一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，分為立式和臥式兩種配置，包括喇叭形輸送管道，所述喇叭形輸送管道的喇叭口布置有內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)和外側(cè)金屬圓環(huán)，所述喇叭形輸送管道的喇叭口中心正對(duì)噴絲頭，所述噴絲頭和喇叭形輸送管道的頭部布置在屏蔽罩內(nèi)，所述喇叭形輸送管道尾部與渦流管的輸送孔相連，所述渦流管管壁上均勻的布置有進(jìn)風(fēng)孔，所述渦流管下部的管內(nèi)腔體與抽氣真空泵相連，所述渦流管上部管內(nèi)布置有堵頭，所述堵頭中心布置有引紗管，所述引紗管內(nèi)穿行紗線，所述紗線由引紗羅拉Ⅰ和引紗羅拉Ⅱ牽引，所述紗線最終卷繞在卷繞羅拉上。本實(shí)用新型可以連續(xù)加工取向納米纖維紗線，生產(chǎn)效率高。
【專利說明】一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及靜電紡絲和紡織機(jī)械【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]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，如極大的比表面積，可以靈活地進(jìn)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(qiáng)材料，傳感器等。由于靜電紡絲工藝簡(jiǎn)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(guó)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(zhǎng)期以來的奮斗目標(biāo)。該類納米纖維將成為我國(guó)新世紀(jì)的主導(dǎo)產(chǎn)品。市場(chǎng)潛力巨大，前景十分廣闊。
[0003]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(chǎng)力作用下形成泰勒錐，當(dāng)電場(chǎng)力足夠大時(shí)，電場(chǎng)力可在泰勒錐的錐尖克服溶液表面張力形成噴射細(xì)流。帶電的聚合物射流在電場(chǎng)力、粘滯阻力、表面張力等作用下被拉伸細(xì)化，同時(shí)帶電射流在電場(chǎng)中由于存在表面電荷而發(fā)生彎曲。細(xì)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。
[0004]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(zhǎng)絲，且取向納米纖維的取向度不高產(chǎn)量相對(duì)也很低，同時(shí)，連續(xù)的單根納米纖維和取向的納米纖維束強(qiáng)度低容易損壞，無法與傳統(tǒng)紡織纖維材料(機(jī)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(dá)到廣泛應(yīng)用的最終發(fā)展方向。
[0005]目前已有一些靜電紡納米纖維成紗的報(bào)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(diǎn)是制備的紗線長(zhǎng)度太短，無法滿足實(shí)際的需要。Teo [Teo WE, Polymer, 2007, 48，3400-3405]等利用動(dòng)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(guó)專利200510038571.5公開了一種制備納米纖維長(zhǎng)絲束的方法，利用對(duì)稱相對(duì)配制的金屬針頭形成納米纖維束，但是無法加捻，不是嚴(yán)格意義上的紗線。Dabirian [Dabirian F，F(xiàn)ibers 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。上述方法均采用傳統(tǒng)的單針頭作為噴絲頭產(chǎn)量很低，不能穩(wěn)定連續(xù)的制備取向度較高的納米纖維紗線。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，可連續(xù)化生產(chǎn)纖維定向排列較好的納米纖維紗線。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(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渦流紡成紗裝置，分為立式和臥式兩種配置，包括喇叭形輸送管道，所述喇叭形輸送管道的喇機(jī)口布置有內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)和外側(cè)金屬圓環(huán)，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)和外側(cè)金屬圓環(huán)與高壓靜電發(fā)生裝置負(fù)電極連接，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)和外側(cè)金屬圓環(huán)是布置在同一平面內(nèi)的同心圓環(huán)，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)、外側(cè)金屬圓環(huán)和喇叭形輸送管道的喇叭口位于同一平面，所述喇叭形輸送管道的喇叭口中心正對(duì)噴絲頭，所述噴絲頭與高壓靜電發(fā)生裝置正電極相連，所述噴絲頭和喇叭形輸送管道的頭部布置在屏蔽罩內(nèi)，所述喇叭形輸送管道尾部與渦流管相連。
[0008]所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)和外側(cè)金屬圓環(huán)裝置立式配置時(shí)水平布置，裝置臥式配置時(shí)豎
直布置。
[0009]所述噴絲頭設(shè)計(jì)有若干種適用于靜電紡絲的類型，在裝置立式配置時(shí)采用敞開金屬圓盤式噴絲頭，在裝置臥式配置時(shí)采用針頭式噴絲頭以及多針頭組合式噴絲頭。
[0010]所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)和外側(cè)金屬圓環(huán)同時(shí)與高壓靜電發(fā)生裝置負(fù)電極連接或同時(shí)接地。
[0011]所述喇叭形輸送管道采用絕緣材料制成。
[0012]所述喇叭形輸送管道的喇叭口直徑根據(jù)外側(cè)金屬圓環(huán)的直徑制定，且保證喇叭形輸送管道的喇πΛ 口直徑大于外側(cè)金屬圓環(huán)的直徑。
[0013]所述渦流管由貫穿一側(cè)管壁的輸送孔、下部管壁上的進(jìn)風(fēng)孔、管內(nèi)上部的堵頭、堵頭中心的引紗管以及管內(nèi)下部的腔體組成。
[0014]所述輸送孔與喇叭形輸送管道尾部連接。
[0015]所述進(jìn)風(fēng)孔在渦流管的管壁上均勻的布置有2至10個(gè)。
[0016]所述腔體下部與抽氣真空泵相連。
[0017]所述堵頭中心沿渦流管中心軸線方向布置引紗管。
[0018]所述引紗管內(nèi)穿行紗線。
[0019]所述紗線由布置在渦流管上方的引紗羅拉I和引紗羅拉II組合牽引。
[0020]所述紗線最終卷繞在布置在最高處的卷繞羅拉上。
[0021]所述渦流管、抽氣真空泵、卷繞羅拉、引紗羅拉I和引紗羅拉II布置在屏蔽罩的外面。
[0022]有益.效果
[0023]本實(shí)用新型涉及一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)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)加工取向納米纖維紗線。分立式和臥式兩種配置，適用于各種靜電紡絲用噴絲頭；利用內(nèi)外金屬圓環(huán)之間的等電勢(shì)作用以及空氣間隙實(shí)現(xiàn)納米纖維的取向；利用渦流管中高速旋轉(zhuǎn)的氣流對(duì)納米纖維進(jìn)行加捻，不需要復(fù)雜的加捻機(jī)件，生產(chǎn)效率高；采用屏蔽罩裝置可屏蔽外部條件對(duì)靜電紡絲的干擾，從而保證靜電紡絲的質(zhì)量。另外，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)納米纖維紗線的連續(xù)化和規(guī)?；a(chǎn)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0024]圖1是本實(shí)用新型立式配置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本實(shí)用新型臥式配置時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本實(shí)用新型渦流管的結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0027]圖4是本實(shí)用新型內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)和外側(cè)金屬圓環(huán)的俯視圖；
[0028]圖5是本實(shí)用新型進(jìn)風(fēng)孔的橫截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本實(shí)用新型講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本實(shí)用新型作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0030]如圖1-5所示，本實(shí)用新型一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，分為立式和臥式兩種配置，包括喇叭形輸送管道4，所述喇叭形輸送管道4的喇叭口布置有內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)2和外側(cè)金屬圓環(huán)3，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)2和外側(cè)金屬圓環(huán)3與高壓靜電發(fā)生裝置負(fù)電極12連接,所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)2和外側(cè)金屬圓環(huán)3是布置在同一平面內(nèi)的同心圓環(huán),所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)2、外側(cè)金屬圓環(huán)3和喇叭形輸送管道4的喇叭口位于同一平面，所述喇叭形輸送管道4的喇叭口中心正對(duì)噴絲頭1，所述噴絲頭I與高壓靜電發(fā)生裝置正電極11相連，所述噴絲頭I和喇叭形輸送管道4的頭部布置在屏蔽罩10內(nèi)，所述喇叭形輸送管道4尾部與渦流管5相連，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)2和外側(cè)金屬圓環(huán)3裝置立式配置時(shí)水平布置，裝置臥式配置時(shí)豎直布置，所述噴絲頭I設(shè)計(jì)有若干種適用于靜電紡絲的類型，在裝置立式配置時(shí)采用敞開金屬圓盤式噴絲頭，在裝置臥式配置時(shí)采用針頭式噴絲頭以及多針頭組合式噴絲頭，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)2和外側(cè)金屬圓環(huán)3同時(shí)與高壓靜電發(fā)生裝置負(fù)電極12連接或同時(shí)接地，所述喇叭形輸送管道4采用絕緣材料制成，所述喇叭形輸送管道4的喇叭口直徑根據(jù)外側(cè)金屬圓環(huán)3的直徑制定，且保證喇叭形輸送管道4的喇叭口直徑大于外側(cè)金屬圓環(huán)3的直徑，所述渦流管5由貫穿一側(cè)管壁的輸送孔14、下部管壁上的進(jìn)風(fēng)孔15、管內(nèi)上部的堵頭16、堵頭16中心的引紗管17以及管內(nèi)下部的腔體18組成，所述輸送孔14與喇叭形輸送管道4尾部連接，所述進(jìn)風(fēng)孔15在渦流管5的管壁上均勻的布置有2至10個(gè)，所述腔體18下部與抽氣真空泵6相連，所述堵頭16中心沿渦流管5中心軸線方向布置引紗管17，所述引紗管17內(nèi)穿行紗線13，所述紗線13由布置在渦流管5上方的引紗羅拉I 7和引紗羅拉118組合牽引，所述紗線13最終卷繞在布置在最高處的卷繞羅拉9上，所述渦流管
5、抽氣真空泵6、卷繞羅拉9、引紗羅拉I 7和引紗羅拉118布置在屏蔽罩10的外面。
[0031]實(shí)施例1
[0032]下面采用聚丙烯腈(PAN)與二甲基甲酰胺(DMF)所配制的溶液進(jìn)行紡紗。通過自動(dòng)輸液裝置將濃度為15%的聚丙烯腈(PAN)溶液注入噴絲頭I中，噴絲頭I直接連接高壓靜電發(fā)生裝置的正電極11，將內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)2以及外側(cè)金屬圓環(huán)3同時(shí)接高壓靜電發(fā)生裝置的負(fù)電極12，打開高壓靜電發(fā)生裝置，設(shè)置正負(fù)電壓值分別為38kV和-2kV ;打開真空抽氣泵6，取向納米纖維經(jīng)由喇叭形輸送管道4進(jìn)入渦流管5形成纖維環(huán)，種子紗從渦流管5上的引紗管17中吸入，與纖維環(huán)搭接，紗尾形成近似圓錐形的紗環(huán)，紗尾在渦流場(chǎng)的作用下，沿渦流管5管壁繞中心軸線高速回轉(zhuǎn)而獲得加捻；紗線13在引紗羅拉I 7和引紗羅拉118組合牽引的作用下，由渦流管5的引紗管17中導(dǎo)出，最終卷繞在卷繞羅拉9上，制備出的納米纖維紗線的直徑約為216 μ m。
【權(quán)利要求】
1.一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，分為立式和臥式兩種配置，包括喇叭形輸送管道(4)，其特征在于:所述喇叭形輸送管道(4)的喇叭口布置有內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)(2)和外側(cè)金屬圓環(huán)(3)，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)(2)和外側(cè)金屬圓環(huán)(3)與高壓靜電發(fā)生裝置負(fù)電極(12)連接,所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)(2)和外側(cè)金屬圓環(huán)(3)是布置在同一平面內(nèi)的同心圓環(huán),所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)(2)、外側(cè)金屬圓環(huán)(3)和喇叭形輸送管道(4)的喇叭口位于同一平面，所述喇叭形輸送管道(4)的喇叭口中心正對(duì)噴絲頭(1 )，所述噴絲頭(1)與高壓靜電發(fā)生裝置正電極(11)相連，所述噴絲頭(1)和喇叭形輸送管道(4)的頭部布置在屏蔽罩(10)內(nèi)，所述喇叭形輸送管道(4)尾部與渦流管(5)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渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)(2)和外側(cè)金屬圓環(huán)(3)裝置立式配置時(shí)水平布置，裝置臥式配置時(shí)豎直布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述噴絲頭(1)在裝置立式配置時(shí)采用敞開金屬圓盤式噴絲頭，噴絲頭(I)在裝置臥式配置時(shí)采用針頭式噴絲頭以及多針頭組合式噴絲頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述內(nèi)側(cè)金屬圓環(huán)(2)和外側(cè)金屬圓環(huán)(3)同時(shí)與高壓靜電發(fā)生裝置負(fù)電極(12)連接或同時(shí)接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述喇叭形輸送管道(4)采用絕緣材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述喇叭形輸送管道(4)的喇叭口直徑根據(jù)外側(cè)金屬圓環(huán)(3)的直徑制定，且保證喇叭形輸送管道(4)的喇叭口直徑大于外側(cè)金屬圓環(huán)(3)的直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述渦流管(5)由貫穿一側(cè)管壁的輸送孔(14)、下部管壁上的進(jìn)風(fēng)孔(15)、管內(nèi)上部的堵頭(16)、堵頭(16)中心的引紗管(17)以及管內(nèi)下部的腔體(18)組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述輸送孔(14)與喇叭形輸送管道(4)尾部連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述進(jìn)風(fēng)孔(15)在渦流管(5)的管壁上均勻的布置有2至10個(gè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述腔體(18)下部與抽氣真空泵(6)相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述堵頭(16)中心沿渦流管(5)中心軸線方向布置引紗管(17)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述引紗管(17)內(nèi)穿行紗線(13)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述紗線(13)由布置在渦流管(5)上方的引紗羅拉I (7)和引紗羅拉II (8)組合牽引。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述紗線(13)最終卷繞在布置在最高處的卷繞羅拉(9)上。
15.根據(jù)權(quán)利要求1或10或13或14所述的一種取向靜電紡納米纖維渦流紡成紗裝置，其特征在于，所述渦流管(5)、抽氣真空泵(6)、卷繞羅拉(9)、引紗羅拉I (7)和引紗羅拉II (8)布置在屏蔽罩(10)的 外面。
【文檔編號(hào)】D01H4/02GK203451695SQ201320083418
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)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(qǐng)人:東華大學(xué)