[发明专利]一种纳米纤维纱的制备方法及装置

说明书

本发明公开了一种纳米纤维纱的制备方法及装置，涉及纳米纤维纱技术领域。本发明提供的纳米纤维纱的制备方法及装置，通过水浴涡流逆向成纱来制备纳米纤维纱，可实现纳米纤维纱连续化制备；通过支架上第一调节螺钉和第二调节螺钉的调整可任意调整喷丝头的高度和角度，操作简便；喷丝头将纳米纤维喷射在上液槽的液体涡流中，可减少因溶剂挥发造成的空气污染；纳米纤维在液体涡流作用下旋转汇集，并同时经过引纱向上和涡流向下的牵伸，纤维进一步取向，均匀度更高；纳米纤维在液体涡流作用下旋转加捻，稳定可控，成纱的力学性能优异；纳米纤维纱经过烘干定型后，可进一步增强纱线力学性能，减少纱线间黏连。

技术领域

本发明涉及纳米纤维纱技术领域，特别涉及一种纳米纤维纱的制备方法及装置。

背景技术

纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高等优秀性能，因此在过滤材料、生物医用材料、复合增强材料、电子器件、防护材料、传感器等领域有着极大的应用价值。

目前，纳米纤维纱的制备方法主要包括机械加捻法、空气涡流加捻法、水浴法、裂膜切条法和包芯纱法等。

其中，机械加捻法主要依靠电机控制漏斗型靶、圆形、圆环形等收集装置旋转加捻制备连续取向纳米纤维纱线。比如，中国专利201320084010.9、201310058070.8 将纳米纤维搭接在金属圆形靶与导纱杆前部金属尖端之间形成取向纳米纤维束，再由金属圆形靶转动加捻成纱，中国专利201710050666.1、201310454345.X、201510599255.9、201510149182.3、201610308336.31则分别利用旋转的金属圆盘、圆环、圆筒对纳米纤维束进行加捻成纱；中国专利CN201410266989.0通过电刷控制转盘的极性形成两根纳米纤维束旋转捻合成纱。然而，现有机械加捻法在制备纳米纤维纱的过程中，纳米纤维极易粘连在金属加捻器上，从而造成纳米纤维的拉断损伤，且不利于对后续纳米纤维的有序吸附。

空气涡流加捻法主要通过纳米纤维在空气涡流的作用下旋转加捻成纱。比如，中国专利201210207250.3、201310058070.8、201320083418.4、201310359386.0、201510149182.3 、201510148744.2、 201710060436.3等利用螺旋气流带动纳米纤维作定向螺旋运动形成圆锥状纳米纤维束，经拉细形成取向纳米纤维纱线，中国专利201810487059.6采用旋转喷丝头和调整风速风向，使纳米纤维在气流约束和离心旋转作用下集束同时实现自加捻，形成纳米纤维纱。然而，现有空气涡流加捻法在制备纳米纤维纱的过程中，存在喷丝头气流难以控制，纤维排列紊乱、纱线均匀性差，捻度不高和强度低等问题，且所需的设备较为复杂。

水浴法分为静态水浴和动态水浴，主要利用水浴对纳米纤维进行集束、加捻成纱。比如，中国发明专利200810235929.7、201310426131.1、201610871895.5等将纳米纤维喷到静态水浴表面形成纳米纤网并抽拔出纳米纤维束，之后经加热卷绕成纱；Teo(Teo WE,Polymer,2007,48,3400-3405)利用动态水浴涡流作用对纤维进行加捻制备连续取向纳米纤维纱线。然而，现有静态水浴法制备纳米纤维纱时，纳米纤维束普遍存在取向度差的问题，动态水浴法则因水流冲击大，容易造成纱线接收、卷绕及退绕困难，收成率低，连续性差。

包芯纱法采用强力较高的纱线为芯纱，外包纳米纤维。比如，中国专利201610455645.3和201610130682.7采用的芯纱为水溶性的，通过水溶去除芯纱并加捻纳米纤维成纱，通过该方法可以实现纳米纤维的批量化连续制备，但操作复杂，原料选择有限；中国发明专利201711360247.4和201710056690.6采用芯纱为非水溶性，通过金属圆环旋转使纳米纤维包覆在芯纱表面，美国专利US6106913A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。上述提供的各个包芯纱法纺制的纳米纤维纱强力高且连续性强，但纱线普遍较粗，且均匀度差。