[发明专利]一种连续纳米纤维纱的生产方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及纺织领域，具体为一种通过电刷控制转盘的极性形成两股纳米纤维束旋转捻合制备连续纳米纤维纱的生产方法及装置。

背景技术

静电纺丝是当前制备纳米纤维的简单有效的技术。电纺纳米纤维具有优异的性能，可以应用到过滤材料，生物医用材料，复合增强材料，传感器等多个方面，前景十分广阔。由于带电射流弯曲拉伸的不稳定性限制，纳米纤维主要以无纺布的形式收集，而这种无序的结构在需要高取向结构的应用方面受到制约，因此，制备结构可控的纳米纤维纱可扩充纳米纤维的应用范围，具有广阔的潜在应用价值。

目前，世界各国的研究机构和生产企业普遍使用的连续纳米纤维纱的生产方法主要有机械加捻法、空气涡流加捻法、动态水浴法、带状纤维网聚集法和辅助电场法等。其中，有关机械加捻法的文献报道主要有：《Novel mechanism for spinning continuous twisted composite nanofiber yarns》(Mohamed Basel Bazbouz，European Polymer Journal[J]，2008，44：1-12.)，主要工艺原理是依靠电机控制接地的以一定间距垂直放置的铜片收集纳米纤维，一个铜片用来加捻，另一个用来卷绕纱线。有关空气涡流加捻法的文献报道主要有：《Electrospinning of Continuous Aligning Yarns with a‘Funnel’Target》(Amalina M.Afifi，Macromol.Mater[J].2010，295：660-665.)，空气涡流加捻法的主要工艺原理是利用空心半球旋转形成空气涡流带动纳米纤维束旋转加捻形成连续纳米纤维纱。有关动态水浴法的文献报道主要有：《A dynamic liquid support system for continuous electrospun yarn fabrication》(Wee-Eong Teo，Polymer，2007，48：3400-3405.)，动态水浴法的主要工艺原理是利用液体从浴槽底部开的小孔向下流动形成的漩涡对纤维进行拉伸、集束，最终卷绕得到连续的纤维纱线。有关带状纤维网聚集法的文献报道主要有：世界专利WO073442和WO 073442，带状纤维网聚集法的主要工艺原理是像传统的静电纺一样在传送带式的收集器上得到无规则排列的非织造布(切成带状)或带，然后使用加捻器给纤维束一定的捻度形成纱线，再经过拉伸罗拉集聚合并，最终卷绕到收集辊上。有关辅助电场法的文献报道主要有：《Manipulation ofthe electric field of electrospinning system to produce polyacrylonitrile nanofiber yarn》(F.Dabirian，Journal of the Textile Institute[J]，2007，98：237-241.)，辅助电场法的主要工艺原理是通过改变电场对射流进行控制来实现纤维的定向排列达到制备连续纳米纤维纱线的目的。

机械加捻法、空气涡流加捻法、动态水浴法、带状纤维网聚集法和辅助电场法等制备纳米纤维都存在一定局限性，普遍存在设备复杂，纱的连续性差、均匀性差和强度低等问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种纳米纤维纱的生产方法及装置，该生产方法及装置可以实现纳米纤维纱的连续化制备，所制备的纳米纤维纱捻度均匀，条干好，毛羽少，机械性能优良，且装置简单，操作方便，工业化推广容易。

本发明解决所述生产装置技术问题的技术方案是：设计一种纳米纤维纱的生产装置，该生产装置适用于本发明所述的纳米纤维纱的生产方法，主要包括纺丝系统、加捻系统和卷绕系统。其中，所述纺丝系统包括注射泵、注射器、喷丝头、高压电源，注射器一端连接注射泵，另一端连接喷丝头，正负高压电源分别加在两个喷丝头上；所述加捻系统包括控制器和转盘，控制器控制转盘的旋转速度和碳刷的极性；所述卷绕系统包括液槽、卷绕装置和控制器，控制器带动卷绕装置转动收集纳米纤维纱。

本发明所述的连续纳米纤维纱的生产方法，其特征在于所述的连续纳米纤维的生产方式为双极性喷头静电纺丝法，注射泵将注射器中的聚合物溶液分别传送到两个排列在两侧的喷丝头，两种极性的喷丝头可以对称排列或非对称排列，正负电压分别加载在喷丝头上，每种极性的喷丝头数量可以是单个也可以是多个。带有相同极性的喷丝头排列方式为直线或弧线。