[发明专利]一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置及制备方法

权利要求书

1.一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：它包括集聚装置（2），集聚装置（2）两侧设有两个喷丝装置（1），两个喷丝装置（1）与高压静电发生器（7）相连，集聚装置（2）下方设有集束器（3），两个喷丝装置（1）位于集聚装置（2）和集束器（3）之间，沿轴线对称相对配置，集束器（3）下方设有喷嘴加捻器（4），喷嘴加捻器（4）下方设有引纱罗拉（5），引纱罗拉（5）下方设有卷绕机构（6），所述集聚装置（2）、集束器（3）、喷嘴加捻器（4）和引纱罗拉（5）由上至下沿同一轴线排列。

2.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：所述的喷丝装置（1）是由一侧设有进气口（11）的气室（8）和一侧设有进液口（12）的溶液室（14）通过中间连接体（13）连接而成，中间连接体（13）上设置有垂直向上的喷气管（10），溶液室（14）上设置有垂直向上的喷丝头（9）。

3.根据权利要求2所述的一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：所述的气室（8）和溶液室（14）为圆柱形；所述的喷丝头（9）和喷气管（10）最少一个，它们呈同心圆排列，每个喷丝头（9）对应一个同轴心的喷气管（10）对其通气，喷气管（10）的高度低于喷丝头（9）的上端面，高于溶液室（14）的上表面，喷丝头（9）的内径为1-40mm，间距为0.1-15cm。

4.根据权利要求3所述的静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：所述的集聚装置（2）为带有旋转轴的金属圆盘或喇叭，由传动机构控制其绕轴旋转，金属圆盘或喇叭口的直径为喷丝装置（1）中溶液室（14）上表面直径的1-2倍；所述的集束器（3）进口至出口呈直径逐步收窄的喇叭形，出口处的直径为0.8-8mm。

5.根据权利要求4所述的静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：所述的喷嘴加捻器（4）由进气管（20）、气室（19）、喷射孔（15）、纱道（16）、中间管（17）和出口管（18）组成，所述的喷射孔（15）与纱道（16）的内圆周相切，喷射孔（15）的孔径为0.1-0.55mm，与纱道（16）的夹角为30-50°，喷射孔数为2-8个；所述的纱道（16）在喷射孔（15）入口上方的直径为0.8-2.0mm，长度8-15mm，在喷射孔（15）入口下方的直径为2.0-3.5mm，长度8-15mm；所述的中间管（17）的直径为3.0-6.0mm，长度8-15mm；所述的出口管（18）的直径为5.0-10.0mm，长度5-12mm。

6.根据权利要求5所述的静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：所述喷丝装置（1）与轴线的夹角为15-40°；集束器（3）的出口和喷嘴加捻器（4）中纱道（16）的入口相连；两个喷丝装置（1）的中心喷丝头（9）上端面之间的距离为5-50cm，与集聚装置（2）的中心位置之间的距离为6-60cm；喷嘴加捻器（4）纱道（16）的入口与集聚装置（2）之间的距离为15-100cm。

7.根据权利要求6所述的静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：所述的高压静电发生器（7）的电压为10-200kV，正极和负极分别与两个喷丝装置（1）中金属材质的喷丝头（9）相连接。

8.根据权利要求1~7任一项所述的喷气纺成纱装置制备纳米纤维纱线的方法，其特征在于，它的步骤如下：

a、利用蠕动泵或者其它匀速供液装置将聚合物纺丝溶液通过进液口（12）均速地输入溶液室，纺丝溶液的液面低于喷丝头（9）的上端面，高于喷气管（10）的上端面；

b、利用横流气泵或其它匀速通气装置通过进气口（11）连续输出气体到气室（8），气体经喷气管（10）向上喷出，纺丝溶液在喷丝头（9）的上端面形成中空的溶液凸起；

c、打开集聚装置（2）的传动机构，集聚装置（2）绕轴旋转，控制转速为10-2000转/分钟；

d、打开高压静电发生器（7），调节到一定的电压，高压静电发生器（7）的正极和负极分别与两个喷丝装置（1）中金属材质的喷丝头（9）相连接，集聚装置（2）不接地，在高压电场作用下，极化电荷聚集在喷丝头（9）上端面溶液凸起的顶端形成泰勒锥，在气流压力和静电力的作用下中空的泰勒锥破裂，两个喷丝装置（1）的喷丝头（9）喷出带有相反电荷射流，通过静电牵伸、吸引和中和作用，纳米纤维网沉积在集聚装置（2）的边缘；

e、将步骤（c）中的纳米纤维网引出、取向和加捻，一个绝缘的塑料棒预先安放在集聚装置（2）的正中心，塑料棒缓慢向后沿水平方向抽出，形成中空的锥形纳米纤维网，顶端粘附在塑料棒上，底端与集聚装置（2）的边缘相连接，进一步牵伸纳米纤维网的锥顶，纤维取向、集聚成纳米纤维束，或进一步通过集聚装置（2）的旋转预加捻成一定捻度的纳米纤维条；

f、将喷嘴加捻器（4）的进气管（20）与空气压缩机相连接，压缩空气由喷射孔（15）射入纱道（16），在纱道（16）中形成高速旋转的气流，并在纱道（16）的入口形成负压，将步骤（d）中的纳米纤维束（或纳米纤维条）引入集束器（3），由于负压的存在纳米纤维束被吸入纱道（16）中，在旋转气流的作用下加捻成纱并沿纱道（16）、经中间管（17）、从出口管（18）输出；

g、步骤（e）中加捻的纳米纤维纱线在引纱罗拉（5）的作用下输出，经卷绕机构（6）卷绕成筒。