[发明专利]取向纳米纤维纱线制备装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种取向纳米纤维纱线制备装置及其使用方法，空心外滚筒沿周向设有矩阵式分布的气孔，气流集聚内套筒固定设置于空心外滚筒内部与空心外滚筒连通，气流集聚内套筒与吸气设备连接，空心外滚筒通过传动机构驱动旋转，致密网覆盖于空心外滚筒表面，空心外滚筒表面通过间隔的绝缘分隔环分隔形成纤维集束槽，静电纺喷丝机构与空心外滚筒对应设置，加捻卷绕机构分别与各纤维集束槽对应设置。使用方法包括：开启静电纺喷丝机构产生纺丝溶液射流；打开传动机构驱动空心外滚筒发生转动；打开吸气设备进行抽气，纺丝溶液集聚排布形成取向纳米纤维束；加捻卷绕。本发明实现纳米纤维的分条集束和连续化生产，高度取向，保证结构完整，提高生产效率。

技术领域

本发明属于纳米纤维纱制备的技术领域，特别是涉及一种取向纳米纤维纱线制备装置及其使用方法。

背景技术

纳米纤维的最大特点是小直径和大比表面积，随着纤维直径变细，表面原子数、表面张力和表面能急剧增强，从而在物理化学方面表现出特异性。因此尝试将纳米技术与传统的纺织产业相结合，以期改善纺织产业的现状，加工出具有高附加值的功能性纺织品是很多纺织研究学者和纤维科学家一直以来的奋斗目标。纳米纤维的制备方法有很多，而静电纺丝的加工工艺简单，自Anton formhals 1934年获得美国专利以来，这种借助静电场作用进行纺丝的方法一直受到人们的广泛关注。到目前为止，大多数静电纺纳米纤维是以无纺布的形式或松散的取向纤维束收集到的，由于其杂乱无章的结构、较低的力学性能、缺乏缝编性以及量产困难等原因，无法与传统纺织纤维材料(机织物、针织物等)有同等的广泛应用，极大地限制其在各个领域的应用。因此将纳米纤维制备成连续的纳米纤维纱线，使其具备更为优良的力学性能及可编织性是近年来的发展方向。

目前，有关静电纺纳米纤维成纱的装置陆续出现并取得了一些突破性的成果。Teo[TeoWE,Polymer,2007,48,3400-3405]等利用液体凝固浴制备连续取向纳米纤维纱线，该方法是靠液体的涡流作用对纤维进行加捻，取向度不高，且只适用于非水溶性聚合物的静电纺纱。[Afifi AM,Macromol Mater Eng,2010(295),660-665]等、Dalton[Dalton PD,Polymer,2005(46),611-614]等、Lee[Lee J H，Polymer,2016,84,52-58]等分别利用漏斗型靶、圆形、圆环形等收集装置制备连续取向纳米纤维纱线，这些方法得到的纤维直经较粗或两端握持加捻制备的纱线长度太短，无法满足实际的需要。最近几年常用制备连续取向纳米纤维纱线的方法是双针头共轭布置法，中国专利201310058070.8公开了一种取向静电纺纳米纤维纱线连续制备装置及方法即采用了这种双针头共轭布置法。这种成纱方式主要包括两个相反极性的针头、一个金属圆盘和一个金属空心杆，两针头相对布置，对喷时由于极性相反的纳米纤维之间的吸引以及金属圆盘和金属空心杆对纳米纤维的吸引，在金属圆盘和金属空心杆间形成一个加捻成纱三角区，能够制备取向纳米纤维纱线，但仍然存在纺纱加捻三角区导致纤维受力不均断头无法持续生产的问题，使得制备纳米纤维纱线的捻度不可控、成纱连续性差。

从上述研究可见，尽管制备静电纺纱线的方法比较多，但主要是利用单针头或双针头制备纳米纤维纱线，其产量很低，无法适应工业生产的需求。而无针式喷头的纺丝面积极大，无法做到让其直接汇聚于一点成纱。专利CN105970309A公开了一种将纳米纤维喷附在长丝上再将长丝溶解得到纳米纤维纱线的方法，过程复杂，且得到的纳米纤维杂乱无章，力学性能差。专利CN106835412A公开了一种将纳米纤维膜切成细条，再将细条与基底分离加捻成纱的方法，这种方法切割纳米纤维会破坏其结构，得到的纱线中的纳米纤维不连续。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种取向纳米纤维纱线制备装置及其使用方法，实现纳米纤维的分条集束和连续化生产，高度取向，保证结构完整，提高生产效率。