[发明专利]一种取向可控的静电纺纳米纤维包芯纱的制备装置及方法

说明书

本发明涉及一种取向可控的静电纺纳米纤维包芯纱的制备装置，包括退绕装置及卷绕装置，芯纱出退绕装置后被由上至下地送至卷绕装置，其特征在于，退绕装置与卷绕装置之间的区域沿芯纱的运动方向被分为N个纺纱区，N≥1，在每个纺纱区内设有至少一组接收装置及静电纺丝装置，芯纱经过至少N组接收装置后成为纳米纤维包芯纱并由卷绕装置收集。本发明的另一个技术方案是提供了一种取向可控的静电纺纳米纤维包芯纱的制备方法。本发明提供的装置利用金属喇叭和S形金属支架作为接收装置实现纳米纤维在芯纱表面的均匀、取向可控包覆，从而可进一步利用纺织加工技术制备具有纳米结构的织物。

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维的制备装置及方法，特别涉及一种取向可控的静电纺纳米纤维包芯纱的制备装置及方法，属于纳米纤维和复合纱线成型技术领域。

背景技术

纳米纤维，是指直径为纳米尺度而长度较长的线状材料。纳米纤维具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应等纳米级材料所特有的属性，可广泛用于过滤材料、化学传感器、防护材料和生物医用材料等领域。静电纺丝技术是近年来制备纳米纤维的一种热门纺丝方法。静电纺丝，本质是高分子溶液或熔体的静电雾化。由于纺丝过程中带电射流运动轨迹的不可控性及接收装置处的静电斥力作用，传统静电纺收集到的纳米纤维集合体结构无序、取向度低，致使其强力低、加工困难，从而严重限制了其实际应用。因此，如何制得取向高、强力高、易于加工的纳米纤维成为近年来的研究热点。

为了提高纳米纤维的强力及可纺性，有研究尝试将纳米纤维与高强长丝结合，制备纳米纤维包芯纱。早期的纳米纤维包覆形式主要为对传统纱线或高强长丝进行纳米纤维涂层，纳米纤维排列紊乱无序。为了控制纳米纤维的取向，有研究利用旋转的金属圆盘、金属漏斗和金属喇叭等作为纳米纤维的接收装置，使纳米纤维桥接在接收装置与芯纱之间，并随接收装置的旋转包覆于芯纱表面，实现了纳米纤维的取向包覆，但结果表明，纳米纤维取向控制难度大，无法精确调控，且存在纳米纤维利用率低、包覆牢度难以保证等问题。目前，关于如何实现纳米纤维在芯纱表面均匀、取向、精控包覆的纺丝技术的相关研究尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是：实现纳米纤维在芯纱表面均匀、取向、精控包覆。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种取向可控的静电纺纳米纤维包芯纱的制备装置，包括退绕装置及卷绕装置，芯纱出退绕装置后被由上至下地送至卷绕装置，其特征在于，退绕装置与卷绕装置之间的区域沿芯纱的运动方向被分为N个纺纱区，N≥1，在每个纺纱区内设有至少一组接收装置及静电纺丝装置，每组静电纺丝装置用于产生纳米纤维，与静电纺丝装置同组的接收装置用于接收纳米纤维并将纳米纤维包覆于芯纱表面，芯纱经过至少N组接收装置后成为纳米纤维包芯纱并由卷绕装置收集，其中：

接收装置包括金属喇叭接收器及S形金属支架，芯纱由金属喇叭接收器的轴心进入与当前接收装置相对应的纺丝区，与当前接收装置相对应的静电纺丝装置产生的纳米纤维在高压电场的作用下被牵伸并桥接在S形金属支架和芯纱间，由金属喇叭接收器带动S形金属支架旋转，从而将纳米纤维包覆于芯纱表面。

优选地，在最后一组所述接收装置与所述卷绕装置之间设有假捻装置，通过假捻装置使得最后一组所述接收装置输出的所述纳米纤维包芯纱绕自身轴心进行旋转，利用机械作用对纳米纤维与芯纱的结合进行加固。

优选地，相邻两组所述接收装置的间距为20-30cm。

优选地，所述S形金属支架的旋转速度为100-5000r/min。

优选地，所述金属喇叭接收器为锥形且轴心中空，金属喇叭接收器的内径为5-10mm、外径为50-400mm、喇叭斜角为5°-85°。

优选地，所述S形金属支架的横截面为直径为1mm的圆形，长度为3-6cm。

优选地，所述S形金属支架和所述金属喇叭接收器的连接端与水平线夹角为45°，所述S形金属支架中段与芯纱夹角为30°-60°。