[發明專利]紗線及其制造方法

有效

• 申請號: 200780042912.3
• 申請日: 2007-10-23
• 公開（公告）號: CN101589182A
• 公開（公告）日: 2009-11-25
• 發明（設計）人: 安東·尤金·斯米特;羅納德·道格拉斯·桑德森
• 申請（專利權）人: 斯坦陵布什大學
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及一種由靜電紡織纖維(spun?fibres)制成的紗線，以及制造這種紗線的方法。

背景技術

美國專利692,631中最先描述了纖維的靜電紡織。原則上，一滴聚合物溶液或融化體(melt)放置在高電場中。該液滴中感應的相同電荷之間的互斥作用與液體的表面張力相抗衡，并且當施加足夠強的電場(典型地，0.5-4kV/cm)時，靜電力克服液體的表面張力，且聚合物溶液或融化體的射流從液滴噴射出。靜電不穩定性導致噴射的快速且混亂的振蕩，并進而導致溶劑的快速蒸發以及落在后面的聚合物纖維的拉伸和變細。然后，所形成的纖維典型地以非織造纖維網的形式被收集在反電極上。所收集的纖維通常非常均勻，并能夠具有若干微米的纖維直徑，向下低至5nm。

納米纖維材料的三個使其非常適于多種應用的固有特性是其高比表面積(表面積/單位質量)，高縱橫比(長度/直徑)及其仿生能力。這些特性導致靜電紡織纖維(electrospun?fibres)潛在地應用在諸如高性能過濾器、吸收性紡織品、纖維增強復合材料、用于創傷敷料和組織工程支架以及藥物控釋材料的生物醫學紡織品、納米和微電子器件、電磁屏蔽、光電器件和高性能電極、以及基于納米纖維的傳感器的不同領域中。

在很多這些應用中，靜電紡織纖維的定線或受控定向很重要，并且，僅當在高生產率下獲得纖維定向的充分控制時，產品的大規模商業應用才能夠變得可行。在過去的幾年中，世界范圍的研究組將其注意力集中在獲取連續單納米纖維或單軸纖維束的紗線形式的靜電紡織纖維方面。此研究的成功將允許用傳統的紡織品制造方法(例如編織、針織和刺繡)制造納米纖維。由此，這將不僅允許若干上述應用的重要的商業應用，也將打開許多其它激動人心的新應用的大門。將納米纖維結合入傳統的紡織品產生了一些機會。在第一個例子中，僅將傳統織物中的纖維或紗線的一小部分替換成相似直徑的紗線，但是現在由數千條納米纖維組成，這能夠在不增加其總質量的情況下顯著地增加織物的韌性和比表面積?？商娲兀踔琳麄€織物都能由納米纖維紗線制成。這在經常需要能夠抵抗極端溫度、子彈、以及化學或生物制劑的輕質且透氣織物的防護服應用中具有重要的作用。在審美的角度上，納米纖維織物也表現出非常柔和的觸摸(handling)特征，并已被提出用于人造革和人造絨的生產。

在科學和專利文獻中已描述了多種用于從靜電紡織纖維制備紗線的方法。一些最早的方法可上追溯至二十世紀三十年代，并在Anton?Formhals的7個美國專利中描述。在美國專利1,975,504中，纖維從鈍齒輪噴絲頭被靜電紡織到轉輪或環帶裝置的邊緣上。在轉輪或環帶的邊緣上收集的纖維被推動或扯下，并纏繞成紗線。PCT申請WO?2005/123995A1中也描述了一種非常相似的使用多個旋轉收集器和重復收集器的方法。

美國專利2,187,306描述了能夠通過在預成型紗或纖維條上靜電紡織纖維來制造包芯紗的方法，而美國專利2,109,333描述了靜電紡織人造短纖維能夠制成紗線的方法。

在美國專利2,349,950中，靜電紡織裝置中的反電極的電暈放電用來在收集纖維和將其纏繞成紗線之前中和帶電纖維。

Ko等人(高級材料(Advanced?Materials)，2003，15，1161-1165)描述了能夠由聚丙烯腈/碳納米管混合物制造“自組裝”紗線的方法。

Kim(PCT申請WO?2004/074559A1)，Smit等人(聚合物(Polymer)，46，2005，2419-2423)以及Khil等人(J.Biomed.Mater.Res.B?72(2005)117)已經提出了這樣的方法：通過在水浴器表面上拉動靜電紡織纖維網并收集產生的成束纖維紗線來制造紗線。在新加坡國立大學的Ramakrishna等提出的變型中，纖維被紡織到底部帶有孔的水浴器上。由孔中流出的水所形成的渦流纏繞(twist)纖維網并將其對齊成對齊的纖維束紗線，該纖維束紗線是以連續方式從水浴器底部中的孔被收集的。

PCT申請WO?2005/073442A1描述了一種靜電紡織纖維的非織造網被切成帶狀物，或者網從開始被紡織成細帶條的方法。然后，使用氣動捻線機纏繞非織造帶狀物，以形成連續紗線。

在PCT申請WO?2006/052039A1中，描述了一種特殊的靜電紡織收集帶，其由環帶型收集器組成，該環帶型收集器具有與機器方向平行的凹槽并在皮帶上的凹槽中具有導電帶。纖維被紡織在凹槽中的導電帶上，然后以連續的方式被移除并纏繞成紗線。