[发明专利]一种取向电纺纳米纤维纺纱方法及其装置

说明书

技术领域

本发明属于纺织领域，涉及到一种取向电纺纳米纤维纺纱方法及其制备装置。

背景技术

静电纺丝是近年来制备纳米纤维的热门纺丝技术。电纺纳米纤维直径比传统纺丝纤维细100-1000倍，具有巨大的比表面积，在过滤材料、创伤包覆材料、纳米复合材料、传感器、生物医用材料等方面有广泛的应用前景。由于电纺纤维直径与天然细胞外基质生物大分子材料的尺寸相接近，其极高的比表面积也为活性因子的有效释放提供了理想平台。因此，电纺纳米纤维用作组织工程支架、防粘连膜、创面修复材料、人造血管等的研究尤为引人注目。电纺胶原蛋白、丝素蛋白、甲壳素纳米纤维已被科学家用于构建血管、骨组织工程支架和肌体修复材料的研究中。

由于受带电射流弯曲不稳定性的限制，电纺纳米纤维通常以无纺布的形式收集，纤维的无序结构在诸如微电子学、光子学等需要规整排列和高度取向结构的设备制造方面的应用存在很大问题。实现电纺纳米纤维的取向排列也有助于提高电纺支架的力学性能，在组织工程支架制备中具有重要意义。同时，在组织工程神经、肌腱、肌肉等构建过程中，具有取向排列纤维结构的支架能引导细胞定向迁移和生长，并最终控制再生组织的结构。因此，与非织造布形式的纤维相比，彼此可分离的取向电纺纳米纤维纱线应用领域更加广泛。

为收集取向排列电纺纳米纤维并集束成纱，许多研究者进行了探索。一些研究者采用水浴方式收集，用静态的或带漩涡的水收集电纺纳米纤维，纤维在水的作用力下取向，然后将其卷绕到旋转的滚筒上得到连续的纱线(Teo W，Gopal R，Ramaseshan R，et al.POLYMER.2007，48(12)：3400-3405.)。这种方法能够连续地成纱，而且可以比较自动地对纤维进行拉伸取向，是一种很好的方法，但装置较复杂，且不适合溶于水的聚合物。也有一些研究者采用辅助电极收集。如采用两个平行排列的金属圆环作为接收装置，这种方法很容易得到取向排列的纳米纤维，重复性好，并且受电场强度变化的影响较小。将其中一个接收环与涂有Teflon的不锈钢管相连，不锈钢管在电机的驱动下带动接收环旋转，可以得到直径小于5微米，长度在50mm的扭曲的多重PCL纤维长丝束(Dalton P D，Klee D，Moller M.POLYMER.2005，46(3)：611-614.)。Yan等将两个平行排列的金属圆环都接上电机并反向回转，收集的平行排列纳米纤维加捻后由位于两个圆环之间的筒管卷绕收集。这种方法可以实现连续制备取向纳米纤维纱，但纳米纤维浪费较多，且较大的捻度影响了纤维的取向(Yan H，Liu L，Zhang Z.MATERIALS LETTERS.2011，65(15-16)：2419-2421.)。

美国专利US2009324950-A1中Kim等将多个喷头喷出的电纺纤维利用带电圆盘取向收集，然后将纤维束剥取下来卷绕收集成取向纳米纤维纱，该纱线具有一定的强力，但纱线结构松散，条干较差。美国专利US6106913-A中Balonis等将一个喷头喷出的电纺纤维利用气流沉积到导引长丝上，经牵引卷绕制成高强力纳米纤维包芯纱，并利用该纱线编织成纳米纤维器件。该方法因纳米纤维间同种电荷相互排斥影响纤维沉积效率。中国专利CN200710021149.8中李新松等采用高分子长丝或纱为芯材导丝，一对或多对喷丝头共轭纺丝制备纳米纤维，喷口相对的喷丝头喷出的纳米纤维带有相反电荷，在空中相互吸引、沉积在芯材导丝上，牵引卷绕制得表面包覆纳米纤维的高强力纱。该方法制得纱线没有捻度，结构松散，条干较差。已公开的中国发明专利CN101974814A中将壳聚糖溶液静电纺丝制备纳米壳聚糖纤维，将棉纱或麻纱从静电纺丝装置的阳极和阴极之间通过并接收纳米壳聚糖纤维，即制得复合纱线产品。目前公开的纳米纤维纱线制备方法中存在纳米纤维取向度较低，连续性差、纤维浪费较多且纱线机械性能和条干较差的缺点。

因此，有必要发明一种纳米纤维在纱线轴向取向度高，机械性能好，纤维浪费少，条干好的取向纳米纤维纱制备方法及装置。

发明内容