[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

说明书

技术领域

本发明属于纺织机械领域，涉及一种静电纺纳米纤维的成纱装置和方法，具体涉及一种可连续化制备静电纺纳米纤维纱线的喷气纺成纱装置和方法。

背景技术

静电纺丝技术是制备纳米纤维最有效的方法，静电纺丝的原理是，在静电场的作用下，位于喷丝头的聚合物液滴变成泰勒锥，当静电场力超过液体表面张力的阈值，就会形成良好的带电射流，并被加速、牵伸、细化，溶剂挥发后形成纳米纤维，因金属收集装置的不同可得到不同形态的纳米纤维毡。虽然电纺纳米纤维毡可直接运用于过滤材料、组织工程支架、药物传递材料、仿生材料、复合增强材料等许多方面，但对于纺织工业来说，连续的纤纳米纤维纱线才具有广泛的应用价值，因为只有基于纱线才能得到机织物、针织物、编织物和其它更多样的纳米纤维产品及应用。

目前已有一些静电纺纳米纤维成纱的报道，如中国专利200510038571.5公开了一种纳米纤维长丝束的制备方法，利用相对放置的金属针头分别接正负极，从两针头喷出来的纤维在空中相互吸引、碰撞、形成复合纳米纤维，经拉伸缠绕到旋转的滚筒上形成纳米纤维丝束，该方法中长丝束中纤维连续、排列良好但没有加捻作用，不是严格意义的纱线。中国专利200810018267.8公开了一种静电纺纳米纤维纱线系统及纳米纤维纱线的制备方法，利用开槽的圆盘沉积电纺纳米纤维，通过引线和导丝辊引出后加捻得到纳米纤维纱线，该专利中纤维并不能完全集聚在槽内，造成纤维浪费，另外圆盘每旋转一周需用切刀在纳米纤维束拉出的位置切割一次，工艺较为复杂，且缺乏稳定性、连续性。Zhang [Kai Zhang, Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, 2010, 48, 1118]等借助接地的金属针尖作为辅助电极引导纤维集束，实现无捻PLLA、PAN、PMIA 纳米纤维集合体的连续收集，但该收集装置中聚合物溶液的电导率对纤维集聚有重要影响，只适应电导率在一定范围内聚合物的成纱。Smit [Eugene Smit, Polymer, 2005, 46, 2419]等最早提出水浴为接收装置的静电纺纱，通过水面收集纳米纤维，借助浴槽中纤维与凝固浴的表面张力对纤维集合体拉伸形成纤维束。Teo [Wee-Eong Teo, Polymer, 2007, 48, 3400]等对水浴接收装置进行了改进，利用动态水作为凝固浴，并通过涡流作用实现了纤维的集束加捻，水浴收集纳米纤维的效率较高，但只适用于非水溶性的聚合物成纱。上述方法均是利用传统的单针头作为喷丝头，产量只有0.1-1g/h，不能稳定连续的获得纳米纤维纱线，且纱线中存在纤维不能较好定向排列的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，可连续化制备纤维定向排列较好的纳米纤维纱线，提供利用上述喷气纺成纱装置制备纳米纤维纱线的方法。

本发明的技术方案是：一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，它包括集聚装置，集聚装置两侧设有两个喷丝装置，两个喷丝装置与高压静电发生器相连，集聚装置下方设有集束器，两个喷丝装置位于集聚装置和集束器之间，沿轴线对称相对配置，集束器下方设有喷嘴加捻器，喷嘴加捻器下方设有引纱罗拉，引纱罗拉下方设有卷绕机构，所述集聚装置、集束器、喷嘴加捻器和引纱罗拉由上至下沿同一轴线排列。

所述的喷丝装置是由一侧设有进气口的气室和一侧设有进液口的溶液室通过中间连接体连接而成，中间连接体上设置有垂直向上的喷气管，溶液室上设置有垂直向上的喷丝头。

所述的气室和溶液室为圆柱形；所述的喷丝头和喷气管最少一个，它们呈同心圆排列，每个喷丝头对应一个同轴心的喷气管对其通气，喷气管的高度低于喷丝头的上端面，高于溶液室的上表面，喷丝头的内径为1-40mm，间距为0.1-15cm。

所述的集聚装置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中溶液室上表面直径的1-2倍；所述的集束器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。

所述的喷嘴加捻器由进气管、气室、喷射孔、纱道、中间管和出口管组成，所述的喷射孔与纱道的内圆周相切，喷射孔的孔径为0.1-0.55mm，与纱道的夹角为30-50°，喷射孔数为2-8个；所述的纱道在喷射孔入口上方的直径为0.8-2.0mm，长度8-15mm，在喷射孔入口下方的直径为2.0-3.5mm，长度8-15mm；所述的中间管的直径为3.0-6.0mm，长度8-15mm；所述的出口管的直径为5.0-10.0mm，长度5-12mm。