[发明专利]一种静电纺纳米纤维喷气加捻成纱装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝领域以及纺织机械领域，特别是涉及一种静电纺纳米纤维喷气加捻成纱装置及方法。

背景技术

静电纺丝是当前一种最流行的纺制纳米纤维的技术。其产品具有非常优异的性能，如极大的比表面积，可以灵活地进行表面功能化整理以及优异的力学行为等，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,传感器等。由于静电纺丝工艺简单，制备流程比传统常规纺丝短，制品功能优异，自Anton Formhals 1934年获得美国专利以来，静电纺丝一直是纤维科学家和纺织开发人员长期以来的奋斗目标。该类纳米纤维将成为我国新世纪的主导产品。市场潜力巨大，前景十分广阔。

静电纺丝是将聚合物溶液或熔体带上几千乃至上万伏高压静电，带电液滴在电场力作用下形成泰勒锥，当电场力足够大时，电场力可在泰勒锥锥尖克服溶液表面张力形成喷射细流。带电的聚合物射流在电场力、粘滞阻力、表面张力等作用下被拉伸细化，同时带电射流在电场中由于存在表面电荷而发生弯曲。细流在喷射过程中溶剂蒸发或固化，最终落在接收装置上，形成类似无纺布的纳米纤维毡。

但到目前为止，大多数静电纺纳米纤维是以无纺布的形式收集到的，因此限制了静电纺纳米纤维的应用范围。从传统的纤维和纺织工业我们知道，连续的单根纳米纤维和取向的纳米纤维束以及其加捻后所得的纱线才是纳米纤维的发展方向。然而到目前为止，还没有制取到连续的单根纳米长丝，且取向纳米纤维的取向度不高产量相对也很低，同时，连续的单根纳米纤维和取向的纳米纤维束强度低容易损坏，无法与传统纺织纤维材料（机织物、针织物等）有同等的广泛应用。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。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种静电纺纳米纤维喷气加捻成纱装置及方法，以解决连续单根纳米长丝和取向纳米纤维束所需强度和产量的难题，采用高效可控的静电纺纳米纤维纱线制备结构，可连续化生产纤维定向排列较好的纳米纤维纱线，提高纳米纤维的凝集、转移、取向以及集束性能，通过牵伸改善纳米纤维束的条干均匀度和取向度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种静电纺纳米纤维喷气加捻成纱装置，包括喷丝装置，高压静电发生装置，收集装置，导辊，加热牵伸装置，送入罗拉，双喷嘴加捻器，输出罗拉和卷绕装置，所述喷丝装置连接高压静电发生装置，所述喷丝装置和高压静电发生装置均位于收集装置的正上方，所述收集装置旁侧设有导辊，所述导辊位于喷丝装置与收集装置之间，所述导辊旁侧设有加热牵伸装置，所述加热牵伸装置旁侧设有送入罗拉，所述送入罗拉旁侧设有双喷嘴加捻器，所述双喷嘴加捻器旁侧设有输出罗拉，所述输出罗拉旁侧设有卷绕装置，所述导辊、加热牵伸装置、送入罗拉、双喷嘴加捻器、输出罗拉和卷绕装置依次均布置在同一平面上。

所述喷丝装置由一组带有钝头针头的注射器组成，所述注射器的数量至少为1个。

所述收集装置由水槽、溶剂、金属板和接地线组成，所述水槽内贮有溶剂，所述水槽底部安装有金属板，所述金属板和接地线相连。

所述加热牵伸装置由加热干燥箱和一组牵伸罗拉组成，所述一组牵伸罗拉位于加热干燥箱的内部，所述一组牵伸罗拉的数量至少为两对。

所述双喷嘴加捻器由第一喷嘴、第二喷嘴和壳体组成，所述壳体中间开有沟槽，所述沟槽分隔开第一喷嘴和第二喷嘴，所述第一喷嘴和第二喷嘴均位于壳体的内部，所述第一喷嘴位于壳体的输入端，所述第二喷嘴位于壳体的输出端，所述第二喷嘴的输入端正对第一喷嘴的输出端。

所述第一喷嘴由吸孔、纱道、喷射孔、气室、补气管和开纤管组成，所述吸孔位于第一喷嘴的输入端，所述开纤管位于第一喷嘴的输出端，所述吸孔与开纤管通过纱道连通，所述纱道外壁上呈圆周布置有喷射孔，所述喷射孔的数量为2-6个、与纱道相连的一端呈30-60度夹角连通，所述喷射孔的另一端与气室连通，所述气室连通补气管，所述补气管与空气压缩机相连，所述开纤管内壁上开有沟槽，所述沟槽数量为2-8个。

所述第二喷嘴由吸孔、纱道、喷射孔、气室和补气管组成，所述吸孔位于第二喷嘴的输入端，所述纱道呈渐扩圆锥型且位于第二喷嘴的输出端，所述吸孔连通纱道，所述纱道外壁上呈圆周布置有喷射孔，所述喷射孔的数量为4-8个、与纱道相连的一端呈70-90度夹角连通，所述喷射孔的另一端与气室连通，所述气室与补气管连通，所述补气管与空气压缩机相连。

一种使用上述静电纺纳米纤维喷气加捻成纱装置进行静电纺纱的方法，包括以下步骤：