[发明专利]一种自加捻纳米纤维纱线连续制备装置及方法

说明书

本发明涉及纺织加工技术领域，旨在提供一种自加捻纳米纤维纱线连续制备装置及方法。包括：包括垂直安装的电机，其底部的转轴通过联轴器连接金属材质的喷丝器；沿喷丝器的周向均匀布置多个喷丝孔；集束系统包括漏斗状集束器、风机和至少两个风淋头；漏斗状集束器通过电缆接至静电发生器的负极；在下沉部位的中心位置设有通孔，通孔、喷丝器和电机转轴位于同一竖向轴线上；喷丝器上各喷丝孔所处的平面与漏斗状集束器的平面部分平行布置；卷绕收集系统包括导纱罗拉和卷绕罗拉，导纱罗拉位于漏斗状集束器的通孔下方。本发明中采用静电离心纺制备纳米纤维，生产效率高，原料可溶可熔；纳米纤维纱线集取向度高、连续性好、同步加捻及高效短流程为一体。

技术领域

本发明属于纺织加工技术领域，具体涉及一种利用静电离心纺丝技术的自加捻纳米纤维纱线连续制备装置及方法。

背景技术

纳米纤维具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、量子隧道效应、高表面活性和高孔隙率等特点，具有优良的光、热、电、磁性能，可以灵活地进行功能化改性修饰，在高效过滤、生物医疗、智能传感器等领域极具应用潜力，因此受到了广泛关注。如果能够将纳米纤维进一步加工成能够满足现代纺织加工的纱线，从而加工出各类功能性织物和面料，必然会突破传统纺织品性能并大大提高产品附加值。

目前，纳米纤维的主要制备方法包括化学法，相分离法，自组装法和纺丝加工法，纺丝加工法被认为是最具前景的加工方法，其一般包括静电纺丝法、双组份复合纺丝法、熔喷法、离心纺丝法和静电离心纺丝法。到目前为止，绝大多数纺丝加工方法制备的纳米纤维以非织造材料即无纺布形式收集，从力学性能上来讲，纳米纤维绝对强力差，无法满足较高机械强度下的应用场合，限制了纳米纤维产品形式以及应用范围。从传统纺织加工角度出发，纤维经过加捻和纤维集束可以大大提高产品力学性能。因此，纳米纤维纱线是纳米纤维应用领域中最重要的研究发展方向。目前关于纳米纤维纱线的研究仍处于起步阶段，纳米纤维纱线的生产效率有待提高、连续生产的稳定性存在问题，纱线力学性能较差，无法与成熟的传统纺织品有等同应用。因此，实现纳米纤维高效生产，并提高纳米纤维纱机械性能是纳米纤维能够广泛应用的最终方向。

目前，已有一些纳米纤维成纱的报道，这些方法中多数以静电纺为基础。中国专利CN103088478A公开的“一种取向静电纺纳米纤维纱线连续制备装置及方法”，实现了纤维取向和连续制备。Dalton[Dalton PD，Polymer，2005，46，611-614]中公开了一种在静电纺丝过程中增加双圆碟装置收集到了取向的纳米纤维纱线，但是纱线长度太短。这些技术方案均达到了一定效果，但是由于其本质上均采用了静电纺丝制备纳米纤维，无法避免静电纺过程中出现的射流劈裂和鞭动不稳定现象，这会造成成纱过程出现波动，从而影响纱线品质，同时也存在产率较低的客观因素，无法适应工业化生产。

中国专利CN105887223A中公开了“一种一步成型制备纳米纤维纱线的高速离心纺装置及纳米纤维纱线制备方法”，利用该方法制备纳米纤维纱线的产量很高，但是纤维直径较粗，由于采用极高的转速，喷丝器周围气流场波动剧烈，纤维形貌较差，同时也影响纱线品质，成纱过程不稳定。

中国专利CN106868675A中公开了“一种纳米纤维包芯纱的连续制备装置”得到了形貌较好的纳米纤维包芯纱。中国专利CN101418472A中公开了一种“蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合纳米纤维纱及其制备方法”，利用静态水凝固浴收集取向纳米纤维纱，但是纱线加捻不易控制。美国专利US6106913A中公开了一种利用气流沉积法将纳米纤维引导到长丝上，经过卷绕形成纳米纤维包芯纱。这些专利均达到了一定的技术效果，但是其本质是利用芯纱来提高产品力学强度。从产品应用角度考虑，采用芯纱的也是解决纳米纤维纱线实际应用中强度较差的一个方法，然而纳米纤维本身强度没有增加。如何从纳米纤维纱线本身出发解决其机械性能差的问题是一个重要的研究方向。