[发明专利]一种熔-溶静电纺跨尺度复合纱线制备装置及方法

说明书

本发明公开一种熔‑溶静电纺跨尺度复合纱线制备装置及方法，装置由支架、挤出机、分流板、环形锥面喷头、吸风管、辊子、高压静电发生器、电极板支架、电极板、储液池、主气管、导气管、气泵、吸风管支架、弦丝和铜柱组成。挤出机喷头在高压静电场下会产生环形分布的熔体电纺纤维。喷头正下方为储液池，储液池内有环形弦丝，弦丝位于储液池内纺丝液表面下方0.1‑0.5cm处。导气管上端面与弦丝距离为1‑3cm。气泵产生的气泡驱动弦丝上下振动使弦丝在静电场下形成多个电荷集中的尖端，气泡与弦丝的组合大幅度提升了溶液电纺纤维的产量，本发明弦丝上聚集正电荷，环形锥面喷头在静电感应作用下聚集负电荷，熔体电纺纤维与溶液电纺纤维相互吸引，更有利于纤维集束。

技术领域

本发明涉及一种熔-溶静电纺跨尺度复合纱线制备装置及方法，属于静电纺丝领域。

背景技术

静电纺丝技术由于能够连续制备高比表面积的超细纤维，从而被广泛应用在医卫防护、能源环保、航空航天及生物医药等领域。电纺纱线由于各向异性，结构稳定，可与后道纺织工艺相衔接，具备高比表面积等优点，成为电纺领域研究的主要材料，并在手术缝合线、能源储存、传感和组织工程支架等领域获得应用。电纺纱线分为溶液电纺纱线和熔体电纺纱线。其中溶液电纺纱线中的纤维较细，纤维直径大部分在100-1000nm之间，纤维间孔隙也大多处在1μm以内，常用于聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚氨酯和丝素蛋白等聚合物纺丝，但由于溶剂相分离，纤维表面有微孔缺陷，单根纤维强度较低。而熔体电纺纱线中的纤维细度相对较粗，纤维直径在300nm到5000nm之间，有些高粘材料的直径可达十几微米，但其纤维表面光滑，纤维强度较高，常用于聚乳酸、聚丙烯、聚乙烯和聚己内酯等聚合物纺丝。将熔体电纺技术与溶液电纺技术相结合，实现熔-溶电纺跨尺度复合纱线的制备，可充分综合熔体电纺纤维和溶液电纺纤维的结构特性，材料与性能优势，有效弥补彼此的劣势，同时发挥纺织纱线结构的优越性，在生物医学、智能纺织品和功能性纺织品等具有极大的应用潜力。

发明内容

本发明设计了一种熔-溶静电纺跨尺度复合纱线制备装置，该装置利用环形锥面喷头制备熔体电纺纤维，利用气泡驱动琴弦实现气泡-弦波的溶液电纺，通过旋风牵引并加捻纤维，实现熔-溶静电纺跨尺度复合纱线的可控制备。

本发明的技术方案：一种熔-溶静电纺跨尺度复合纱线制备装置，由支架、挤出机、分流板、环形锥面喷头、吸风管、辊子、高压静电发生器、电极板支架、电极板、储液池、主气管、导气管、气泵、吸风管支架、弦丝和铜柱组成。挤出机位于支架上方，出口端连接分流板，分流板的下端连接环形锥面喷头，喷头在高压静电场下会产生环形分布的熔体电纺纤维。喷头正下方为储液池，储液池内有环形的弦丝，弦丝采用弹性较好的吉他弦，材质为磷青铜等兼具优良导电性和弹性的材料。环形弦丝由四根铜柱焊接固定。弦丝位于储液池内纺丝液表面下方0.1-0.5cm处。储液池材料为不导电的塑料。储液池底部有四个孔，由导气管穿过。导气管为导电金属材料，导气管上端面与弦丝距离为1-3cm。电极板位于储液池底部，置于电极板支架上，与铜柱通过导线相连接，电极板上同样有四个供导气管通过的孔，并与导气管过盈配合以固定导气管。电极板与环形锥面喷头下端面的距离为7-10cm。高压静电发生器为电极板供给高压静电，从而使弦丝和导气管同时带高压静电。导气管与气泵通过不导电的主气管相连接。气泵产生的气体通过导气管进入储液池内的纺丝液形成气泡，气泡驱动弦丝上下振动使弦丝在静电场下形成多个电荷集中的尖端，气泡处的溶液和振动弦丝带出的溶液在电场下拉伸成溶液电纺纤维。在环形锥面喷头与储液池的侧面，放置吸风管，吸风管内可产生旋风以加捻纤维，旋风产生的负压可牵引纤维。吸风管固定在吸风管支架上。吸风管出口端一侧，放置有辊子，用于收集纱线。