[发明专利]批量化预集束高支纳米纤维纱线的纤维束取向装置及方法

说明书

本发明提供了一种批量化预集束高支纳米纤维纱线的纤维束取向装置，包括表面刻有螺旋沟槽的圆柱形滚筒，控制电机连接圆柱形滚筒；圆柱形滚筒上沿圆柱中心轴向外设有多个极板安装槽，极板安装槽内设有导向极板，导向极板通过圆柱中心轴与高压发生器负极相连或接地，导向极板外部设有多个用于固定导向极板、并保证圆柱形滚筒的螺旋沟槽沿螺旋线方向平滑完整无缺口的聚四氟乙烯固定块；圆柱形滚筒下方设有批量化静电纺丝装置。本发明还提供了利用批量化预集束高支纳米纤维纱线的纤维束取向装置生产连续取向纳米纤维束的方法。本发明可以诱导螺旋沟槽内的纳米纤维沿连续纤维束轴向取向，有利于生产高支化的纳米纤维纱线，提高了纱线强度和生产速度。

技术领域

本发明属于纳米纤维纱线和纺织机械技术领域，特别涉及一种批量化预集束高支纳米纤维纱线的纤维束取向装置及其使用方法。

背景技术

当将聚合物纤维直径从微米尺度降至亚微米尺度或纳米尺度时，就会出现一系列惊奇的特性。如非常大的体积比表面积，纳米纤维的体积比表面积基本是微米纤维的1000倍；可以灵活地进行表面功能化；与其他已知材料形式相比所表现出优越的效应和机械性能，如表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和量子隧道效应及刚度、抗张强度等。这些杰出的性能使得纳米纤维成为许多重要应用的首选材料，在高效过滤、生物医用、智能传感等领域极具发展潜力。综合考虑操作可行性、稳定可控性(包括纤维直径及其分布)、加工材料范围、加工耗时等，静电纺丝加工技术就成为目前唯一一种可以制造连续的聚合物纳米纤维的技术。随着纳米材料科学的兴起和快速发展，利用静电纺丝方法制备纳米纤维及纳米纤维集合体成为工程材料科学界的研究热点。

传统的单针头静电纺丝装置较为简单，主要由高压电源系统、供液系统和收集系统三部分组成。供液系统包括微量注射泵、医用针管及平口金属针头，高聚物溶液流量由微量注射泵控制，高压电源的正极与平口金属针头连接，收集系统是金属平板并接地。高压电源电压逐渐增大，金属针头的液滴逐渐形成泰勒锥，当高压电源电压进一步增大，电场力会克服高聚物溶液的表面张力、黏滞力等作用形成微小的直线射流而后会出现鞭动现象到达接地金属收集板，在这个过程中，溶剂挥发，高聚物固化形成纳米纤维沉积在金属收集板上。

利用传统的静电纺丝方法制备的纳米纤维是以杂乱无章的纤维毡形式沉积在金属收集板上，这种无取向的纳米纤维毡极大地限制了纳米纤维在组织工程支架、细胞诱导生长方面的应用。另外，传统的静电纺丝装置得到的纳米纤维产量很低，很难满足纳米纤维在大量应用时的需求，单针头静电纺丝装置还存在针头容易堵塞的问题，这会严重影响到纳米纤维纺丝过程的顺利进行。

受限于纳米纤维束及纳米纱线难以结构控制和大批量生产，纳米纤维束及纳米纤维纱线的应用研究目前仍处于起步阶段，但现有应用研究表明纳米纤维束及纳米纤维纱线在创敷材料、组织工程、灵敏传感器、电子器件方面极具应用前景。

目前，国内外采用无针式静电纺丝装置产生大量纳米纤维来集束成纱的技术并无报道，主要是因为目前的无针式静电纺丝装置出丝量大但纤维落点及沉积半径不可控。