在于相对配置的喷丝头上分别施加正负高压并喷射带电射流，经不稳定过程后形成分别带正负电荷的两股纳米纤维，喷头中下方配置中性金属加捻器，金属加捻器在高压静电场中极化，在静电感应作用下使得靠近喷头的一侧带上与该喷头极性相反的电荷，而与喷头带同种电荷的纳米纤维向靠近该喷头的金属加捻器一侧收集。带正负电荷的两股纳米纤维从金属加捻器上引出，通过金属加捻器旋转加捻，并通过热处理装置后卷绕收集，制得具有优良强伸性能的取向电纺纳米纤维纱线。

2.根据权利要求1所述的一种取向电纺纳米纤维纺纱方法，其特征在于相对配置并分别施加正负高压的金属喷头形成电场电力线相对普通针板纺丝电场平直，从而抑制了纺丝射流弯曲不稳定性得到较直的纤维，纤维在纺丝电场、加捻器及纱线牵引力的作用下进一步取向。

3.根据权利要求1所述的一种取向电纺纳米纤维纺纱方法，其特征在于适用于溶液溶剂和熔融静电纺，纺丝原料既可以采用成纤高聚物材料如聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯腈(PAN)、聚(ε-己内酯)(PCL)、聚酯(PET)等，也可采用天然材料提取物如胶原蛋白(Collagen)、丝素蛋白(Silk fibroin)等，也可采用两种以上原料混合和掺杂功能纳米材料如碳纳米管(MWNTs)、二氧化钛(TiO₂)和硫化锌(ZnS)等。

4.根据权利要求1所述的一种取向电纺纳米纤维纺纱方法，其特征在于既可纺纯纳米纤维纱线，也可纺纳米纤维为壳层，长丝为芯层的具有优良强伸性能的包芯纱。

5.一种取向电纺纳米纤维纺纱装置，包括共轭电纺成丝装置、取向加捻装置、纱线热处理装置和卷绕收集装置。

6.根据权利要求5所述的共轭电纺成丝装置，其特征在于可采用聚合物溶液和熔体作为纺丝原料，原料通过输送泵从相对配置金属喷头输出，输送速度为0.1～30.0ml/h；金属喷头分别施加正负高压，电压值为6kV～50kV，施加相同高压的喷头数量可以为单头，也可以为多头，喷头数量为1～100。带正负高压的金属喷头相对配置，金属喷头长20～55mm，直径0.2～0.9mm，相对配置金属喷头距离120～300mm。带电射流在高压静电场的作用下经过稳定及不稳定拉细并向喷头中心部分运动，期间伴随纺丝溶剂挥发或熔体冷却固化形成直径为50～1000nm直径的纤维。

7.根据权利要求5所述的加捻装置，其特征在于相对配置金属喷头中心下方20～70mm处配置直径50～90mm金属加捻器，金属加捻器可以为圆盘状或拱形。金属加捻器为中性，在施加正负高压喷头形成高压静电场中静电感应后，靠近喷头一侧带与喷头相反电荷，则喷头喷出纳米纤维向金属加捻器靠近喷头的一侧运动。金属加捻器中心开孔，以5～200m/h的线速度引出一根长丝，同时金属加捻器以10～900rpm的速度回转。纳米纤维将在电场力、长丝牵引力及金属加捻器作用力下围绕长丝形成圆锥状加捻三角区。

8.根据权利要求5所述的加捻装置，其特征在于共轭电纺成丝部分不断喷出纳米纤维并在圆锥状加捻部分凝聚加捻，加捻后的纱线不断被牵引出形成纳米纤维/长丝包芯复合纱，纱线细度15～500dtex。若制备纯纳米纤维纱线，待包芯纱成纱稳定后将金属加捻器中心引出长丝在加捻三角区前剪断即可，纯纳米纤维纱线细度5～450dtex。

9.根据权利要求5所述的纱线热处理装置，其特征在于将纱线在60～320℃下热处理，或60～98℃热水中处理3～400s，以使得纳米纤维进一步取向，纱线强力条干得到提高。

10.根据权利要求5所述的卷绕收集装置，其特征在于将热处理后的纱线以5～200m/h的线速度卷绕成管纱。