[发明专利]一种静电纺纳米纤维纱装置及纳米纤维纱的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于静电纺丝技术领域，涉及一种静电纺纳米纤维纱装置，本发明还涉及利用上述装置制备连续纳米纤维纱的方法。

背景技术

利用静电纺丝技术制备的纳米纤维具有比表面积大、孔隙率高等特性，使其在过滤材料、组织工程、复合材料等领域应用潜力巨大，但是无规则排列的纳米纤维膜的再加工性和机械性能较差，限制了其在某些领域的应用和发展。因此，将纳米纤维加工成纳米纤维纱的形式，对于扩大纳米纤维的应用范围具有十分重要的意义。

目前，静电纺纳米纤维的成纱方法主要有间隙集束机械加捻成纱、静电纺圆盘集束机械加捻成纱、相分离集束水流加捻成纱、静电纺气流集束机械加捻成纱、静电纺电场集束机械加捻成纱和静电纺共轭集束机械加捻成纱等。此外，还有纳米纤维包芯纱技术也有学者在研究，其研究方法大致可分为两大类：静电纺无规则纳米纤维包覆技术和静电纺取向纳米纤维包覆技术。但是上述方法普遍存在捻回传递不均、加捻捻度不易控制等问题，造成纳米纤维纱的机械性能达不到要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种静电纺纳米纤维纱装置，解决了现有纳米纤维纱制备中，由于捻回传递不均、加捻捻度不易控制等问题，造成纳米纤维纱的机械性能达不到要求的问题。

本发明的另一目的是提供利用上述静电纺纳米纤维纱装置制备连续纳米纤维纱的方法。

本发明所采用的技术方案是，一种静电纺纳米纤维纱装置，包括供液纺丝装置，退卷绕装置，接收装置，假捻装置和成纱装置；

供液纺丝装置包括注射器，注射器设置有金属针头，金属针头与直流高压发生器的正极连接，注射器通过微量注射泵驱动注射；

退卷绕装置包括退绕辊和卷绕辊，水溶线的两端分别缠绕于退绕辊和卷绕辊上，注射器位于水溶线正上方；

接收装置和成纱装置依次位于退绕辊和卷绕辊之间，接收装置位于水溶线下方；接收装置和成纱装置之间设置有假捻装置，假捻装置用于使水溶线旋转；成纱装置包括水槽，水溶线穿过水槽内部。

本发明的特点还在于，

接收装置由两根平行于水溶线的金属丝组成，两根金属丝形成平面平行于水平面，水溶线位于两根金属丝形成平面的中心线偏上方位置。

水槽内依次设置有四条平行导辊，第一导辊和第四导辊位于同一高度，第二导辊和第三导辊位于同一高度，第二导辊和第三导辊低于第一导辊和第四导辊所处位置，水溶线依次经第一导辊、第二导辊、第三导辊和第四导辊穿过水槽。

本发明所采用的另一技术方案是，一种制备连续纳米纤维纱的方法，所采用的一种静电纺纳米纤维纱装置，包括供液纺丝装置，退卷绕装置，接收装置，假捻装置和成纱装置；

供液纺丝装置包括注射器，注射器设置有金属针头，金属针头与直流高压发生器的正极连接，注射器通过微量注射泵驱动注射；

退卷绕装置包括退绕辊和卷绕辊，水溶线的两端分别缠绕于退绕辊和卷绕辊上，注射器位于水溶线正上方；

接收装置和成纱装置依次位于退绕辊和卷绕辊之间，接收装置位于水溶线下方；假捻装置位于接收装置和成纱装置之间，假捻装置用于使水溶线旋转；成纱装置包括水槽，水溶线穿过水槽内部；

接收装置由两根平行于水溶线的金属丝组成，两根金属丝形成平面平行于水平面，水溶线位于两根金属丝形成平面的中心线偏上方位置；

水槽内依次设置有四条平行导辊，第一导辊和第四导辊位于同一高度，第二导辊和第三导辊位于同一高度，第二导辊和第三导辊低于第一导辊和第四导辊所处位置，水溶线依次经第一导辊、第二导辊、第三导辊和第四导辊穿过水槽；

具体按以下步骤实施：

将纺丝液注入供液纺丝装置的注射器内，控制环境温度和相对湿度，调节金属丝与金属针头之间的距离，开启微量注射泵和直流高压发生器，调节纺丝液流速和外加电压，金属针头与金属丝之间形成电场，在电场力作用下金属针头尖端产生射流，待液滴和射流稳定后，静电纺射流以螺旋状运动轨迹沉积到金属丝与水溶线之间，形成规则排列的纳米纤维；开启假捻装置，使水溶线绕自身轴心旋转，纳米纤维紧密的卷绕在水溶线表面，同时开启退绕辊和卷绕辊，控制退绕速度与卷绕速度保持一致且恒定，使表面包覆有纳米纤维的水溶线匀速水平移动；包覆有纳米纤维的水溶线依次经第一导辊、第二导辊、第三导辊和第四导辊穿过盛有20℃以上清水的水槽，水溶线在水槽内溶解，得到连续的纳米纤维纱，纳米纤维纱由卷绕辊卷绕收集。

本发明的特点还在于，

金属丝与金属针头之间的距离为100mm～200mm。

流速为0.2mL/h～0.6mL/h。