[发明专利]纳米纤维的纺丝装置及纺丝方法

说明书

本发明涉及一种纳米纤维的纺丝装置及纺丝方法，纳米纤维的纺丝装置用于碳纳米管纤维的拉丝与并丝工艺，包括固定机构，固定机构上包括多个纱盘，纱盘用于放置生长有碳纳米管阵列的基底；拉丝机构，拉丝机构连接固定机构，拉丝机构用于从生长有碳纳米管阵列的基底中加工形成碳纳米管纤维；导丝机构，导丝机构包括多级导丝组件，多级导丝组件设置在固定机构上并相对纱盘由近至远依次设置，碳纳米管纤维依次通过导丝组件并逐级汇聚，直至多根碳纳米管纤维合并成一束。本申请所提供的纺丝装置，省去了先单根纤维卷绕再退绕‑并丝工序，将若干个阵列纺丝的单根纤维直接合并成一束之后，再卷绕在筒子上，减少了纤维损耗，并且节约了生产时间与成本。

技术领域

本发明涉及一种纳米纤维的纺丝装置，具体地讲，涉及一种对于碳纳米管的拉膜、拉丝、并丝为一体的纳米纤维的纺丝装置及纺丝方法。

背景技术

碳纳米管纤维是新一代的高性能纤维，由无数根碳纳米管沿轴向排列而形成，管与管之间靠范德华力相连接。碳纳米管纤维质量轻、强度高、耐高低温、耐腐蚀、使用寿命长、高温下不易变形、散热快、可随意弯折、塑造性强、占用空间小，在防弹材料、复合材料、发热织物等领域有广泛的应用。

目前单根的碳纳米管纤维较细，直径在10-100μm，而在实际生产加工以及产品设计中(如单向带生产、织造、与其他高性能纤维束的混织等)，通常需要若干根单根碳纳米管纤维合并而成的纤维束。碳纳米管纤维纺丝主要分为三种方法，湿法纺丝、直接纺丝与阵列纺丝。湿法纺丝是采用碳纳米管分散液作为纺丝液，后经凝固浴凝固成形，类似于传统的聚合物湿法纺丝；直接纺丝为直接把高温反应炉生产出的碳纳米管网格经过溶液致密等形成碳纳米管纤维；阵列纺丝为先在高温炉中的基底上长出碳纳米管阵列，再将基底拿出，从阵列中拉出薄膜再加工成丝，阵列法制备的纤维内碳纳米管具有较好的取向性，碳纳米管纯度较高，是三种方法中纤维力学性能最好的。

这三种方法，目前公布的技术均只能生产卷绕单根纤维，若要进行织造等工艺，需要再进行退绕-并丝工序，即将多卷单根纤维纱筒同时退绕合并成再卷绕成一束，而退绕时需要接触一些机器零部件，会对纤维有一些磨损，而且并丝工序也较费时。

发明内容

基于此，有必要针对阵列纺丝只能生产单根碳纳米管纤维，并丝工艺复杂且易损毁碳纳米管纤维问题，提供一种纳米纤维的纺丝装置。

一种纳米纤维的纺丝装置，用于碳纳米管纤维的拉丝与并丝工艺，包括固定机构，所述固定机构上包括多个纱盘，所述纱盘用于放置生长有碳纳米管阵列的基底；拉丝机构，所述拉丝机构连接所述固定机构，所述拉丝机构用于从所述生长有碳纳米管阵列的基底中加工形成所述碳纳米管纤维；导丝机构，所述导丝机构包括多级导丝组件，所述多级导丝组件设置在所述固定机构上并相对所述纱盘由近至远依次设置，所述碳纳米管纤维依次通过所述导丝组件并逐级汇聚，直至多根所述碳纳米管纤维合并成一束。

进一步地，所述导丝组件上包括导丝板，所述导丝板上设置多个导丝孔，所述碳纳米管纤维可穿过所述导丝孔并经所述纱盘近处的所述导丝孔逐个呈射线状汇聚到所述纱盘远处的所述导丝孔中。

进一步地，所述导丝机构还包括多级导轮，第一级导轮设置在第一级导丝组件上方，第二级导轮设置在第二级导丝组件靠近所述第一级导丝组件的一侧，依次类推，最后一级导轮设置在最后一级导丝组件远离所述第一级导丝组件的一侧。

进一步地，所述第二级导轮的高度高于所述第一级导轮的高度。

进一步地，所述拉丝机构包括压辊，所述压辊连接所述纱盘，所述压辊转动并压扁所述碳纳米管纤维。

进一步地，所述拉丝机构还包括拉丝模具，所述拉丝模具设置在所述纱盘和所述压辊之间，从所述生长有碳纳米管阵列的基底中拉出碳纳米管薄膜后通过所述拉丝模具后形成所述碳纳米管纤维。

进一步地，所述固定机构包括纱架，所述纱架上包括多层叠加设置的支撑板，所述支撑板上设置多个所述纱盘。