[發(fā)明專利]一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置及制備方法

有效

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• 申請日: 2012-06-21
• 公開（公告）號: CN102703998A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何建新;崔世忠;李克兢;蒲叢叢
• 申請（專利權(quán)）人: 中原工學院
• 主分類號: D01D5/00
• 分類號: D01D5/00;D01D4/00
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 張紹琳

1.一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于：它包括集聚裝置（2），集聚裝置（2）兩側(cè)設(shè)有兩個噴絲裝置（1），兩個噴絲裝置（1）與高壓靜電發(fā)生器（7）相連，集聚裝置（2）下方設(shè)有集束器（3），兩個噴絲裝置（1）位于集聚裝置（2）和集束器（3）之間，沿軸線對稱相對配置，集束器（3）下方設(shè)有噴嘴加捻器（4），噴嘴加捻器（4）下方設(shè)有引紗羅拉（5），引紗羅拉（5）下方設(shè)有卷繞機構(gòu)（6），所述集聚裝置（2）、集束器（3）、噴嘴加捻器（4）和引紗羅拉（5）由上至下沿同一軸線排列。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于：所述的噴絲裝置（1）是由一側(cè)設(shè)有進氣口（11）的氣室（8）和一側(cè)設(shè)有進液口（12）的溶液室（14）通過中間連接體（13）連接而成，中間連接體（13）上設(shè)置有垂直向上的噴氣管（10），溶液室（14）上設(shè)置有垂直向上的噴絲頭（9）。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于：所述的氣室（8）和溶液室（14）為圓柱形；所述的噴絲頭（9）和噴氣管（10）最少一個，它們呈同心圓排列，每個噴絲頭（9）對應(yīng)一個同軸心的噴氣管（10）對其通氣，噴氣管（10）的高度低于噴絲頭（9）的上端面，高于溶液室（14）的上表面，噴絲頭（9）的內(nèi)徑為1-40mm，間距為0.1-15cm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于：所述的集聚裝置（2）為帶有旋轉(zhuǎn)軸的金屬圓盤或喇叭，由傳動機構(gòu)控制其繞軸旋轉(zhuǎn)，金屬圓盤或喇叭口的直徑為噴絲裝置（1）中溶液室（14）上表面直徑的1-2倍；所述的集束器（3）進口至出口呈直徑逐步收窄的喇叭形，出口處的直徑為0.8-8mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于：所述的噴嘴加捻器（4）由進氣管（20）、氣室（19）、噴射孔（15）、紗道（16）、中間管（17）和出口管（18）組成，所述的噴射孔（15）與紗道（16）的內(nèi)圓周相切，噴射孔（15）的孔徑為0.1-0.55mm，與紗道（16）的夾角為30-50°，噴射孔數(shù)為2-8個；所述的紗道（16）在噴射孔（15）入口上方的直徑為0.8-2.0mm，長度8-15mm，在噴射孔（15）入口下方的直徑為2.0-3.5mm，長度8-15mm；所述的中間管（17）的直徑為3.0-6.0mm，長度8-15mm；所述的出口管（18）的直徑為5.0-10.0mm，長度5-12mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于：所述噴絲裝置（1）與軸線的夾角為15-40°；集束器（3）的出口和噴嘴加捻器（4）中紗道（16）的入口相連；兩個噴絲裝置（1）的中心噴絲頭（9）上端面之間的距離為5-50cm，與集聚裝置（2）的中心位置之間的距離為6-60cm；噴嘴加捻器（4）紗道（16）的入口與集聚裝置（2）之間的距離為15-100cm。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜電紡納米纖維的噴氣紡成紗裝置，其特征在于：所述的高壓靜電發(fā)生器（7）的電壓為10-200kV，正極和負極分別與兩個噴絲裝置（1）中金屬材質(zhì)的噴絲頭（9）相連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1~7任一項所述的噴氣紡成紗裝置制備納米纖維紗線的方法，其特征在于，它的步驟如下：

a、利用蠕動泵或者其它勻速供液裝置將聚合物紡絲溶液通過進液口（12）均速地輸入溶液室，紡絲溶液的液面低于噴絲頭（9）的上端面，高于噴氣管（10）的上端面；

b、利用橫流氣泵或其它勻速通氣裝置通過進氣口（11）連續(xù)輸出氣體到氣室（8），氣體經(jīng)噴氣管（10）向上噴出，紡絲溶液在噴絲頭（9）的上端面形成中空的溶液凸起；

c、打開集聚裝置（2）的傳動機構(gòu)，集聚裝置（2）繞軸旋轉(zhuǎn)，控制轉(zhuǎn)速為10-2000轉(zhuǎn)/分鐘；

d、打開高壓靜電發(fā)生器（7），調(diào)節(jié)到一定的電壓，高壓靜電發(fā)生器（7）的正極和負極分別與兩個噴絲裝置（1）中金屬材質(zhì)的噴絲頭（9）相連接，集聚裝置（2）不接地，在高壓電場作用下，極化電荷聚集在噴絲頭（9）上端面溶液凸起的頂端形成泰勒錐，在氣流壓力和靜電力的作用下中空的泰勒錐破裂，兩個噴絲裝置（1）的噴絲頭（9）噴出帶有相反電荷射流，通過靜電牽伸、吸引和中和作用，納米纖維網(wǎng)沉積在集聚裝置（2）的邊緣；

e、將步驟（c）中的納米纖維網(wǎng)引出、取向和加捻，一個絕緣的塑料棒預先安放在集聚裝置（2）的正中心，塑料棒緩慢向后沿水平方向抽出，形成中空的錐形納米纖維網(wǎng)，頂端粘附在塑料棒上，底端與集聚裝置（2）的邊緣相連接，進一步牽伸納米纖維網(wǎng)的錐頂，纖維取向、集聚成納米纖維束，或進一步通過集聚裝置（2）的旋轉(zhuǎn)預加捻成一定捻度的納米纖維條；

f、將噴嘴加捻器（4）的進氣管（20）與空氣壓縮機相連接，壓縮空氣由噴射孔（15）射入紗道（16），在紗道（16）中形成高速旋轉(zhuǎn)的氣流，并在紗道（16）的入口形成負壓，將步驟（d）中的納米纖維束（或納米纖維條）引入集束器（3），由于負壓的存在納米纖維束被吸入紗道（16）中，在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下加捻成紗并沿紗道（16）、經(jīng)中間管（17）、從出口管（18）輸出；

g、步驟（e）中加捻的納米纖維紗線在引紗羅拉（5）的作用下輸出，經(jīng)卷繞機構(gòu)（6）卷繞成筒。