[发明专利]一种自磁场制备取向静电纺纳米纤维纱线的方法和装置

说明书

本发明涉及一种自磁场制备取向静电纺纳米纤维纱线的方法和装置，方法包括：稳定连续产出地纳米纤维；螺旋气流带动纳米纤维定向运动；形成螺旋运动的圆锥状纳米纤维束；集束拉细得到取向静电纺纳米纤维纱线。装置包括纺丝喷头、供液装置、绝缘罩、金属圆环和卷绕装置，纺丝喷头通过导管与供液装置连通，绝缘罩为两端开口的圆锥形状，金属圆环通过金属杆固定于绝缘罩内腔的下半部，纺丝喷头设置于绝缘罩以下、金属圆环的正下方，绝缘罩的内侧壁、金属圆环的上方沿周向均匀布设若干空气喷嘴，卷绕装置设置于绝缘罩的上方。本发明能够连续稳定地进行纳米纤维纱线的生产，使纳米纤维在纱线中的排列高度取向有序，并最终获得取向静电纺纳米纤维纱线。

技术领域

本发明属于静电纺纳米纤维纱线的技术领域，特别是涉及一种自磁场制备取向静电纺纳米纤维纱线的方法和装置。

背景技术

静电纺丝是当前一种最流行的制备纳米纤维的技术，其产品具有非常优异的性能，如极大的比表面积，可以灵活地进行表面功能化整理以及优异的力学性能等，可以应用到组织工程，伤口辅料，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，产品功能优异，自Anton Formhals1934年获得美国专利以来，静电纺丝一直被纤维科学家和纺织开发人员所关注。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收集到的，因此限制了静电纺纳米纤维的应用范围。从传统的纤维和纺织工业来看，连续的单根纳米纤维长丝和取向的纳米纤维束以及其加捻所得的纱线才是纳米纤维的发展方向。然而到目前为止，还没有制取到连续的单根纳米纤维长丝，且取向纳米纤维的取向度不高，产量也相对较低。同时，连续的单根纳米纤维长丝和取向纳米纤维束强度低，无法用于传统的织造技术。所以，高效制备结构可控的纳米纤维纱线是将静电纺丝的一大发展方向。

中国发明专利申请《一种取向静电纺纳米纤维纱线连续制备装置及方法》(申请号201310058070.8，公开号CN103088478A)，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。

该装置如图1所示，其核心部件包括：正极纺丝头、负极纺丝头、旋转金属圆靶、锥形纳米纤维束。纺纱过程如下：纳米纤维从正极纺丝头和负极纺丝头喷出，旋转金属圆靶带动气流中纳米纤维旋转运动，形成纳米纤维束，该纳米纤维束呈圆锥状螺旋运动，最后导出成纱。

中国发明专利申请《旋转收集器制备静电纺纳米纤维纱线装置及其制备方法》(申请号201510148744.2，公开号CN104711719)，公开了一种制备静电纺纳米纤维装置及其制备方法。

该装置如图2所示，其核心部件包括:高压电源、正极纺丝头、负极纺丝头、旋转空心圆环、锥形纳米纤维束。纺丝过程如下：纳米纤维从正极纺丝头和负极纺丝头喷出，其中纺丝头属于无针式纺丝喷头，纳米纤维在空心圆环内部沉积，随着空心圆环的旋转，形成锥形纳米纤维集束，最后导出成纱。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自磁场制备取向静电纺纳米纤维纱线的方法和装置，能够连续稳定地进行纳米纤维纱线的生产，使纳米纤维在纱线中的排列高度取向。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种自磁场制备取向静电纺纳米纤维纱线的方法，包括以下步骤：

(1)通过纺丝喷头连续稳定地向绝缘空间喷射纳米纤维使纳米纤维处于无序随机的漂浮状态；

(2)利用螺旋气流带动纳米纤维作定向螺旋运动；

(3)通过牵引形成螺旋运动的圆锥状纳米纤维束，螺旋运动的圆锥状纳米纤维束在绝缘空间内部产生螺旋管磁场，纳米纤维在螺旋管磁场的作用下取向高度有序地排列形成纳米纤维束；

(4)纳米纤维束集束拉细形成取向静电纺纳米纤维纱线。