[發明專利]一種取向可控的靜電紡納米纖維包芯紗的制備裝置及方法

有效

• 申請號: 201811241713.1
• 申請日: 2018-10-24
• 公開（公告）號: CN109137199B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 王璐;謝曉靜;林婧;王富軍;勞繼紅
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D02G3/44
• 分類號: D02G3/44;D02G3/36;D01D5/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;柏子雵

本發明涉及一種取向可控的靜電紡納米纖維包芯紗的制備裝置，包括退繞裝置及卷繞裝置，芯紗出退繞裝置后被由上至下地送至卷繞裝置，其特征在于，退繞裝置與卷繞裝置之間的區域沿芯紗的運動方向被分為N個紡紗區，N≥1，在每個紡紗區內設有至少一組接收裝置及靜電紡絲裝置，芯紗經過至少N組接收裝置后成為納米纖維包芯紗并由卷繞裝置收集。本發明的另一個技術方案是提供了一種取向可控的靜電紡納米纖維包芯紗的制備方法。本發明提供的裝置利用金屬喇叭和S形金屬支架作為接收裝置實現納米纖維在芯紗表面的均勻、取向可控包覆，從而可進一步利用紡織加工技術制備具有納米結構的織物。

技術領域

本發明涉及一種納米纖維的制備裝置及方法，特別涉及一種取向可控的靜電紡納米纖維包芯紗的制備裝置及方法，屬于納米纖維和復合紗線成型技術領域。

背景技術

納米纖維，是指直徑為納米尺度而長度較長的線狀材料。納米纖維具有表面效應、小尺寸效應、量子尺寸效應等納米級材料所特有的屬性，可廣泛用于過濾材料、化學傳感器、防護材料和生物醫用材料等領域。靜電紡絲技術是近年來制備納米纖維的一種熱門紡絲方法。靜電紡絲，本質是高分子溶液或熔體的靜電霧化。由于紡絲過程中帶電射流運動軌跡的不可控性及接收裝置處的靜電斥力作用，傳統靜電紡收集到的納米纖維集合體結構無序、取向度低，致使其強力低、加工困難，從而嚴重限制了其實際應用。因此，如何制得取向高、強力高、易于加工的納米纖維成為近年來的研究熱點。

為了提高納米纖維的強力及可紡性，有研究嘗試將納米纖維與高強長絲結合，制備納米纖維包芯紗。早期的納米纖維包覆形式主要為對傳統紗線或高強長絲進行納米纖維涂層，納米纖維排列紊亂無序。為了控制納米纖維的取向，有研究利用旋轉的金屬圓盤、金屬漏斗和金屬喇叭等作為納米纖維的接收裝置，使納米纖維橋接在接收裝置與芯紗之間，并隨接收裝置的旋轉包覆于芯紗表面，實現了納米纖維的取向包覆，但結果表明，納米纖維取向控制難度大，無法精確調控，且存在納米纖維利用率低、包覆牢度難以保證等問題。目前，關于如何實現納米纖維在芯紗表面均勻、取向、精控包覆的紡絲技術的相關研究尚未見報道。

發明內容

本發明的目的是：實現納米纖維在芯紗表面均勻、取向、精控包覆。

為了達到上述目的，本發明的技術方案是提供了一種取向可控的靜電紡納米纖維包芯紗的制備裝置，包括退繞裝置及卷繞裝置，芯紗出退繞裝置后被由上至下地送至卷繞裝置，其特征在于，退繞裝置與卷繞裝置之間的區域沿芯紗的運動方向被分為N個紡紗區，N≥1，在每個紡紗區內設有至少一組接收裝置及靜電紡絲裝置，每組靜電紡絲裝置用于產生納米纖維，與靜電紡絲裝置同組的接收裝置用于接收納米纖維并將納米纖維包覆于芯紗表面，芯紗經過至少N組接收裝置后成為納米纖維包芯紗并由卷繞裝置收集，其中：

接收裝置包括金屬喇叭接收器及S形金屬支架，芯紗由金屬喇叭接收器的軸心進入與當前接收裝置相對應的紡絲區，與當前接收裝置相對應的靜電紡絲裝置產生的納米纖維在高壓電場的作用下被牽伸并橋接在S形金屬支架和芯紗間，由金屬喇叭接收器帶動S形金屬支架旋轉，從而將納米纖維包覆于芯紗表面。

優選地，在最后一組所述接收裝置與所述卷繞裝置之間設有假捻裝置，通過假捻裝置使得最后一組所述接收裝置輸出的所述納米纖維包芯紗繞自身軸心進行旋轉，利用機械作用對納米纖維與芯紗的結合進行加固。

優選地，相鄰兩組所述接收裝置的間距為20-30cm。

優選地，所述S形金屬支架的旋轉速度為100-5000r/min。

優選地，所述金屬喇叭接收器為錐形且軸心中空，金屬喇叭接收器的內徑為5-10mm、外徑為50-400mm、喇叭斜角為5°-85°。

優選地，所述S形金屬支架的橫截面為直徑為1mm的圓形，長度為3-6cm。

優選地，所述S形金屬支架和所述金屬喇叭接收器的連接端與水平線夾角為45°，所述S形金屬支架中段與芯紗夾角為30°-60°。