[发明专利]一种连续纳米纤维纱的生产方法及装置

权利要求书

1.一种连续纳米纤维纱的生产方法，该生产方法包括如下步骤：

(1)制备聚合物溶液：配制适当的质量百分比浓度的聚合物溶液，将聚合物及其溶剂在适当的条件下搅拌混合均匀，静置1-2小时后得到制备好的聚合物溶液装瓶备用；所述的聚合物指聚乙烯醇、聚丙烯腈或聚酰胺成纤高聚物材料，或角蛋白，或者是两种混合聚合物；所述的溶剂包括蒸馏水、乙醇、甲酸、二甲基甲酰胺或氯仿；所述适当的质量百分比浓度是指配制可以静电纺丝得到纳米纤维的溶液的质量百分比浓度；所述适当的条件指使聚合物和其溶剂混合均匀的温度、湿度和搅拌时间条件；

(2)纳米射流喷射成纤：注射泵推动注射器中的溶液在喷丝头处形成液滴，在适当的电压作用下纳米射流喷射出，在常温常压下拉伸细化成纳米纤维飞向转盘；所述适当的电压是指使液滴受到的静电力大于表面张力而喷射形成纳米射流的电压；所述转盘是指可以高速旋转的带碳刷的金属和绝缘材料相间扇形排列的喇叭口、空心或实心圆柱体；

(3)连续纳米纤维纱成型：转盘的旋转平面的上半部分和下半部分带相反的电极性，或者转盘的旋转平面的左半部分和右半部分带相反的电极性，带正负电荷的纳米纤维运动到转盘平面，如带正电荷的纳米纤维始终被吸引到旋转平面带负电极性的部分，相反，带负电荷的纳米纤维始终被吸引到旋转平面带正电极性的部分，牵引出两根纳米纤维束，当转盘以适当的速度旋转，两根纳米纤维束捻合成一根纳米纤维纱，调整转盘与卷绕装置之间的垂直距离，以及卷绕装置的转动速度，牵引所得的纳米纤维纱直接卷绕到卷绕装置上或经过一个液槽然后卷绕到卷绕装置上，并依靠纤维自身间的粘接作用和空气的冷却作用，使收集的纤维固化成所述的连续纳米纤维纱；所述的适当的转速是能够得到连续的纳米纤维纱的速度。

2.根据权利要求1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，两种极性的喷丝头为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是单个或者是多个；带有相同极性的喷丝头排列方式为直线或弧线。

3.根据权利要求1所述的连续纳米纤维纱的生产方法，其特征在于可以使用液槽，所述的液槽里装有助于纳米纤维有序排列的溶液，溶液的温度范围为4～100℃。

4.一种连续纳米纤维纱的生产装置，该生产装置适用于权利要求1～3中任一项所述的连续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，正负高压直流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。

5.根据权利要求4所述的连续纳米纤维纱的生产装置，其特征在于所述的喷丝头之间的夹角和距离可调，可调范围分别为0～180°和10～500mm；所述喷丝头与转盘之间的距离可调，可调范围10～500mm；所述转盘和卷绕装置之间距离可调，调节范围40～800mm。

6.根据权利要求4所述的连续纳米纤维纱的生产装置，其特征在于所述的转盘为内部带碳刷的金属和绝缘材料相间扇形排列的喇叭口或者圆柱体，碳刷使得转盘旋转平面的上半部分和下半部分始终带相反的电极性，或者转盘的旋转平面的左半部分和右半部分带相反的电极性；所述的扇形大小相同，个数为2～8个。

7.根据权利要求4所述的连续纳米纤维纱的生产装置，其特征在于所述的液槽里安装了可以调节张力的压辊。