[发明专利]一种静电纺丝纳米纤维膜连续卷捻成纱装置与应用

说明书

本发明公开了一种静电纺丝纳米纤维膜连续卷捻成纱装置与应用，属于静电纺丝领域。所述装置主要包括依次连接的纳米纤维膜制备装置、膜剥离装置、二次卷捻成纱装置、纳米纤维纱线卷绕装置。周期运转的导布辊将沉积在基材表面的纳米纤维膜输送至膜剥离装置；在斩刀的作用下膜与基材剥离并输送到二次卷捻成纱装置；卷捻装置转一圈经两次加捻使得扁平的膜逐渐收紧形成圆柱形纱线。本发明制备纳米纤维纱线取向度高、均匀稳定，细度、捻度可控，无毛羽、强力好，满足纱线加工要求，适合连续化生产。在静电纺丝液中加入功能性粒子或使用功能性聚合物材料可制备功能型纳米纤维纱线。

技术领域

本发明属于静电纺丝领域，涉及一种静电纺丝纳米纤维膜连续卷捻成纱装置与应用。

背景技术

静电纺丝是一种通过施加高压电场将聚合物溶液制成纳米纤维的高效纺丝技术。聚合物液滴劈裂溅射的纳米纤维在收集基材上交叠、粘合，形成随机无定向排列的纳米纤维膜。纳米纤维膜不仅具有孔隙率高、纤维直径小、比表面积小等优点，还可以直接在聚合物溶液中加入功能性粒子，制备在多领域广泛应用的纳米纤维功能膜。

一般的纳米纤维膜力学性能差，限制了纳米纤维膜的使用。为了进一步提升纳米纤维膜的使用性能，将纳米纤维膜加捻形成纳米纤维纱线是有效提升纳米纤维力学性能的策略之一。目前纳米纤维纱线的制备方式主要分为机械高速旋转法、水浴成纱法、尖端诱导共轭集束法等。

中国专利CN 108085758 A公开了一种新型静电纺集束加捻纳米纤维纱线装置，该装置在静电纺丝的过程中利用螺旋气流的方式对纳米纤维进行空气加捻成纱，纳米纤维纱线条干均匀并具有较高捻度，但由于气流加捻，存在纱线捻度控制不稳定，气流容易破坏纳米纤维等问题。中国专利CN 109023560 A公开了一种基于静电纺丝技术一步法直接制备中空纳米纤维纱线的装置及方法，利用水流作用力使漏斗旋转对纳米纤维集合体进行加捻，从而制备纳米纤维纱线，这种方法具有一定的效率，但水作为主要作用力的方法，能源消耗较大，工艺复杂。

文献“PA6/MWNTs复合纳米纤维纱连续静电纺丝的研究”(刘洋，苏州大学博士毕业论文)中提出了一种连续制备纳米纤维纱的装置，该装置采用水浴和热拉伸的方法连续制备纳米纤维纱，但该装置效率低且难以应用于工业化生产。文献“共轭电纺法制备聚乳酸纳米纤维能源纱线及其应用”(张德伟，杨伟峰等，功能材料.2021,52(09):9055-9061)设计了一种采用多喷头的共轭静电纺丝集束装置，该装置通过纳米纤维之间的正负极电荷吸引实现纳米纤维的集束，加捻形成纳米纤维纱线，该装置简单，成纱连续，但由于多喷头使用，各个喷头电场之间容易互相干扰。文献“基于熔体微分的纳米纤维捻线制备方法及实验研究”(刘宇健，北京化工大学硕士毕业论文)开发了一种新的熔体微分离心静电纺丝方法，利用自行设计的离心微分与圆盘生产纳米纤维膜，通过空气压缩机二次加捻形成纳米纤维纱线，这种纳米纤维纱线的制备方式需要电压和温度的双重作用，增加了毛细管的数量，工艺复杂，纺丝效率提升有限。

以上静电纺丝成纱技术各有优缺点。为了解决现有技术中，静电纺丝纳米纤维纱线成纱效率低，工艺复杂等技术瓶颈，本发明针对纳米纤维纱线的制备和卷捻成纱过程，提出一种静电纺丝纳米纤维膜连续卷捻成纱装置与高取向度纳米纤维纱线制备方法。

发明内容

为了解决现有技术中，静电纺丝纳米纤维纱线成纱效率不高，工艺复杂等技术瓶颈，本发明提出一种静电纺丝纳米纤维膜连续卷捻成纱装置及应用。本发明的原理是通过无针/有针静电纺丝仪器将纳米纤维沉积在接收基布上形成纳米纤维膜，采用导布辊和斩刀剥取纳米纤维膜，并使用二次卷捻成纱装置的旋转作用对纳米纤维膜进行倍捻，连续输出成纱。制备的纳米纤维纱线取向度高、质量稳定、均匀度高，细度、捻度可控，无毛羽，力学性能较好。

一种静电纺丝纳米纤维膜连续卷捻成纱装置，包括依次连接的纳米纤维膜制备装置、膜剥离装置、二次卷捻成纱装置、纳米纤维纱线卷绕装置；

所述纳米纤维膜制备装置包括静电纺丝装置，所述静电纺丝装置制备的纳米纤维膜由接收基材接收并通过导布辊e进入膜剥离装置；