[发明专利]连续取向纳米纤维纱线静电纺丝装置及其使用方法

说明书

本发明涉及一种连续取向纳米纤维纱线静电纺丝装置及其使用方法，静电纺丝装置的纺丝喷头包括内锥角式喷头和电场屏蔽盘，内锥角式喷头顶部形成锥槽，锥槽外廓自下而上向内倾斜，内锥角式喷头沿轴心设有通孔，电场屏蔽盘底部设有带内部空腔的安装柱，安装柱沿周向开有供液孔，电场屏蔽盘通过安装柱装套于通孔中设置在内锥角式喷头顶部的锥槽中，安装柱与通孔侧壁形成间隙，纤维收集机构包括设置于纺丝喷头正上方且可驱动旋转的纤维收集加捻装置，纤维收集加捻装置包括上部的空心柱和下部纤维收集爪，纤维收集爪底部向内收拢形成纺纱三角锥的形成口。本发明实现对纳米纤维纱线连续取向和加捻的精确控制，提高纳米纤维纱线产量实现批量化生产。

技术领域

本发明属于静电纺丝的技术领域，特别是涉及一种连续取向纳米纤维纱线静电纺丝装置及其使用方法。

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。静电纺丝是当前一种最通用最简便的纺制纳米纤维的技术，其产品可以应用到组织工程、伤口敷料、药物释放、过滤材料、复合增强材料、能源、智能穿戴等。由于静电纺丝法的原理是聚合物液滴在高压电场的作用下经过复杂的三维鞭动过程最后沉积固化在接收装置上，一般得到的是无规则排列的纤维。然而以无纺布以及松散的纤维束形式收集的杂乱排列的纳米纤维材料由于其力学性能较低、缺乏可编织性等原因，极大地限制其进一步应用，尤其是在需要实现各项异性复杂结构的组织工程、能源及智能穿戴等领域。取向纳米纤维纱线由于其优异的各向异性结构得到更为广泛的应用，然而到目前为止，还没有能够连续批量制备高度取向的纳米纤维纱线，同时，连续的单根微纳米纤维和取向的微纳米纤维束强度低无法与传统纺织纤维材料有同等的广泛应用(机织物、针织物等)是制约其发展的根本因素。所以，高效制备结构可控的纳米纤维纱线才是静电纺丝达到广泛应用的最终发展方向。

目前已有一些学者研究了将纳米纤维以纤维束的形式进行收集或将纳米纤维直接加工成纱线的方法，并取得了一些突破性的成果：

Teo[Teo WE，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，由于难以控制液体的涡流，因此难以控制加捻点、加捻区域及加捻系数，所得的纱线的模量变异系数较大，加捻参数不易控制，且只适用于非水溶性聚合物的静电纺纱。

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，采用了这种双针头共轭布置法。这种成纱方式能够连续制备取向纳米纤维纱线，但产量较低。

中国专利CN 105220246 A将静电纺丝技术与传统摩擦纺纱技术相结合，设计了一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置及制备方法，能够增加纱线的产量，但是该方法装置复杂，且利用摩擦加捻纱线的方法有损于纱线的质量，难以控制纱线的加捻参数。

从上述研究可见，尽管制备连续纳米纤维纱线的方法比较多，但这些方法仍存在一些缺陷：纱线产量低无法实现批量化生产，装置复杂，纱线质量及加捻参数难以控制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连续取向纳米纤维纱线静电纺丝装置及其使用方法，实现对纳米纤维纱线连续取向和加捻的精确控制，提高纳米纤维纱线产量实现批量化生产。