取向集束装置、静电纺纱设备及纳米纤维纱线制备方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种取向集束装置、静电纺纱设备及纳米纤维纱线制备方法，取向集束装置包括负压纤维收集滚筒、电机、连通装置和抽气装置，负压纤维收集滚筒表面设有气孔，通过电机驱动旋转，通过抽气装置抽气形成负压，静电纺纱设备还包括喷丝头、高压静电发生器、滑轨、自动供液装置和加捻卷绕装置，由喷丝头喷射产生的纺丝溶液射流被负压纤维收集滚筒接收，纳米纤维在负压纤维收集滚筒的高速旋转及负压气流的双重作用下集聚并沿着气孔的排布方向取向，纳米纤维束从负压纤维收集滚筒上牵引到加捻卷绕装置上进行加捻和卷绕得到连续取向纳米纤维纱线。本发明专利技术能够有效减弱加捻三角区的影响，能够稳定控制纱线的基本参数，提高纳米纤维纱线的质量和产量。

Orientation cluster device, electrostatic spinning equipment and preparation method of nanofiber yarn

The invention relates to a bundling device, orientation of electrostatic spinning equipment and preparation method of nano fiber yarn, fiber bundle orientation device comprises a negative pressure collecting drum, motor, communication device and a suction device, negative pressure collecting fiber roller surface is provided with gas driven by rotating the motor through the air suction device and gas forming negative electrostatic spinning device including spinneret, high-voltage electrostatic generator, a liquid supply device and automatic slide, twisting and winding device, the spinneret jet spinning solution jet generated by negative pressure collecting roller fiber receiving, the dual role of rotary and air nano fiber collection drum in the negative pressure of the fiber orientation and agglomeration along the arrangement direction of porosity. Nano fiber bundle collecting drum from the negative pressure on the fiber traction to the twisting and winding device on the twisting and winding continuous nano fiber orientation Dimensional yarn. The invention can effectively weaken the influence of twisting triangle area, stabilize the basic parameters of the yarn and improve the quality and output of the nanofiber yarn.

【技术实现步骤摘要】
取向集束装置、静电纺纱设备及纳米纤维纱线制备方法
本专利技术属于静电纺丝的
，特别是涉及一种取向集束装置、静电纺纱设备及纳米纤维纱线制备方法。
技术介绍
静电纺丝是当前一种最通用的纺制纳米纤维的技术，其产品具有非常优异的性能，如有极大的比表面积，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Antonformhals1934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。但到目前为止，大多数静电纺纳米纤维是以无纺布的形式或松散的取向纤维束收集到的，由于其杂乱无章的结构、较低的力学性能、缺乏缝编性以及量产困难等，无法与传统纺织纤维材料有同等的广泛应用(机织物、针织物等)是制约其发展的根本因素。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。近些年由于纳米纤维纱线具有取向度好、抗拉强度大、易于编织等诸多优良特性，在许多应用领域生物医学、工程支架、导电材料、智能穿戴等方面甚至比传统纳米纤维无纺布(膜)有更好的应用前景和更重要的价值。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。目前已有一些学者研究了将纳米纤维以纤维束的形式进行收集或将纳米纤维直接加工成纱线的方法，并取得了一些突破性的成果。Teo[TeoWE,Polymer,2007,48,3400-3405]等利用液体凝固浴制备连续取向纳米纤维纱线，该方法是靠液体的涡流作用对纤维进行加捻，由于难以控制液体的涡流，因此难以控制加捻点、加捻区域及加捻系数，所得的纱线的模量变异系数较大，加捻参数不易控制，且只适用于非水溶性聚合物的静电纺纱。[AfifiAM,MacromolMaterEng,2010(295),660-665]等、Dalton[DaltonPD,Polymer,2005(46),611-614]等、Lee[LeeJH，Polymer,2016,84,52-58]等分别利用漏斗型靶、圆形、圆环形等收集装置制备连续取向纳米纤维纱线，这些方法同样无法稳定控制加捻点及加捻区域，加捻三角区大，受力不均匀，转速大会导致纤维受力增大而发生断裂，且纤维直径较粗或两端握持加捻制备的纱线长度太短，无法满足实际的需要；最近几年常用制备连续取向纳米纤维纱线的方法是双针头共轭布置法，中国专利201310058070.8公开了一种取向静电纺纳米纤维纱线连续制备装置及方法即采用了这种双针头共轭布置法。这种成纱方式能够连续制备取向纳米纤维纱线，但仍然存在纺纱加捻三角区导致纤维受力不均断头无法持续生产的问题，使得制备纳米纤维纱线的取向度不可控、捻度不可控、成纱连续性差。从上述研究可见，尽管制备静电纺纱线的方法比较多，但仍未发现真正有效的纳米纤维纱线规模化制备方法来迎合今后的工业化生产。主要表现在现有方法均无法做到纳米纤维的加捻三角区域稳定控制。加捻三角区的存在使得纤维不仅受到纵向拉伸力，同时还将受到一个水平牵伸力，当纵向拉伸力一定时，三角区的加捻角度越大，单根纤维所受到的力就越大越容易发生断裂；加捻三角区长度越大，单根纤维的非握持长度越长，纤维弱环问题越严重。因此，加捻三角区越大，越容易导致纤维断裂，使得纱线的基本参数(纱线捻度、成纱速度、细度、条干均匀度、强力等)调控困难，造成纱线断头，难以连续成纱，无法批量制备。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种取向集束装置、静电纺纱设备及纳米纤维纱线制备方法，有效减弱加捻三角区的影响，能够稳定控制纱线的基本参数，提高纳米纤维纱线的质量和产量。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种取向集束装置，包括负压纤维收集滚筒、电机、连通装置和抽气装置，所述负压纤维收集滚筒为中空结构、表面设有通过负压集聚纳米纤维形成连续取向纳米纤维束的气孔，所述负压纤维收集滚筒一端通过电机驱动旋转、另一端通过连通装置与抽气装置连接并通过抽气装置抽气使负压纤维收集滚筒内部形成负压。作为本专利技术一种优选的实施方式，所述负压纤维收集滚筒与电机连接的一端为密闭结构、另一端圆心处设有圆孔，所述连通装置为中通连接杆、一端通过负压纤维收集滚筒的端部圆孔与负压纤维收集滚筒转动式连接、另一端与抽气装置连接。作为对上述实施方式的进一步改进，所述连通装置一端通过轴承与负压纤维收集滚筒连接、另一端通过螺纹结构与抽气装置连接。作为本专利技术一种优选的实施方式，所述负压纤维收集滚筒沿圆周表面开有螺旋状连续的沟槽，所述沟槽的截面形状呈上宽下窄宽度逐渐减小的结构，所述气孔开设于沟槽的底部、沿着沟槽的方向间隔均匀地排列若干排。作为本专利技术另一种优选的实施方式，所述负压纤维收集滚筒表面沿周向开有若干间隔分布的沟槽，所述沟槽的截面形状呈上宽下窄宽度逐渐减小的结构，所述气孔开设于沟槽的底部、沿着沟槽的方向间隔均匀地排列若干排。作为对上述实施方式的进一步改进，所述负压纤维收集滚筒的沟槽的底部采用金属材料、其他部位及负压纤维收集滚筒两端的连接件均采用绝缘材料。作为对上述实施方式的进一步改进，所述负压纤维收集滚筒整体采用金属材料、除沟槽底部以外的其他部位及负压纤维收集滚筒两端的连接件均采用绝缘材料覆盖。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案还提供一种利用上述取向集束装置的静电纺纱设备，还包括若干喷丝头、高压静电发生器、滑轨、自动供液装置和若干加捻卷绕装置，所述滑轨设置于负压纤维收集滚筒的正下方，所述若干喷丝头可滑动地安装于滑轨上且喷丝方向设置为竖直向上，所述高压静电发生器的正极接线柱与喷丝头连接，所述喷丝头通过自动供液装置提供纺丝溶液，所述负压纤维收集滚筒上各根纳米纤维束通过对应设置的加捻卷绕装置进行加捻和卷绕收集。作为本专利技术另一种优选的实施方式，所述喷丝头采用无针式喷头。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案还提供一种利用上述静电纺纱设备的纳米纤维纱线制备方法，包括以下步骤：a)打开自动供液装置向喷丝头添加纺丝溶液，启动高压静电发生器，喷丝头内的纺丝溶液在静电力的作用下产生多股射流，所述喷丝头沿滑轨来回移动；b)打开电机驱动负压纤维收集滚筒高速转动，打开抽气装置使负压纤维收集滚筒表面的气孔形成负压，由喷丝头喷射产生的纺丝溶液射流被负压纤维收集滚筒接收，纳米纤维在负压纤维收集滚筒的高速旋转及负压气流的双重作用下集聚并沿着气孔的排布方向取向；c)将连续取向的纳米纤维束从负压纤维收集滚筒上牵引到相对应的加捻卷绕装置上进行加捻和卷绕收集，得到连续取向的纳米纤维纱线。有益效果本专利技术与现有技术相比：第一，集喷丝、纤维取向、纤维转移、凝聚、加捻、牵伸和卷绕为一体，可以连续制备取向纳米纤维纱线；第二，通过采用单个甚至多个无针式喷丝头，可同时产生多股射流，大大增加了静电纺丝的产量；第三，利用负压纤维收集滚筒的高速旋转以及表面气孔处的负压气流作用，使生成的纳米纤维高度取向；第四，可通过调节装置的各项参数达到控制纱线直径、强度和捻度的目的，且捻度可由加捻卷绕装置单独调控，有效减弱加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种取向集束装置，包括负压纤维收集滚筒(7)、电机(8)、连通装置(6)和抽气装置(5)，其特征在于：所述负压纤维收集滚筒(7)为中空结构、表面设有通过负压集聚纳米纤维形成连续取向纳米纤维束(9)的气孔(11)，所述负压纤维收集滚筒(7)一端通过电机(8)驱动旋转、另一端通过连通装置(6)与抽气装置(5)连接并通过抽气装置(5)抽气使负压纤维收集滚筒(7)内部形成负压。

【技术特征摘要】
1.一种取向集束装置，包括负压纤维收集滚筒(7)、电机(8)、连通装置(6)和抽气装置(5)，其特征在于：所述负压纤维收集滚筒(7)为中空结构、表面设有通过负压集聚纳米纤维形成连续取向纳米纤维束(9)的气孔(11)，所述负压纤维收集滚筒(7)一端通过电机(8)驱动旋转、另一端通过连通装置(6)与抽气装置(5)连接并通过抽气装置(5)抽气使负压纤维收集滚筒(7)内部形成负压。2.根据权利要求1所述的一种取向集束装置，其特征在于：所述负压纤维收集滚筒(7)与电机(8)连接的一端为密闭结构、另一端圆心处设有圆孔，所述连通装置(6)为中通连接杆、一端通过负压纤维收集滚筒(7)的端部圆孔与负压纤维收集滚筒(7)转动式连接、另一端与抽气装置(5)连接。3.根据权利要求2所述的一种取向集束装置，其特征在于：所述连通装置(6)一端通过轴承与负压纤维收集滚筒(7)连接、另一端通过螺纹结构与抽气装置(5)连接。4.根据权利要求1所述的一种取向集束装置，其特征在于：所述负压纤维收集滚筒(7)沿圆周表面开有螺旋状连续的沟槽(12)，所述沟槽(12)的截面形状呈上宽下窄宽度逐渐减小的结构，所述气孔(11)开设于沟槽(12)的底部、沿着沟槽(12)的方向间隔均匀地排列若干排。5.根据权利要求1所述的一种取向集束装置，其特征在于：所述负压纤维收集滚筒(7)表面沿周向开有若干间隔分布的沟槽(12)，所述沟槽(12)的截面形状呈上宽下窄宽度逐渐减小的结构，所述气孔(11)开设于沟槽(12)的底部、沿着沟槽(12)的方向间隔均匀地排列若干排。6.根据权利要求4或5所述的一种取向集束装置，其特征在于：所述负压纤维收集滚筒(7)的沟槽(12)的底部采用金属材料、其他部位及负压纤维收集滚筒(7)两端的连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃小红，徐慧琳，毛宁，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31