[发明专利]导电溶液的剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置、方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝、静电纺纱和纳米纤维纺丝机械领域，特别是涉及一种静电直纺微米纱的纺纱技术。

背景技术

近年来随着纳米技术的发展，静电纺丝技术获得了快速发展。目前静电纺丝得到的纳米纤维尺度大多在亚微米尺度(100～1000nm)，而小于100nm的真正纳米纤维较少。则如何将亚微米粗细的纤维缩小到纳米尺度纤维是有待学者研究的问题。

静电纺纤维在环境、能源、生物医学、光电等领域均有应用，然而目前研究的静电纺纳米纤维主要以纤维直接堆砌的膜或毡的形式出现，是二维无序的纤维集合体，严重阻碍了这种材料的拓展应用。通常纱线可用于梭织、针织或编织，但直接以散纤维是不能用于针织、梭织和编织的，更不用说采用纳米散纤维体。同时目前的静电纺纤维的粗细偏粗、强度偏低或很低，几乎难以满足实用织物的要求，甚至无法直接织造成布。因此，将所成纳米纤维束直接纺成微米的纱，进而应用于机织、针织或编织，制备出多种结构及形状的织物，提供静电纺丝的单丝强度、细化单丝到纳米尺寸和粗细均匀化，是静电纺纳米技术中亟待解决的问题，也是纳米纤维应用发展的基础。同时，也出现一些添加剂纺丝液静电纺丝和静电纺丝直纺纱线的报道。

如Lee[Lee,Synthetic Metals154.1(2005):209–212]等研究了PAMPA溶液中加入NaCl和不加盐对静电纺丝纳米纤维形态的影响，结果表明导电溶液得到的静电纺纳米纤维更均匀，分布更好。Matabola[P.Matabola K,Journal of Materials Science,2013,48(16):5475-5482(8)]，Wang[Wang B,International Journal of Heat&Mass Transfer,2014,73(3):533-541]也有相似研究。张幼珠[张幼珠,丝绸,2006,(1):20-23.DOI:10.3969/j.issn.1001-7003.2006.01.008]等在再生丝素/甲酸纺丝液中加LiBr和Na₂B₄O₇等电解质后进行静电纺丝，与纯丝素电纺丝比较分析，结果表明LiBr和Na₂B₄O₇的电纺丝形成细而均匀的规整纤维。Li[Li N,Polymer Engineering&Science,2011,51(11):2178–2183]等研究了滚筒转速和不同浓度的LiCl添加剂对静电纺纳米纤维形态和力学性能的影响，结果得到在适宜含量LiCl的导电溶液下得到纳米纤维网的力学性能较好。Kimura[Kimura N,Polymer International,2014,63(2):266–272]等研究不同含量Fe2+的PA6导电溶液制得的静电纺纳米纤维网，最终静电纺纳米纤维网的力学性能一定程度取决于Fe2+的含量。

Dalton[Dalton PD,Polymer,2005,46,611-614]等利用双圆碟装置收集到并形成取向排列的微米纱，此方法制备纱线条干和取向好，但纤维只有静电场牵伸，而无任何机械牵伸，故单丝在亚微米尺度且强度低，纤维成纱偏粗、强度亦低。Li[中国专利ZL201110205027.0]公开了一种静电纺纳米纤维纱线的方法和装置，利用漏斗接收装置，对漏斗后端的圆柱管道切向抽真空，形成气流进行装置，但是后面既无牵伸又无加捻卷绕装置无法实现连续成纱。Li[Li N,Materials Letters,2012:245-247]等自制一种装有高速气流的漏斗型收集装置，气流作为动力载体可形成多种纤维集合体和连续纱线，漏斗收集器分为漏斗和圆柱两个部分，但高速气流只能对纳米纤维实现加捻作用，无纱线连续收集装置而最终纤维束不带有捻度。