[發(fā)明專利]靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)與使用方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310101602.1
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103147179A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 何建新;崔世忠;周偉濤;梅碩
• 申請（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號: D01H4/02
• 分類號: D01H4/02;D01D5/00
• 代理公司: 鄭州中原專利事務(wù)所有限公司 41109
• 代理人: 范之敏

1.一種靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：包括高壓靜電發(fā)生器、帶有加壓裝置的儲液罐、橫流氣泵、集聚單元、紡絲單元、半圓形基座、集束器、噴嘴加捻器、引紗羅拉和卷繞機(jī)構(gòu)；集聚單元、集束器、噴嘴加捻器和引紗羅拉由上至下沿同一軸線排列；集聚單元不接地，紡絲單元設(shè)置在集聚單元和集束器之間，兩個半圓形基座以軸線為中心對稱設(shè)置，每個半圓形基座上固定至少兩個紡絲單元，紡絲單元傾斜設(shè)置；其中一個半圓形基座上的紡絲單元的噴絲管通過導(dǎo)線與高壓發(fā)生器的正極相連，另一個半圓形基座上的紡絲單元的噴絲管通過導(dǎo)線與高壓發(fā)生器的負(fù)極相連，兩個半圓形基座上的紡絲單元形成帶正負(fù)電荷的噴頭對；每個半圓形基座上紡絲單元的進(jìn)氣口通過輸氣管與橫流氣泵相連、紡絲單元的進(jìn)液口通過輸液管與帶有加壓裝置的儲液罐相連；集束器的出口和噴嘴加捻器的紗道入口相連。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：所述的紡絲單元由噴絲管通過中間連接體與氣室連接而成，中間連接體上裝配有垂直向上的噴氣管；噴絲管的下方有進(jìn)液口，進(jìn)液口低于噴氣管的上端，氣室的下方有進(jìn)氣口；噴絲管的上方裝有防止溶液外溢的保護(hù)環(huán)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：所述的噴絲管的內(nèi)徑為1-45?mm，噴絲管高度為10-500?mm，氣室的高度為10-450?mm；其中，噴絲管為金屬材質(zhì)，且噴絲管外側(cè)由下而上套有絕緣材質(zhì)，絕緣材質(zhì)的高度為噴絲管高度的1/3~1倍，保護(hù)環(huán)、噴氣管、進(jìn)液口、中間連接體、氣室、進(jìn)氣口均為絕緣材質(zhì)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：所述的集聚單元為帶有旋轉(zhuǎn)軸的金屬喇叭，并由傳動機(jī)構(gòu)控制金屬喇叭繞旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，金屬喇叭口的直徑為5-35?cm；所述的集束器進(jìn)口至出口呈直徑逐漸減小的喇叭形，出口處的直徑為0.5-10?mm。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：所述的傳動機(jī)構(gòu)為電機(jī)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：所述的噴嘴加捻器由進(jìn)氣管、紗道、噴射孔和氣室組成；噴射孔與紗道的內(nèi)圓周相切，夾角為35-55°，噴射孔數(shù)為2-12個，噴射孔徑0.1-0.6?mm；進(jìn)氣管與空氣壓縮機(jī)相連接，壓縮空氣由噴射孔射入紗道，在紗道中形成用于納米纖維束的加捻的三維高速旋轉(zhuǎn)氣流，并在紗道的入口形成用于吸入納米纖維束的負(fù)壓。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：所述的紗道由上而下分為三部分，在噴射孔入口上方為圓柱管，直徑1-3.5?mm，長度6-30?mm，在噴射孔入口下方為梯形管，直徑1.5-4.0?mm/5.0-9.0?mm，長度8-45?mm；最下方為圓柱形的出口管，直徑10-20?mm，長度?12-60?mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：每個半圓形基座固定2-30個紡絲單元，紡絲單元的傾斜角為15-40°。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或4或6或8所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：噴絲管上端面與集聚單元的垂直距離為5-40cm；噴嘴加捻器紗道的入口與集聚單元之間的距離為10-100cm；高壓靜電發(fā)生器的電壓為0-200kV。

10.根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的靜電紡納米纖維噴氣紡紗機(jī)，其特征在于：制備連續(xù)納米纖維紗的方法包括以下步驟：

(1)加壓裝置將儲液罐中的紡絲溶液經(jīng)輸液管均勻地送入各個紡絲單元的噴絲管中，紡絲溶液的液面稍低于噴絲管的上端面，高于噴氣管的上端面；

(2)橫流氣泵將氣流經(jīng)輸氣管均勻地送入各個紡絲單元的氣室中，氣流經(jīng)噴氣管向上噴出，紡絲溶液在噴絲管的上端面形成中空的溶液凸起；

(3)打開集聚單元的傳動機(jī)構(gòu)，令其繞軸旋轉(zhuǎn)，控制轉(zhuǎn)速為0-2500轉(zhuǎn)/分鐘，集聚單元的旋轉(zhuǎn)方向和噴嘴加捻器中氣流的旋轉(zhuǎn)方向相同；

(4)打開高壓靜電發(fā)生器，調(diào)節(jié)到一定的電壓，在高壓電場作用下，極化電荷聚集在噴絲管上端面溶液凸起的頂端形成泰勒錐，在靜電力的作用下中空的泰勒錐破裂，噴射出多股射流；由于靜電誘導(dǎo)效應(yīng)，集聚單元的兩側(cè)會帶上電荷相等、極性相反的電荷，兩個半圓形基座上的紡絲單元噴出的部分帶電射流將被吸附到與之帶相反電荷的集聚單元一側(cè)，以納米纖維網(wǎng)的形式沉積在集聚單元的邊緣；

(5)為了將步驟(4)中的納米纖維網(wǎng)引出、取向和加捻，一個絕緣的塑料棒預(yù)先安放在集聚單元的正中心，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，底端與集聚單元的邊緣相連接，進(jìn)一步牽伸納米纖維網(wǎng)的錐頂，纖維會取向、集聚成納米纖維束，或進(jìn)一步通過集聚單元的旋轉(zhuǎn)預(yù)加捻成一定捻度的納米纖維條；

(6)將噴嘴加捻器的進(jìn)氣管與空氣壓縮機(jī)相連接，將步驟(5)中的納米纖維束或納米纖維條引入集束器，由于負(fù)壓的存在納米纖維束被吸入紗道中，在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下連續(xù)加捻成紗并沿紗道的出口輸出；

(7)步驟(6)中加捻的納米纖維紗在引紗羅拉的作用下輸出，經(jīng)卷繞機(jī)構(gòu)卷繞成筒。