[發明專利]一種取向靜電紡納米纖維紗線連續制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201310058070.8
• 申請日: 2013-02-22
• 公開（公告）號: CN103088478A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 覃小紅;吳韶華
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01H4/28
• 分類號: D01H4/28;D01D5/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 宋纓;孫健

技術領域

本發明涉及靜電紡絲和紡織機械技術領域，特別涉及一種取向靜電紡納米纖維紗線連續制備裝置及方法。

背景技術

靜電紡絲是當前一種最流行的紡制納米纖維的技術。其產品具有非常優異的性能，如有極大的比表面積，可以靈活地進行表面功能化整理以及優異的力學行為等，可以應用到組織工程,傷口敷料,藥物釋放,過濾材料,復合增強材料,傳感器等。由于靜電紡絲工藝簡單，制備流程比傳統常規紡絲短，制品功能優異，自Anton?Formhals1934年獲得美國專利以來，靜電紡絲一直是纖維科學家和紡織開發人員長期以來的奮斗目標。該類納米纖維將成為我國新世紀的主導產品，市場潛力巨大，前景十分廣闊。

靜電紡絲是將聚合物溶液或熔體帶上幾千乃至上萬伏高壓靜電，帶電液滴在電場力作用下形成泰勒錐，當電場力足夠大時，電場力可在泰勒錐的錐尖克服溶液表面張力形成噴射細流。帶電的聚合物射流在電場力、粘滯阻力、表面張力等作用下被拉伸細化，同時帶電射流在電場中由于存在表面電荷而發生彎曲。細流在噴射過程中溶劑蒸發或固化，最終落在接收裝置上，形成類似無紡布的納米纖維氈。

但到目前為止，大多數靜電紡納米纖維是以無紡布的形式收集到的，因此限制了靜電紡納米纖維的應用范圍。從傳統的纖維和紡織工業我們知道，連續的單根納米纖維和取向的納米纖維束以及其加捻后所得的紗線才是納米纖維的發展方向。然而到目前為止，還沒有制取到連續的單根納米長絲，且取向納米纖維的取向度不高產量相對也很低，同時，連續的單根納米纖維和取向的納米纖維束強度低容易損壞，無法與傳統紡織纖維材料（機織物、針織物等）有同等的廣泛應用。所以，高效制備結構可控的納米纖維紗線才是靜電紡絲達到廣泛應用的最終發展方向。

目前已有一些靜電紡納米纖維成紗的報道，如Dalton[Dalton?PD,Polymer,2005,46,611-614]等利用雙圓碟裝置收集到了取向的納米纖維紗線，此方法制備的紗線條干均勻一致，纖維高度取向，但是最大的缺點是制備的紗線長度太短，無法滿足實際的需要。Teo[Teo?WE,Polymer,2007,48,3400-3405]等利用動態水凝固浴裝置，制得了二偏氟乙烯與六氟丙烯共聚物（PVDF-co-HFP）取向納米纖維紗線，但是只適合于非水溶性聚合物的靜電紡紗，且紗線加捻不易控制。中國專利200510038571.5公開了一種制備納米纖維長絲束的方法，利用對稱相對配制的金屬針頭形成納米纖維束，但是無法加捻，不是嚴格意義上的紗線。Dabirian[Dabirian?F,Fibers?and?Polymers,2011,12(5),610-615]等采用旋轉的金屬圓盤裝置收集到了納米纖維紗線，但是紗線中纖維的取向不易控制。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種取向靜電紡納米纖維紗線連續制備裝置及方法，解決了現有技術中納米纖維無法取向加捻成紗，且無法連續生產的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種取向靜電紡納米纖維紗線連續制備裝置，包括金屬圓形靶和導紗桿，所述金屬圓形靶中心和絕緣桿的一端相連，所述絕緣桿由電機Ⅰ驅動旋轉，所述的導紗桿位于金屬圓形靶正下方并與金屬圓形靶呈對稱相對配置，所述導紗桿前部金屬尖端對準金屬圓形靶中心，所述導紗桿下方為紗筒并與紗筒相互垂直布置，所述紗筒由電機Ⅱ驅動旋轉，所述金屬圓形靶、絕緣桿、電機Ⅰ、導紗桿布置在同一條中心直線上，所述金屬圓形靶和導紗桿左右兩側布置有相互對稱的噴絲頭Ⅰ和噴絲頭Ⅱ，噴絲頭Ⅰ和噴絲頭Ⅱ在同一條直線上，且該直線與金屬圓形靶和導紗桿所在直線相垂直，所述噴絲頭Ⅰ和高壓靜電正極接線柱相連，所述噴絲頭Ⅱ和高壓靜電負極接線柱相連。

所述噴絲頭Ⅰ和噴絲頭Ⅱ有相互對稱的若干對。

所述噴絲頭Ⅰ和噴絲頭Ⅱ采用金屬材料制成。

所述導紗桿為內部空心結構，且圓柱形后端采用絕緣材料制成。

所述噴絲頭Ⅰ和噴絲頭Ⅱ之間的距離可調，可調范圍5cm-50cm。

所述金屬圓形靶和導紗桿之間的距離可調，可調范圍1cm-20cm。

本發明還提供一種使用上述取向靜電紡納米纖維紗線連續制備裝置進行靜電紡紗的方法，包括以下步驟：

（1）通過自動輸液裝置向各噴絲頭Ⅰ和噴絲頭Ⅱ中添加紡絲溶液；

（2）將噴絲頭Ⅰ和噴絲頭Ⅱ分別連接高壓靜電正極接線柱和高壓靜電負極接線柱，引入高壓靜電；

（3）由噴絲頭Ⅰ形成的射流Ⅰ和噴絲頭Ⅱ形成的射流Ⅱ搭接在金屬圓形靶與導紗桿前部金屬尖端之間，得到取向納米纖維束；