[發(fā)明專利]雙級剪切式牽伸靜電紡直紡微米紗裝置、方法及用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510225481.0
• 申請日: 2015-05-05
• 公開（公告）號: CN104831426B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 于偉東;章麗娟;劉曉艷;劉洪玲
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: D01H4/28
• 分類號: D01H4/28;D01D13/00;D01D5/00;D01D5/12
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司31001
• 代理人: 翁若瑩

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及靜電紡絲、靜電紡紗和納米纖維紡絲機械領(lǐng)域，特別是涉及一種靜電直紡微米紗的紡紗技術(shù)。

背景技術(shù)

近年來隨著納米技術(shù)的發(fā)展，靜電紡絲技術(shù)獲得了快速發(fā)展。目前靜電紡絲得到的納米纖維尺度大多在亞微米尺度(100～1000nm)，而小于100nm的真正納米纖維較少。則如何將亞微米粗細(xì)的纖維縮小到納米尺度纖維是有待學(xué)者研究的問題。

靜電紡纖維在環(huán)境、能源、生物醫(yī)學(xué)、光電等領(lǐng)域均有應(yīng)用，然而目前研究的靜電紡納米纖維主要以纖維直接堆砌的膜或氈的形式出現(xiàn)，是二維無序的纖維集合體，嚴(yán)重阻礙了這種材料的拓展應(yīng)用。通常紗線可用于梭織、針織或編織，但直接以散纖維是不能用于針織、梭織和編織的，更不用說采用納米散纖維體。同時目前的靜電紡纖維的粗細(xì)偏粗、強度偏低或很低，幾乎難以滿足實用織物的要求，甚至無法直接織造成布。因此，將所成納米纖維束直接紡成微米的紗，進而應(yīng)用于機織、針織或編織，制備出多種結(jié)構(gòu)及形狀的織物，提供靜電紡絲的單絲強度、細(xì)化單絲到納米尺寸和粗細(xì)均勻化，是靜電紡納米技術(shù)中亟待解決的問題，也是納米纖維應(yīng)用發(fā)展的基礎(chǔ)。同時，也出現(xiàn)一些靜電紡絲直紡紗線的報道。

如Dalton[Dalton?PD，Polymer，2005，46，611-614]等利用雙圓碟裝置收集到并形成取向排列的微米紗，此方法制備紗線條干和取向好，但纖維只有靜電場牽伸，而無任何機械牽伸，故單絲在亞微米尺度且強度低，纖維成紗偏粗、強度亦低。Li[中國專利ZL201110205027.0]公開了一種靜電紡納米纖維紗線的方法和裝置，利用漏斗接收裝置，對漏斗后端的圓柱管道切向抽真空，形成氣流進行裝置，但是后面既無牽伸又無加捻卷繞裝置無法實現(xiàn)連續(xù)成紗。Li[Li?N，Materials?Letters，2012：245-247]等自制一種裝有高速氣流的漏斗型收集裝置，氣流作為動力載體可形成多種纖維集合體和連續(xù)紗線，漏斗收集器分為漏斗和圓柱兩個部分，但高速氣流只能對納米纖維實現(xiàn)加捻作用，無紗線連續(xù)收集裝置而最終纖維束不帶有捻度。

覃小紅，吳韶華[中國專利ZL201310058070.8]公開了一種取向靜電紡連續(xù)紗線制備裝置及方法，其利用相對配置并接正負(fù)極噴頭和金屬圓形靶的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)納米纖維紡紗的連續(xù)生產(chǎn)，取向度和產(chǎn)量雖高，但亦不存在對絲束牽伸，單絲偏粗，強度無法改善，成紗細(xì)度變細(xì)受限制，強度較差。Usman?Ali[Usman?Ali，The?Textile?Institute，2012(1)：80-88]；He[He?J，Journal?of?Applied?Polymer?Science，2014，131(8)]；He[He?J，Polymer?International，2014，63(7)：1288-1294]等也有相關(guān)研究，未涉及剪切牽伸，且喇叭口僅為收集外側(cè)噴紡得到的亞微米纖維旋轉(zhuǎn)加捻直接返回卷繞成紗的機構(gòu)。原理與本發(fā)明完全不同。覃小紅，吳韶華[中國專利ZL201320083418.4]公開了一種渦流紡成紗裝置，利用喇叭形輸送管道正對噴絲頭并與渦流管輸送孔相連，利用渦流作用加捻成紗，雖可連續(xù)制備納米線紗線生產(chǎn)效率較高，但仍無剪切牽伸，則纖維取向和強度不足。

Li[Li?Jie，Polymer?Engineering&Science，2013，54，1618-1624]公開了一種聚酰胺6、66共聚物長絲紗連續(xù)靜電紡絲方法。纖維束集于表面活性劑浴液中，集束的纖維經(jīng)卷繞成初紡紗，再經(jīng)過加熱和二次牽伸得長絲紗，為了牽伸卷繞不易斷裂需控制液體收集裝置浴液，適用范圍有所限制。Eugene?Smit[Eugene?Smit，Polymer，2005(46)：2419-2423]、俞昊[中國專利ZL201908162]也有相似的研究工作。其在靜電紡過程上無牽伸裝置，既非直紡成紗，且紡成紗中纖維細(xì)度粗、強度低且損傷大、工序多、能耗大，是不爭的事實。

綜上，現(xiàn)有的靜電紡直紡成紗均未產(chǎn)生剪切牽伸，則更無雙級剪切牽伸方法來實現(xiàn)對靜電紡絲的牽伸變細(xì)并能達(dá)到真正納米尺寸和單絲強度提升的直紡技術(shù)。二級牽伸納米纖維的結(jié)構(gòu)和粗細(xì)更均勻、強度更高、細(xì)度更細(xì)，而且實現(xiàn)納米尺度纖維和高強的微米紗更容易。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種用不同轉(zhuǎn)速的正、反錐筒及其間的相互配合對喇叭噴頭噴射出的亞微米靜電絲實現(xiàn)兩次剪切牽伸的靜電直紡機構(gòu)與方法，以此來獲得細(xì)度更細(xì)達(dá)納米尺寸、強度更強達(dá)實用織物要求的納米絲和微米紗。