專利名稱：一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紡織機(jī)械領(lǐng)域，涉及一種靜電紡納米纖維的成紗裝置和方法，具體涉及一種可連續(xù)化制備靜電紡納米纖維紗線的噴氣紡成紗裝置和方法。
背景技術(shù)：
靜電紡絲技術(shù)是制備納米纖維最有效的方法，靜電紡絲的原理是，在靜電場(chǎng)的作用下，位于噴絲頭的聚合物液滴變成泰勒錐，當(dāng)靜電場(chǎng)力超過液體表面張力的閾值，就會(huì)形成良好的帶電射流，并被加速、牽伸、細(xì)化，溶劑揮發(fā)后形成納米纖維，因金屬收集裝置的不同可得到不同形態(tài)的納米纖維氈。雖然電紡納米纖維氈可直接運(yùn)用于過濾材料、組織工程支架、藥物傳遞材料、仿生材料、復(fù)合增強(qiáng)材料等許多方面，但對(duì)于紡織工業(yè)來說，連續(xù)的纖納米纖維紗線才具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，因?yàn)橹挥谢诩喚€才能得到機(jī)織物、針織物、編織物和其它更多樣的納米纖維產(chǎn)品及應(yīng)用。目前已有一些靜電紡納米纖維成紗的報(bào)道，如中國(guó)專利200510038571. 5公開了一種納米纖維長(zhǎng)絲束的制備方法，利用相對(duì)放置的金屬針頭分別接正負(fù)極，從兩針頭噴出來的纖維在空中相互吸引、碰撞、形成復(fù)合納米纖維，經(jīng)拉伸纏繞到旋轉(zhuǎn)的滾筒上形成納米纖維絲束，該方法中長(zhǎng)絲束中纖維連續(xù)、排列良好但沒有加捻作用，不是嚴(yán)格意義的紗線。中國(guó)專利200810018267. 8公開了一種靜電紡納米纖維紗線系統(tǒng)及納米纖維紗線的制備方法，利用開槽的圓盤沉積電紡納米纖維，通過引線和導(dǎo)絲輥引出后加捻得到納米纖維紗線，該專利中纖維并不能完全集聚在槽內(nèi)，造成纖維浪費(fèi)，另外圓盤每旋轉(zhuǎn)一周需用切刀在納米纖維束拉出的位置切割一次，工藝較為復(fù)雜，且缺乏穩(wěn)定性、連續(xù)性。Zhang [Kai Zhang,Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, 2010, 48, 1118]等借助接地的金屬針尖作為輔助電極引導(dǎo)纖維集束，實(shí)現(xiàn)無捻PLLA、PAN、PMIA納米纖維集合體的連續(xù)收集，但該收集裝置中聚合物溶液的電導(dǎo)率對(duì)纖維集聚有重要影響，只適應(yīng)電導(dǎo)率在一定范圍內(nèi)聚合物的成紗。Smit [Eugene Smit, Polymer, 2005, 46, 2419]等最早提出水浴為接收裝置的靜電紡紗，通過水面收集納米纖維，借助浴槽中纖維與凝固浴的表面張力對(duì)纖維集合體拉伸形成纖維束。Teo [ffee-Eong Teo, Polymer, 2007, 48, 3400]等對(duì)水浴接收裝置進(jìn)行了改進(jìn)，利用動(dòng)態(tài)水作為凝固浴，并通過渦流作用實(shí)現(xiàn)了纖維的集束加捻，水浴收集納米纖維的效率較高，但只適用于非水溶性的聚合物成紗。上述方法均是利用傳統(tǒng)的單針頭作為噴絲頭，產(chǎn)量只有0. Ι-lg/h，不能穩(wěn)定連續(xù)的獲得納米纖維紗線，且紗線中存在纖維不能較好定向排列的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，可連續(xù)化制備纖維定向排列較好的納米纖維紗線，提供利用上述噴氣紡成紗裝置制備納米纖維紗線的方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，它包括集聚裝置，集聚裝置兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)噴絲裝置，兩個(gè)噴絲裝置與高壓靜電發(fā)生器相連，集聚裝置下方設(shè)有集束器，兩個(gè)噴絲裝置位于集聚裝置和集束器之間，沿軸線對(duì)稱相對(duì)配置，集束器下方設(shè)有噴嘴加捻器，噴嘴加捻器下方設(shè)有引紗羅拉，引紗羅拉下方設(shè)有卷繞機(jī)構(gòu)，所述集聚裝置、集束器、噴嘴加捻器和引紗羅拉由上至下沿同一軸線排列。所述的噴絲裝置是由一側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口的氣室和一側(cè)設(shè)有進(jìn)液口的溶液室通過中間連接體連接而成，中間連接體上設(shè)置有垂直向上的噴氣管，溶液室上設(shè)置有垂直向上的噴絲頭。所述的氣室和溶液室為圓柱形；所述的噴絲頭和噴氣管最少一個(gè)，它們呈同心圓排列，每個(gè)噴絲頭對(duì)應(yīng)一個(gè)同軸心的噴氣管對(duì)其通氣，噴氣管的高度低于噴絲頭的上端面，高于溶液室的上表面，噴絲頭的內(nèi)徑為l_40mm，間距為O. l-15cm。所述的集聚裝置為帶有旋轉(zhuǎn)軸的金屬圓盤或喇叭，由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制其繞軸旋轉(zhuǎn)，金屬圓盤或喇叭口的直徑為噴絲裝置中溶液室上表面直徑的1-2倍；所述的集束器進(jìn)口至 出口呈直徑逐步收窄的喇叭形，出口處的直徑為O. 8-8_。所述的噴嘴加捻器由進(jìn)氣管、氣室、噴射孔、紗道、中間管和出口管組成，所述的噴射孔與紗道的內(nèi)圓周相切，噴射孔的孔徑為O. 1-0. 55mm,與紗道的夾角為30-50°，噴射孔數(shù)為2-8個(gè)；所述的紗道在噴射孔入口上方的直徑為O. 8-2. 0_，長(zhǎng)度8-15_，在噴射孔入口下方的直徑為2. 0-3. 5mm,長(zhǎng)度8_15mm ;所述的中間管的直徑為3. 0-6. Omm,長(zhǎng)度8_15mm ；所述的出口管的直徑為5. 0-10. 0臟，長(zhǎng)度5-12mm。所述噴絲裝置與軸線的夾角為15-40° ;集束器的出口和噴嘴加捻器中紗道的入口相連；兩個(gè)噴絲裝置的中心噴絲頭上端面之間的距離為5-50cm，與集聚裝置的中心位置之間的距離為6-60cm ;噴嘴加捻器紗道的入口與集聚裝置之間的距離為15-lOOcm。所述的高壓靜電發(fā)生器的電壓為10-200kv，正極和負(fù)極分別與兩個(gè)噴絲裝置中金屬材質(zhì)的噴絲頭相連接。所述的噴絲裝置的噴絲頭為金屬材質(zhì)，其余均為絕緣材料，且噴絲頭的外側(cè)也套有絕緣材料。所述的噴氣紡成紗裝置制備納米纖維紗線的方法，它的步驟如下
a、利用蠕動(dòng)泵或者其它勻速供液裝置將聚合物紡絲溶液通過進(jìn)液口均速地輸入溶液室，紡絲溶液的液面低于噴絲頭的上端面，高于噴氣管的上端面；
b、利用橫流氣泵或其它勻速通氣裝置通過進(jìn)氣口連續(xù)輸出氣體到氣室，氣體經(jīng)噴氣管向上噴出，紡絲溶液在噴絲頭的上端面形成中空的溶液凸起；
C、打開集聚裝置的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，集聚裝置繞軸旋轉(zhuǎn)，控制轉(zhuǎn)速為10-2000轉(zhuǎn)/分鐘；
d、打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)到一定的電壓，高壓靜電發(fā)生器的正極和負(fù)極分別與兩個(gè)噴絲裝置中金屬材質(zhì)的噴絲頭相連接，而集聚裝置不接地。在高壓電場(chǎng)作用下，極化電荷聚集在噴絲頭上端面溶液凸起的頂端形成泰勒錐，在氣流壓力和靜電力的作用下中空的泰勒錐破裂，兩個(gè)噴絲裝置的噴絲頭噴出帶有相反電荷射流，通過靜電牽伸、吸引和中和作用，納米纖維網(wǎng)沉積在集聚裝置的邊緣；
e、將步驟(C)中的納米纖維網(wǎng)引出、取向和加捻，一個(gè)絕緣的塑料棒預(yù)先安放在集聚裝置的正中心，塑料棒緩慢向后沿水平方向抽出，形成中空的錐形納米纖維網(wǎng)，頂端粘附在塑料棒上，底端與集聚裝置的邊緣相連接，進(jìn)一步牽伸納米纖維網(wǎng)的錐頂，纖維取向、集聚成納米纖維束，或進(jìn)一步通過集聚裝置的旋轉(zhuǎn)預(yù)加捻成一定捻度的納米纖維條；f、將噴嘴加捻器的進(jìn)氣管與空氣壓縮機(jī)相連接，壓縮空氣由噴射孔射入紗道，在紗道中形成高速旋轉(zhuǎn)的氣流，并在紗道的入口形成負(fù)壓。將步驟(d)中的納米纖維束(或納米纖維條)引入集束器，由于負(fù)壓的存在納米纖維束被吸入紗道中，在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下加捻成紗并沿紗道、經(jīng)中間管、從出口管輸出；
g、步驟(e)中加捻的納米纖維紗線在引紗羅拉的作用下輸出，經(jīng)卷繞機(jī)構(gòu)卷繞成筒。所述集聚裝置的旋轉(zhuǎn)方向和噴嘴加捻器紗道中噴射氣流的旋轉(zhuǎn)方向相同，納米纖維紗線捻度的施加可依靠紗道中噴射氣流的高速旋轉(zhuǎn)單獨(dú)完成，也可由噴嘴加捻器紗道中噴射氣流的高速旋轉(zhuǎn)與集聚裝置的旋轉(zhuǎn)共同完成。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明的靜電紡納米纖維成紗裝置集噴絲、集聚、牽伸、力口捻和卷繞于一體，可以連續(xù)制備靜電紡納米纖維紗線。本發(fā)明的噴絲裝置溶液處于封閉的 體系中，這樣減少了溶液中溶劑的揮發(fā)，可以保持穩(wěn)定的溶液濃度，噴絲頭孔徑大，通過噴氣管的連續(xù)通氣，氣體的流動(dòng)可避免噴絲頭的堵塞現(xiàn)象出現(xiàn)，單個(gè)噴絲頭能噴射出多股射流，多個(gè)噴絲頭同時(shí)噴射，極大提高了靜電紡納米纖維的產(chǎn)量；集聚裝置處于兩個(gè)噴絲裝置噴出的正負(fù)射流的交匯點(diǎn)，可以很好地沉積和聚集電荷中和后的納米纖維，同時(shí)集聚裝置的旋轉(zhuǎn)也可以對(duì)納米纖維束起到加捻作用；利用噴嘴加捻器中高速旋轉(zhuǎn)的氣流加捻，不需要其他復(fù)雜的加捻機(jī)件，加捻器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高；可以通過控制溶液的進(jìn)液速度、通氣速度、集聚裝置轉(zhuǎn)速、加捻器中的氣壓和流量，對(duì)納米纖維紗線的細(xì)度、捻度和產(chǎn)量進(jìn)行控制。本發(fā)明的納米纖維成紗方法工藝簡(jiǎn)單、紗線產(chǎn)量高，適合多種聚合物紡絲溶液，可以實(shí)現(xiàn)納米纖維紗線的連續(xù)化、規(guī)模化制備。


圖I為靜電紡納米纖維噴氣紡成紗裝置，其中集聚裝置為金屬材質(zhì)的圓盤；
圖2為靜電紡納米纖維噴氣紡成紗裝置，其中集聚裝置為金屬材質(zhì)的喇叭；
圖3為靜電紡納米纖維噴氣紡成紗裝置中噴絲裝置的結(jié)構(gòu)示意 圖4為本發(fā)明的靜電紡納米纖維噴氣紡成紗裝置中噴嘴加捻器的結(jié)構(gòu)示意 圖5為靜電紡PAN納米纖維紗線的電子顯微鏡照片，放大倍數(shù)為500倍；
圖6為靜電紡PAN納米纖維紗線的電子顯微鏡照片，放大倍數(shù)為5000倍；
其中1、噴絲裝置；2、集聚裝置；3、集束器；4、噴嘴加捻器；5、引紗羅拉；6、卷繞機(jī)構(gòu)；
7、高壓靜電發(fā)生器；8、氣室；9、噴絲頭；10、噴氣管；11、進(jìn)氣口 ；12、進(jìn)液口 ；13、中間連接體；14、溶液室；15、噴射孔；16、紗道；17、中間管；18、出口管；19、氣室；20、進(jìn)氣管。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
由圖I、圖3和圖4所示，一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，包括噴絲裝置I、集聚裝置2、集束器3、噴嘴加捻器4、引紗羅拉5、卷繞機(jī)構(gòu)6和高壓靜電發(fā)生器7。噴絲裝置I是由一側(cè)有進(jìn)氣口 11的氣室8和一側(cè)有進(jìn)液口 12的溶液室14通過中間連接體13連接而成，氣室8和溶液室14為圓柱形。中間連接體13上設(shè)置有垂直向上的噴氣管10，溶液室14上設(shè)置有垂直向上的噴絲頭9。噴絲頭9和噴氣管10的數(shù)目為5個(gè),呈同心圓排列，中心I個(gè),邊上4個(gè),每個(gè)噴絲頭9對(duì)應(yīng)一個(gè)同軸心的噴氣管10對(duì)其通氣，噴氣管10的高度低于噴絲頭9的上端面，高于溶液室14的上表面。噴絲頭9的內(nèi)徑為
8.O mm,間距為5. O cm。噴絲裝置I除噴絲頭9為金屬材質(zhì)外,其余均為絕緣材料,且噴絲頭9的外側(cè)也套有絕緣材料。集聚裝置2為帶有旋轉(zhuǎn)軸的金屬圓盤，可由電機(jī)或其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制其繞軸旋轉(zhuǎn)，金屬圓盤的直徑為噴絲裝置I中溶液室14上表面直徑的2倍。集束器3進(jìn)口至出口呈直徑逐步收窄的喇叭形，出口處的直徑為1.8 _。噴嘴加捻器4由進(jìn)氣管20、氣室19、噴射孔15、紗道16、中間管17和出口管18組成。噴射孔15與紗道16的內(nèi)圓周相切，噴射孔15的孔徑為O. 38 mm,與紗道16的夾角為45°，噴射孔數(shù)為6個(gè)。紗道16在噴射孔15入口上方的直徑為I. 3 mm，長(zhǎng)度8. O mm，在噴射孔15入口下方的直徑為2. 3 mm,長(zhǎng)度10 mm。中間管17的直徑為4. 5 mm,長(zhǎng)度10 mm。出口管18的直徑為8. O mm,長(zhǎng)度8. O mm。集聚裝置2、集束器3、噴嘴加捻器4和引紗羅拉5由上至下沿同一軸線排列。兩 個(gè)噴絲裝置I位于集聚裝置2和集束器3之間，沿軸線對(duì)稱相對(duì)配置，噴絲裝置I的傾斜角(與軸線的夾角)為30°。集束器3的出口和噴嘴加捻器4中紗道16的入口相連。兩個(gè)噴絲裝置I的中心噴絲頭9上端面之間的距離為12 cm，與集聚裝置2 (金屬圓盤中心)之間的距離為10 cm，噴嘴加捻器4紗道16的入口與集聚裝置2 (金屬圓盤中心)之間的距離為25 cm。一種靜電紡納米纖維噴氣紡成紗裝置制備聚丙烯腈(PAN)納米纖維紗線的方法，包括以下步驟
a、將PAN(重均分子量5萬)溶解在N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，配成質(zhì)量濃度為13.5%的紡絲溶液。利用蠕動(dòng)泵將PAN溶液通過進(jìn)液口 12均速地輸入溶液室，PAN溶液的液面低于噴絲頭9的上端面，高于噴氣管10的上端面；
b、利用橫流氣泵通過進(jìn)氣口11連續(xù)輸出氣體到氣室8，氣體經(jīng)噴氣管IO向上噴出，PAN溶液在噴絲頭9的上端面形成中空的溶液凸起；
C、打開高壓靜電發(fā)生器7，調(diào)節(jié)到一定的電壓，高壓靜電發(fā)生器7的正極和負(fù)極分別與兩個(gè)噴絲裝置I中金屬材質(zhì)的噴絲頭9相連接，而集聚裝置2 (金屬圓盤)不接地。在高壓電場(chǎng)作用下極化電荷聚集在噴絲頭9上端面溶液凸起的頂端形成泰勒錐，在氣流壓力和靜電力的作用下中空的泰勒錐破裂，噴射出多股射流。兩個(gè)噴絲裝置I中噴絲頭9噴出的射流帶有相反電荷，由于靜電吸引作用，會(huì)發(fā)生中和并以納米纖維網(wǎng)的形式沉積在集聚裝置2(金屬圓盤)的邊緣；
d、為了將步驟(c)中的PAN納米纖維網(wǎng)引出、取向和加捻，一個(gè)絕緣的塑料棒預(yù)先安放在集聚裝置2 (金屬圓盤)的正中心，當(dāng)塑料棒緩慢向后沿水平方向抽出時(shí)，會(huì)形成中空的錐形納米纖維網(wǎng)，頂端粘附在塑料棒上，底端與集聚裝置2 (金屬圓盤)的邊緣相連接，進(jìn)一步牽伸納米纖維網(wǎng)的錐頂，纖維會(huì)取向、集聚成PAN納米纖維束；
e、將噴嘴加捻器4的進(jìn)氣管20與空氣壓縮機(jī)相連接，壓縮空氣由噴射孔15射入紗道16，在紗道16中形成高速旋轉(zhuǎn)的氣流，并在紗道16的入口形成負(fù)壓。將步驟(d)中的PAN納米纖維束引入集束器3，由于負(fù)壓的存在PAN納米纖維束被吸入紗道16中，在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下加捻成紗并沿紗道16、經(jīng)中間管17、從出口管18輸出；
f、步驟(e)中加捻的PAN納米纖維紗線在引紗羅拉5的作用下輸出，經(jīng)卷繞機(jī)構(gòu)6卷繞成筒。本實(shí)例中集聚裝置2的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)未打開，即集聚裝置2未繞軸旋轉(zhuǎn)，因此，PAN納米纖維紗線是單獨(dú)依靠紗道16中噴射氣流的高速旋轉(zhuǎn)來加捻的。所制得的靜電紡PAN納米纖維紗線的電子顯微鏡照片如圖5所示。實(shí)施例2
由圖2、圖3和圖4所示，一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，包括噴絲裝置I、集聚裝置2、集束器3、噴嘴加捻器4、引紗羅拉5、卷繞機(jī)構(gòu)6和高壓靜電發(fā)生器7。噴絲裝置I是由一側(cè)有進(jìn)氣口 11的氣室8和一側(cè)有進(jìn)液口 12的溶液室14通過中間連接體13連接而成，氣室8和溶液室14為圓柱形。中間連接體13上設(shè)置有垂直向上的噴氣管10，溶液室14上設(shè)置有垂直向上的噴絲頭9。噴絲頭9和噴氣管10的數(shù)目為9個(gè)， 呈同心圓排列，中心I個(gè),邊上8個(gè),每個(gè)噴絲頭9對(duì)應(yīng)一個(gè)同軸心的噴氣管10對(duì)其通氣，噴氣管10的高度低于噴絲頭9的上端面，高于溶液室14的上表面。噴絲頭9的內(nèi)徑為12111111，間距為4.0 cm。噴絲裝置I除噴絲頭9為金屬材質(zhì)外，其余均為絕緣材料，且噴絲頭9的外側(cè)也套有絕緣材料。集聚裝置2為帶有旋轉(zhuǎn)軸的金屬喇叭，可由電機(jī)或其它傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制其繞軸旋轉(zhuǎn)，金屬喇叭口的直徑為噴絲裝置I中溶液室14上表面直徑的I. 8倍。集束器3進(jìn)口至出口呈直徑逐步收窄的喇叭形，出口處的直徑為2. O _。噴嘴加捻器4由進(jìn)氣管20、氣室19、噴射孔15、紗道16、中間管17和出口管18組成。噴射孔15與紗道16的內(nèi)圓周相切，噴射孔15的孔徑為O. 40 mm,與紗道16的夾角為48°，噴射孔數(shù)為4個(gè)。紗道16在噴射孔15入口上方的直徑為1.6 _1，長(zhǎng)度10.0 mm，在噴射孔15入口下方的直徑為3. O mm,長(zhǎng)度10 mm。中間管17的直徑為5. 5 mm,長(zhǎng)度12 mm。出口管18的直徑為10. O mm,長(zhǎng)度7. O _。集聚裝置2、集束器3、噴嘴加捻器4和引紗羅拉5由上至下沿同一軸線排列。兩個(gè)噴絲裝置I位于集聚裝置2和集束器3之間，沿軸線對(duì)稱相對(duì)配置，噴絲裝置I的傾斜角(與軸線的夾角)為35°。集束器3的出口和噴嘴加捻器4中紗道16的入口相連。兩個(gè)噴絲裝置I的中心噴絲頭9上端面之間的距離為15 cm，與集聚裝置2 (喇叭口截面的中心)之間的距離為12 cm，噴嘴加捻器4紗道16的入口與集聚裝置2 (喇叭口截面的中心)之間的距離為32 cm。一種靜電紡納米纖維噴氣紡成紗裝置制備聚乳酸(PLA)納米纖維紗線的方法，包括以下步驟
a JfPLA (重均分子量8萬)溶解在二氯甲烷中，配成質(zhì)量濃度為8%的紡絲溶液。利用蠕動(dòng)泵(附圖未畫出)將PLA溶液通過進(jìn)液口 12均速地輸入溶液室，PLA溶液的液面低于噴絲頭9的上端面，高于噴氣管10的上端面；
b、利用橫流氣泵通過進(jìn)氣口 11連續(xù)輸出氣體到氣室8，氣體經(jīng)噴氣管10向上噴出，PLA溶液在噴絲頭9的上端面形成中空的溶液凸起；
C、打開集聚裝置2的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，令其繞軸旋轉(zhuǎn)，控制轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘；
d、打開高壓靜電發(fā)生器7，調(diào)節(jié)到一定的電壓，高壓靜電發(fā)生器7的正極和負(fù)極分別與兩個(gè)噴絲裝置I中金屬材質(zhì)的噴絲頭9相連接，而集聚裝置2 (金屬喇叭)不接地。在高壓電場(chǎng)作用下極化電荷聚集在噴絲頭9上端面溶液凸起的頂端形成泰勒錐，在氣流壓力和靜電力的作用下中空的泰勒錐破裂，噴射出多股射流。兩個(gè)噴絲裝置I中噴絲頭9噴出的射流帶有相反電荷，由于靜電吸引作用，會(huì)發(fā)生中和并以PLA納米纖維網(wǎng)的形式沉積在集聚裝置2 (金屬喇口Λ)的邊緣；
e、為了將步驟(c)中的PLA納米纖維網(wǎng)引出、取向和加捻，一個(gè)絕緣的塑料棒預(yù)先安放在集聚裝置2 (金屬喇機(jī))的正中心，當(dāng)塑料棒緩慢向后沿水平方向抽出時(shí)，會(huì)形成中空的錐形納米纖維網(wǎng)，頂端粘附在塑料棒上，底端與集聚裝置2 (金屬喇叭)的邊緣相連接，進(jìn)一步牽伸納米纖維網(wǎng)的錐頂，纖維會(huì)取向、集聚成納米纖維束，并通過集聚裝置2 (金屬喇叭)的旋轉(zhuǎn)預(yù)加捻成一定捻度的PLA納米纖維條；
f、將噴嘴加捻器4的進(jìn)氣管20與空氣壓縮機(jī)相連接，壓縮空氣由噴射孔15射入紗道16，在紗道16中形成高速旋轉(zhuǎn)的氣流，并在紗道16的入口形成負(fù)壓。將步驟(d)中的預(yù)加捻的PLA納米纖維條引入集束器3，由于負(fù)壓的存在PLA納米纖維條被吸入紗道16中，在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下加捻成紗并沿紗道16、經(jīng)中間管17、從出口管18輸出； g、步驟(e)中加捻的PLA納米纖維紗線在引紗羅拉5的作用下輸出，經(jīng)卷繞機(jī)構(gòu)6卷繞成筒。本實(shí)例中，集聚裝置2 (金屬喇叭)的旋轉(zhuǎn)就可對(duì)PLA納米纖維束起到預(yù)加捻作用，因此，PLA納米纖維紗線的加捻是靠噴嘴加捻器4紗道16中噴射氣流的高速旋轉(zhuǎn)與集聚裝置2的旋轉(zhuǎn)共同完成。
權(quán)利要求
1.一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于它包括集聚裝置(2)，集聚裝置(2)兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)噴絲裝置(1)，兩個(gè)噴絲裝置(I)與高壓靜電發(fā)生器(7)相連，集聚裝置(2 )下方設(shè)有集束器(3 )，兩個(gè)噴絲裝置(I)位于集聚裝置(2 )和集束器(3 )之間，沿軸線對(duì)稱相對(duì)配置，集束器(3)下方設(shè)有噴嘴加捻器(4)，噴嘴加捻器(4)下方設(shè)有引紗羅拉(5)，引紗羅拉(5)下方設(shè)有卷繞機(jī)構(gòu)(6)，所述集聚裝置(2)、集束器(3)、噴嘴加捻器(4)和引紗羅拉(5)由上至下沿同一軸線排列。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于所述的噴絲裝置(I)是由一側(cè)設(shè)有進(jìn)氣口( 11)的氣室(8)和一側(cè)設(shè)有進(jìn)液口( 12)的溶液室(14)通過中間連接體(13)連接而成，中間連接體(13)上設(shè)置有垂直向上的噴氣管(10)，溶液室(14)上設(shè)置有垂直向上的噴絲頭(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于所述的氣室(8)和溶液室(14)為圓柱形；所述的噴絲頭(9)和噴氣管(10)最少一個(gè)，它們呈同心圓排列，每個(gè)噴絲頭(9)對(duì)應(yīng)一個(gè)同軸心的噴氣管(10)對(duì)其通氣，噴氣管(10)的高度低于噴絲頭(9)的上端面，高于溶液室(14)的上表面，噴絲頭(9)的內(nèi)徑為l_40mm，間距為0.l_15cm0
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于所述的集聚裝置(2)為帶有旋轉(zhuǎn)軸的金屬圓盤或喇叭，由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)控制其繞軸旋轉(zhuǎn)，金屬圓盤或喇叭口的直徑為噴絲裝置(I)中溶液室(14)上表面直徑的1-2倍；所述的集束器(3)進(jìn)口至出口呈直徑逐步收窄的喇叭形，出口處的直徑為0. 8-8_。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于所述的噴嘴加捻器(4)由進(jìn)氣管(20)、氣室(19)、噴射孔(15)、紗道(16)、中間管(17)和出口管(18)組成，所述的噴射孔(15)與紗道(16)的內(nèi)圓周相切，噴射孔(15)的孔徑為0. 1-0. 55mm,與紗道(16)的夾角為30-50°，噴射孔數(shù)為2-8個(gè)；所述的紗道(16)在噴射孔(15)入口上方的直徑為0. 8-2. 0mm，長(zhǎng)度8_15mm，在噴射孔(15)入口下方的直徑為2. 0-3. 5mm，長(zhǎng)度8-15mm ;所述的中間管(17)的直徑為3. 0-6. 0mm，長(zhǎng)度8_15mm ;所述的出口管(18)的直徑為 5. 0-10. Omm,長(zhǎng)度 5_12mm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于所述噴絲裝置(I)與軸線的夾角為15-40° ;集束器(3)的出口和噴嘴加捻器(4)中紗道(16)的入口相連；兩個(gè)噴絲裝置(I)的中心噴絲頭(9 )上端面之間的距離為5-50cm，與集聚裝置(2 )的中心位置之間的距離為6-60cm ;噴嘴加捻器(4)紗道(16)的入口與集聚裝置(2)之間的距離為15-100cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于所述的高壓靜電發(fā)生器(7)的電壓為10-200kV，正極和負(fù)極分別與兩個(gè)噴絲裝置(I)中金屬材質(zhì)的嗔絲頭(9)相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求r7任一項(xiàng)所述的噴氣紡成紗裝置制備納米纖維紗線的方法，其特征在于，它的步驟如下 a、利用蠕動(dòng)泵或者其它勻速供液裝置將聚合物紡絲溶液通過進(jìn)液口(12)均速地輸入溶液室，紡絲溶液的液面低于噴絲頭(9)的上端面，高于噴氣管(10)的上端面； b、利用橫流氣泵或其它勻速通氣裝置通過進(jìn)氣口(11)連續(xù)輸出氣體到氣室(8)，氣體經(jīng)噴氣管(10)向上噴出，紡絲溶液在噴絲頭(9)的上端面形成中空的溶液凸起； C、打開集聚裝置(2)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，集聚裝置(2)繞軸旋轉(zhuǎn)，控制轉(zhuǎn)速為10-2000轉(zhuǎn)/分鐘； d、打開高壓靜電發(fā)生器(7)，調(diào)節(jié)到一定的電壓，高壓靜電發(fā)生器(7)的正極和負(fù)極分別與兩個(gè)噴絲裝置(I)中金屬材質(zhì)的噴絲頭(9)相連接，集聚裝置(2)不接地，在高壓電場(chǎng)作用下，極化電荷聚集在噴絲頭(9)上端面溶液凸起的頂端形成泰勒錐，在氣流壓力和靜電力的作用下中空的泰勒錐破裂，兩個(gè)噴絲裝置(I)的噴絲頭(9)噴出帶有相反電荷射流，通過靜電牽伸、吸引和中和作用，納米纖維網(wǎng)沉積在集聚裝置(2)的邊緣； e、將步驟(c)中的納米纖維網(wǎng)引出、取向和加捻，一個(gè)絕緣的塑料棒預(yù)先安放在集聚裝置(2)的正中心，塑料棒緩慢向后沿水平方向抽出，形成中空的錐形納米纖維網(wǎng)，頂端粘附在塑料棒上，底端與集聚裝置(2 )的邊緣相連接，進(jìn)一步牽伸納米纖維網(wǎng)的錐頂，纖維取向、集聚成納米纖維束，或進(jìn)一步通過集聚裝置(2)的旋轉(zhuǎn)預(yù)加捻成一定捻度的納米纖維條； f、將噴嘴加捻器(4)的進(jìn)氣管(20)與空氣壓縮機(jī)相連接，壓縮空氣由噴射孔(15)射入紗道(16)，在紗道(16)中形成高速旋轉(zhuǎn)的氣流，并在紗道(16)的入口形成負(fù)壓，將步驟(d)中的納米纖維束(或納米纖維條)引入集束器(3)，由于負(fù)壓的存在納米纖維束被吸入紗道(16)中，在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下加捻成紗并沿紗道(16)、經(jīng)中間管(17)、從出口管(18)輸出； g、步驟(e)中加捻的納米纖維紗線在引紗羅拉(5)的作用下輸出，經(jīng)卷繞機(jī)構(gòu)(6)卷繞成筒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，它包括集聚裝置，集聚裝置兩側(cè)設(shè)有兩個(gè)噴絲裝置，兩個(gè)噴絲裝置與高壓靜電發(fā)生器相連，集聚裝置下方設(shè)有集束器，兩個(gè)噴絲裝置位于集聚裝置和集束器之間，沿軸線對(duì)稱相對(duì)配置，集束器下方設(shè)有噴嘴加捻器，噴嘴加捻器下方設(shè)有引紗羅拉，引紗羅拉下方設(shè)有卷繞機(jī)構(gòu)，所述集聚裝置、集束器、噴嘴加捻器和引紗羅拉由上至下沿同一軸線排列。本發(fā)明的靜電紡納米纖維成紗裝置集噴絲、集聚、牽伸、加捻和卷繞于一體，可以連續(xù)制備靜電紡納米纖維紗線。本發(fā)明的納米纖維成紗方法工藝簡(jiǎn)單、紗線產(chǎn)量高，適合多種聚合物紡絲溶液，可以實(shí)現(xiàn)納米纖維紗線的連續(xù)化、規(guī)?；苽?。
文檔編號(hào)D01D4/00GK102703998SQ201210207250
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者何建新, 崔世忠, 李克兢, 蒲叢叢 申請(qǐng)人:中原工學(xué)院