專利名稱：一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及靜電紡絲和紡織機械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置及方法。
背景技術(shù)：
靜電紡絲是當(dāng)前一種最流行的紡制納米纖維的技術(shù)。其產(chǎn)品具有非常優(yōu)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(yōu)異的力學(xué)行為等，可以應(yīng)用到組織工程，傷口敷料，藥物釋放，過濾材料，復(fù)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(tǒng)常規(guī)紡絲短，制品功能優(yōu)異，自Anton Formhalsl934年獲得美國專利以來，靜電紡絲一直是纖維科學(xué)家和紡織開發(fā)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(dǎo)產(chǎn)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(dāng)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(fā)生彎曲。細流在噴射過程中溶劑蒸發(fā)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(shù)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(yīng)用范圍。從傳統(tǒng)的纖維和紡織工業(yè)我們知道，連續(xù)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(fā)展方向。然而到目前為止，還沒有制取到連續(xù)的單根納米長絲，且取向納米纖維的取向度不高產(chǎn)量相對也很低，同時，連續(xù)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(tǒng)紡織纖維材料(機織物、針織物等)有同等的廣泛應(yīng)用。所以，高效制備結(jié)構(gòu)可控的納米纖維紗線才是靜電紡絲達到廣泛應(yīng)用的最終發(fā)展方向。目前已有一些靜電紡納米纖維成紗的報道，如Dalton [DaltonPD, 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(tài)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(zhuǎn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置及方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中納米纖維無法取向加捻成紗，且無法連續(xù)生產(chǎn)的問題。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，包括金屬圓形靶和導(dǎo)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(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述的導(dǎo)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(dǎo)紗桿前部金屬尖端對準金屬圓形靶中心，所述導(dǎo)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(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述金屬圓形靶、絕緣桿、電機1、導(dǎo)紗桿布置在同一條中心直線上，所述金屬圓形靶和導(dǎo)紗桿左右兩側(cè)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(dǎo)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。所述嗔絲頭I和嗔絲頭II米用金屬材料制成。所述導(dǎo)紗桿為內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)，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(diào)，可調(diào)范圍5cm-50cm。所述金屬圓形靶和導(dǎo)紗桿之間的距離可調(diào)，可調(diào)范圍lcm-20cm。本發(fā)明還提供一種使用上述取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置進行靜電紡紗的方法，包括以下步驟:(I)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(dǎo)紗桿前部金屬尖端之間，得到取向納米纖維束；(4)打開與絕緣桿相連的電機I，驅(qū)動與絕緣桿相連的金屬圓形靶轉(zhuǎn)動，導(dǎo)紗桿處于固定狀態(tài)，實現(xiàn)對取向納米纖維束的加捻成紗線；(5)紗線從導(dǎo)紗桿內(nèi)部空心部分引出，卷繞在紗筒上；(6)電機II (8)開始啟動，驅(qū)動紗筒(7)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)連續(xù)的取向納米纖維束(13)不間斷生產(chǎn)。有益.效果本發(fā)明涉及一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置及方法，與現(xiàn)有技術(shù)相t匕，具有以下的優(yōu)點和積極效果:集噴絲、纖維取向、纖維轉(zhuǎn)移、凝聚、加捻、牽伸和卷繞為一體，可以連續(xù)制備取向納米纖維紗線；采用兩個甚至多個噴絲頭，可同時形成兩根甚至多根射流，增加了靜電紡絲的產(chǎn)量；利用圓形金屬靶與導(dǎo)紗桿金屬尖端之間的空氣溝，使生成的納米纖維高度取向，結(jié)構(gòu)相對簡單，適合多種聚合物紡絲溶液，能夠得到取向度和產(chǎn)量都較高的納米纖維紗線,可以實現(xiàn)納米纖維紗線的連續(xù)化和規(guī)?；a(chǎn)。


圖1是本發(fā)明進行靜電紡紗的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的俯視圖；圖3是本發(fā)明部分組件的主視圖。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。如圖1-3所示，本發(fā)明涉及一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，包括金屬圓形靶3和導(dǎo)紗桿6，所述金屬圓形靶3中心和絕緣桿4的一端相連，所述絕緣桿4由電機I 5驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述的導(dǎo)紗桿6位于金屬圓形靶3正下方并與金屬圓形靶3呈對稱相對配置，所述導(dǎo)紗桿6前部金屬尖端對準金屬圓形靶3中心，所述導(dǎo)紗桿6下方為紗筒7并與紗筒7相互垂直布置，所述紗筒7由電機II 8驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述金屬圓形靶3、絕緣桿(4)、電機I 5、導(dǎo)紗桿6布置在同一條中心直線上，所述金屬圓形靶3和導(dǎo)紗桿6左右兩側(cè)布置有相互對稱的噴絲頭I I和噴絲頭II 2，噴絲頭I I和噴絲頭II 2在同一條直線上，且該直線與金屬圓形靶3和導(dǎo)紗桿6所在直線相垂直，所述噴絲頭I I和高壓靜電正極接線柱9相連，所述噴絲頭II 2和高壓靜電負極接線柱10相連，所述噴絲頭I I和噴絲頭II 2有相互對稱的若干對，所述噴絲頭I I和噴絲頭II 2采用金屬材料制成，所述導(dǎo)紗桿6為內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)，且圓柱形后端采用絕緣材料制成，所述噴絲頭I I和噴絲頭II 2之間的距離可調(diào)，可調(diào)范圍5cm-50cm，所述金屬圓形靶3和導(dǎo)紗桿6之間的距離可調(diào)，可調(diào)范圍lcm-20cm?！N使用所述一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置進行靜電紡紗的方法，包括以下步驟:(I)通過自動輸液裝置向各噴絲頭I I和噴絲頭II 2中添加紡絲溶液；(2)將噴絲頭I I和噴絲頭II 2分別連接高壓靜電正極接線柱9和高壓靜電負極接線柱10，引入高壓靜電；(3)由噴絲頭I I形成的射流I 11和噴絲頭II 2形成的射流II 12搭接在金屬圓形靶3與導(dǎo)紗桿6前部金屬尖端之間，得到取向納米纖維束13 ；(4)打開與絕緣桿4相連的電機I 5，驅(qū)動與絕緣桿4相連的金屬圓形靶3轉(zhuǎn)動，導(dǎo)紗桿6處于固定狀態(tài)，實現(xiàn)對取向納米纖維束13的加捻成紗線14 ；(5)紗線14從導(dǎo)紗桿6內(nèi)部空心部分引出，卷繞在紗筒7上；(6)電機II 8開始啟動，驅(qū)動紗筒7轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)連續(xù)的取向納米纖維束13不間斷生產(chǎn)。實施例1下面采用聚丙烯腈(PAN)與二甲基甲酰胺(DMF)所配制的溶液進行紡紗。通過自動輸液裝置將濃度為15%的聚丙烯腈(PAN)溶液注入噴絲頭I I和噴絲頭II 2中，噴絲頭I I和高壓靜電正極接線柱9相連，噴絲頭II 2和高壓靜電負極接線柱10相連，設(shè)置噴絲頭I I和噴絲頭II 2之間的相對距離為16cm，設(shè)置金屬圓形靶3與導(dǎo)紗桿6尖端的距離為6cm，打開高壓靜電發(fā)生裝置，設(shè)置正負電壓值分別為+9kV和-9kV，通電后，噴絲頭I I形成射流I 11，噴絲頭II 2形成射流II 12，當(dāng)射流I 11和射流II 12搭接在金屬圓形靶3與導(dǎo)紗桿6前部金屬尖端之間的位置，并形成取向納米纖維束13時，啟動電機I 5，使金屬圓形靶3隨絕緣桿4 一起轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速為96rpm，使取向納米纖維束13加捻成紗線14，將紗線14從導(dǎo)紗桿6的空心部分引出，卷繞到紗筒7上，啟動電機II 8使紗筒7旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為30rpm，隨著紗筒7的旋轉(zhuǎn)，卷繞在紗筒7上的紗線慢慢增多，制備出的納米纖維紗線的直徑約為134 μ m。
權(quán)利要求
1.一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，包括金屬圓形靶(3)和導(dǎo)紗桿(6)，其特征在于，所述金屬圓形靶(3)中心和絕緣桿(4)的一端相連，所述絕緣桿(4)由電機I (5)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述的導(dǎo)紗桿(6)位于金屬圓形靶(3)正下方并與金屬圓形靶(3)呈對稱相對配置，所述導(dǎo)紗桿(6)前部金屬尖端對準金屬圓形靶(3)中心，所述導(dǎo)紗桿(6)下方為紗筒(7)并與紗筒(7)相互垂直布置，所述紗筒(7)由電機II (8)驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述金屬圓形靶(3)、絕緣桿(4)、電機I (5)、導(dǎo)紗桿(6)布置在同一條中心直線上，所述金屬圓形靶(3)和導(dǎo)紗桿(6)左右兩側(cè)布置有相互對稱的噴絲頭I (I)和噴絲頭II (2)，噴絲頭I (I)和噴絲頭II (2)在同一條直線上，且該直線與金屬圓形靶(3)和導(dǎo)紗桿(6)所在直線相垂直，所述噴絲頭I(I)和高壓靜電正極接線柱(9)相連，所述噴絲頭II (2)和高壓靜電負極接線柱(10)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，其特征在于，所述噴絲頭I (I)和噴絲頭II (2)有相互對稱的若干對。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，其特征在于，所述噴絲頭I (I)和噴絲頭II (2)采用金屬材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，其特征在于，所述導(dǎo)紗桿(6)為內(nèi)部空心結(jié)構(gòu)，且圓柱形后端采用絕緣材料制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，其特征在于，所述噴絲頭I (I)和噴絲頭II (2)之間的距離可調(diào)，可調(diào)范圍5cm-50cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置，其特征在于，所述金屬圓形靶(3)和導(dǎo)紗桿(6)之間的距離可調(diào)，可調(diào)范圍lcm-20cm。
7.一種使用權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)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(I)和噴絲頭II (2)中添加紡絲溶液； (2)將噴絲頭I(I)和噴絲頭II (2)分別連接高壓靜電正極接線柱(9)和高壓靜電負極接線柱(10)，引入高壓靜電； (3)由噴絲頭I(I)形成的射流I (11)和噴絲頭II (2)形成的射流II (12)搭接在金屬圓形靶(3)與導(dǎo)紗桿(6)前部金屬尖端之間，得到取向納米纖維束(13)； (4)打開與絕緣桿(4)相連的電機I(5)，驅(qū)動與絕緣桿(4)相連的金屬圓形靶(3)轉(zhuǎn)動，導(dǎo)紗桿(6)處于固定狀態(tài)，實現(xiàn)對取向納米纖維束(13)的加捻成紗線(14)； (5)紗線(14)從導(dǎo)紗桿(6)內(nèi)部空心部分引出，卷繞在紗筒(7)上； (6 )電機II (8 )開始啟動，驅(qū)動紗筒(7 )轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)連續(xù)的取向納米纖維束(13 )不間斷生產(chǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種取向靜電紡納米纖維紗線連續(xù)制備裝置及方法，包括金屬圓形靶和導(dǎo)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(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述導(dǎo)紗桿前部金屬尖端對準金屬圓形靶中心，所述導(dǎo)紗桿和紗筒相互垂直布置，所述紗筒由電機Ⅱ驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，所述金屬圓形靶、絕緣桿、電機Ⅰ、導(dǎo)紗桿布置在同一條中心直線上，所述金屬圓形靶和導(dǎo)紗桿的左右兩側(cè)布置有相互對稱的噴絲頭Ⅰ和噴絲頭Ⅱ，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。本發(fā)明實現(xiàn)了納米纖維紗線的連續(xù)生產(chǎn)，增加了靜電紡絲的產(chǎn)量，納米纖維紗線的取向度和產(chǎn)量都較高。
文檔編號D01H4/28GK103088478SQ201310058070
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者覃小紅, 吳韶華 申請人:東華大學(xué)