[发明专利]一种连续制备纳米纤维包芯纱的装置及其方法

说明书

本发明涉及一种连续制备纳米纤维包芯纱的装置及其方法，包括机架以及安装在机架上的高压交变电场纺丝系统和包芯纱成纱系统，所述的高压交变电场纺丝系统安装在包芯纱成纱系统的下部，所述的高压交变电场纺丝系统用于形成纳米纤维束，喷至芯纱上；所述的包芯纱成纱系统用于芯纱的输入、加捻和输出，该高压交变电场纺丝系统和包芯纱成纱系统均接入控制箱。本发明的优点是：采用高压交变电场，经过喷丝头的设计，可产生纳米纤维束，使电纺丝的产量大大增加，并有利于纳米纤维的收集。包芯纱成纱采用芯纱气圈包缠技术收集纳米纤维束，有利于纳米纤维的高效、有序收集。

技术领域

本发明涉及一种连续制备纳米纤维包芯纱的装置及其方法，涉及静电纺丝技术和纺纱技术领域。

背景技术

静电纺丝制备的纳米纤维性能优异，在空气过滤、防护、能源、电子器件、生物工程等领域都有广泛的应用前景。然而，目前有两大技术问题阻碍了静电纺纳米纤维的工业化应用：一是传统的静电纺丝技术制备的纳米纤维产量低，难于满足工业化对纳米纤维材料的巨大需求；二是没有批量化加工纳米纤维的设备和技术使其构建成稳定的3D结构。因此，本发明采用高压交变电场无针头纺丝技术，高速连续地制备有一定力学性能的纳米纤维包芯纱，再借助纺织加工技术，将有利于实现纳米纤维材料的工业化应用。

目前，国内外将纳米纤维以纤维束的形式进行连续收集的研究主要集中在六个方面：一是利用共轭静电纺丝技术，将呈相对配制的且带有相反电位的喷丝头来制备超细纤维束；二是利用接地的针尖来诱导纳米纤维之间发生自捆绑现象进而形成纤维束；三是利用液体凝固浴法，将静电纺纳米纤维沉积在蓄水池中，然后将纳米纤维束收集在旋转的滚筒上成纱；四是采用呈相对配置且带相反电压的喷丝头以及未接地的收集器来收集纳米纤维纱线；五是采用绝缘棒将纳米纤维束牵引到滚筒上，利用漏斗型收集装置旋转对纳米纤维束加捻，以纱线的形式卷绕到滚筒上。六是纤维包缠纱，芯层采用普通的长丝纱，皮层包覆纳米纤维成纱。

综上所述，尽管静电纺丝成纱的方法很多，但目前仍以有针头静电纺丝为主，纳米纤维纱的产量低；所制备的纱线也因为纳米纤维的杂乱无序而使得力学性能无法满足加工和应用。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种连续制备纳米纤维包芯纱的装置及其方法，本发明的技术方案是：

一种连续制备纳米纤维包芯纱的装置及其方法，包括机架以及安装在机架上的高压交变电场纺丝系统和包芯纱成纱系统，所述的高压交变电场纺丝系统安装在包芯纱成纱系统的下部，所述的高压交变电场纺丝系统用于形成纳米纤维束，喷至芯纱上；所述的包芯纱成纱系统用于芯纱的输入、加捻和输出，该高压交变电场纺丝系统和包芯纱成纱系统均接入控制箱。

所述的高压交变电场纺丝系统包括高压交流电源、喷丝头、恒流蠕动泵和纺丝溶液贮存箱，该恒流蠕动泵的进液口通过进液管与所述的纺丝溶液贮存箱连通，出液口通过出液管与所述的喷丝头连通，该喷丝头沿竖直方向设置，所述喷丝头的喷口方向朝向芯纱经过的区域。

所述的喷丝头包括金属导管和绝缘接头，所述金属导管的下端与所述的出液管连通，该金属导管的上端安装有所述的绝缘接头，在所述的绝缘接头内包埋有数根导电丝，每一所述的导电丝在绝缘接头内倾斜设置，每一所述导电丝的上端位于绝缘接头的上表面，下端与所述的金属导管相连，所述的高压交流电源与金属导管通过导线相连。

所述的包芯纱成纱系统包括沿芯纱输入方向依次设置的芯纱喂入机构、加捻机构和卷绕机构，所述的芯纱喂入机构位于机架的一侧，卷绕机构位于机架的另一侧，所述的加捻机构位于芯纱喂入机构与卷绕机构之间。

所述的芯纱喂入机构包括支撑架和张紧架，该支撑架与所述的张紧架相邻设置。