[发明专利]一种用于提高纳米纤维纱线强力的连续加捻装置

说明书

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，特别是涉及一种用于提高纳米纤维纱线强力的连续加捻装置。

背景技术

纳米纤维是目前纳米材料科学领域的研究热点。纳米纤维具有优异的特性，如小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和量子隧道效应，所以其制品在生物应用、过滤、组织工程支架、增强复合材料、防护材料等领域有广泛应用。

1934年，美国Folmas首先公开了采用静电纺丝技术制备纳米纤维的专利。在此以后，利用静电纺丝技术生产纳米纤维成为主要方法，静电纺丝装置及纳米纤维制备方法也成了众多研究工作者研究的重要课题。

静电纺丝是使聚合物溶液或熔体在电场力下拉伸成纳米尺度的纤维。微量注射泵连接纺丝针头，控制聚合物溶液或熔体的流量，纺丝针头连接高压静电发生器的正极，使聚合物溶液或熔体带上几千伏甚至上万伏的高压静电，在距离纺丝针头一定距离处为收集装置，收集装置接地，所以在纺丝针头与收集装置之间就形成高压电场。聚合物溶液或熔体由于溶液表面电荷作用所产生的电场力克服其表面张力、粘滞阻力等作用被拉伸细化，溶剂挥发最终形成纳米纤维沉积在收集装置上。

静电纺丝技术成为制备纳米纤维的一种行之有效的方法，但目前所得到的纳米纤维主要是杂乱无章的纤维毡，由于其取向度差、强度低，其应用受到很大限制，制备取向度高的纳米纤维束或将纳米纤维束加捻成纱成为纳米纤维科学的研究热点。在传统的纺织领域，由纤维集合成纱线，再有纱线制成纺织品，可以极大地扩展其应用。同样，得到纳米纤维纱线就可以制备纳米纺织品，进一步扩大其在功能性纺织品领域的应用。然而，就目前的研究而言，对于纳米纤维束及纳米纤维纱线的制备与研究鲜见报道。

DeitzelJM[DeitzelJM,Polymer,2001,42,8163-8170]在高压电场区域加了一系列金属偏置环,使得电场分布更均匀，从而达到控制纳米纤维在收集装置上的沉积状态，可以得到定向排列的纳米纤维束，但没有对纳米纤维束加捻，强力较低。TeoWE[TeoWE,Nanotechnology,2005,16,1878-1884]利用间隔一定距离的钢片来收集取向的纳米纤维丝束，同样是没有对纳米纤维束加捻，强力较低。SmitE[SmitE,Polymer,2005,46,2419-2423]设计水浴法成纱收集装置是利用静电纺将纳米纤维喷到储水器的表面形成纳米纤网，然后在由纳米纤网抽拔出纳米纤维束。这种方法的的缺点是纳米纤维产量小，牵伸出纳米纤维束取向度差，而且只能适合于不溶于水的聚合物溶液纺丝。中国专利ZL201320084010.9公开了一种新型双电极对称的纳米静电纺丝装置，与其他装置不同之处在于在金属圆盘轴向有可移动空心金属杆，纳米纤维从金属针头喷射出来在金属盘和空心金属杆锥形尖头更容易形成取向纳米纤维束，可形成连续性纳米纤维纱线，但是所得到纳米纤维纱线捻度和强力都比较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于提高纳米纤维纱线强力的连续加捻装置，可以有效进行纳米纤维纱线的加捻和卷绕，提升纳米纤维纱线的力学性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于提高纳米纤维纱线强力的连续加捻装置，包括纳米纤维产生装置、纳米纤维束加热处理装置和纳米纤维纱线加捻卷绕装置，所述纳米纤维产生装置用于产生纳米纤维束；所述纳米纤维束加热处理装置用于对产生的纳米纤维束进行加热处理；所述纳米纤维纱线加捻卷绕装置包括加捻盘和卷绕辊；所述卷绕辊通过钢筋固定于加捻盘上，且卷绕辊的轴线与加捻盘的轴线相互垂直；所述卷绕辊通过第一电机能够绕自身的轴线旋转，所述加捻盘通过第二电机能够绕自身的轴线旋转，经过纳米纤维束加热处理装置的纳米纤维束能够卷绕到所述卷绕辊上。

所述纳米纤维产生装置包括相对设置的第一纺丝针头和第二纺丝针头；所述第一纺丝头和第二纺丝头的轴线一侧设有用于接收纳米纤维的空心金属圆柱体；所述第一纺丝针头与高压电源正极相连；所述第二纺丝针头与高压电源负极相连；所述空心金属圆柱体接地。

所述第一纺丝针头和第二纺丝针头之间的距离为10-20cm。

所述第一纺丝针头和第二纺丝针头分别由各自的微量注射泵控制纺丝溶液流量。

所述空心金属圆柱体到所述第一纺丝针头和第二纺丝针头的轴线的距离为3-5cm。

所述纳米纤维束加热处理装置的加热温度范围为90-150℃。

所述第一电机的收卷速度为1-5m/min；所述第二电机的转速为100-1000r/min。

有益效果