膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置及制備納米纖維紗方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于靜電紡絲技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置，本發(fā)明還涉及利用上述裝置制備連續(xù)納米纖維紗的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]靜電紡絲是一種簡(jiǎn)單有效制備納米纖維的技術(shù)，它主要是利用聚合物或熔體在靜電場(chǎng)中受到電場(chǎng)力的拉伸作用而獲得納米纖維。由于納米纖維具有比表面積較大的特性，在光學(xué)和電學(xué)材料、過(guò)濾材料以及增強(qiáng)復(fù)合材料等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
[0003]靜電紡射流在電場(chǎng)中不穩(wěn)定的鞭動(dòng)，使得射流以螺旋狀運(yùn)動(dòng)狀態(tài)沉積到接收屏上，最終得到纖維呈隨機(jī)排列的纖維膜。纖維膜中纖維的雜亂排列以及纖維膜較低的力學(xué)性能嚴(yán)重阻礙了這種材料在某些應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。因此，將納米纖維加工成納米纖維紗的形式，能使該材料具有更為廣闊的應(yīng)用前景。
[0004]目前，有學(xué)者先通過(guò)制備有序排列的纖維束，然后對(duì)其進(jìn)行加捻得到納米纖維紗。如Teo等采用2塊呈一線排列且具有一定間距的金屬刀片作為接收裝置，納米纖維束收集在2塊金屬刀片之間，之后對(duì)納米纖維束進(jìn)行洗滌干燥并加捻，可得到定長(zhǎng)的納米纖維紗線。Liu等利用環(huán)狀不銹鋼電極作為接收裝置，纖維沉積在不銹鋼電極上得到納米纖維束，然后對(duì)納米纖維束進(jìn)行加捻，得到納米纖維紗。另有學(xué)者在紡絲過(guò)程中將紡出的纖維直接加捻得到納米纖維紗。如Afifi等首先將納米纖維沉積在漏斗型收集裝置的口徑平面處，然后采用絕緣棒將納米纖維束牽引到正上方的輥筒上，當(dāng)漏斗型收集裝置旋轉(zhuǎn)時(shí)可對(duì)納米纖維束加捻，最終以紗線的形式卷繞到輥筒上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置，采用該裝置可穩(wěn)定獲得細(xì)度均勻且連續(xù)的納米纖維紗。
[0006]本發(fā)明的另一目的是提供利用上述膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置制備連續(xù)納米纖維紗的方法。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置，包括依次設(shè)置的供液裝置，紡絲裝置，收集裝置，切條裝置，熱牽伸裝置，熱定型裝置及加捻卷繞裝置；
[0008]供液裝置包括微量注射泵，注射器夾持在微量注射泵上，注射器通過(guò)導(dǎo)液管與噴絲頭下端連接；
[0009]紡絲裝置包括設(shè)置有兩組或兩組以上并聯(lián)噴絲頭的針板，針板底部設(shè)置有金屬電極，金屬電極通過(guò)導(dǎo)線與直流高壓發(fā)生器的正極連接，金屬電極還通過(guò)導(dǎo)線與相互并聯(lián)在一起的所有噴絲頭的下端相連接，直流高壓發(fā)生器的負(fù)極接地；
[0010]收集裝置包括由卷簾輥a和卷簾輥b驅(qū)動(dòng)的傳送帶式金屬網(wǎng)收集簾，收集簾位于針板正下方，收集裝置接地；
[0011]切條裝置包括輸出羅拉，輸出羅拉與收集裝置連接，輸出羅拉下方設(shè)置有切條器，切條器與喇叭口集束器的一端連接；
[0012]熱牽伸裝置包括牽伸羅拉，牽伸羅拉位于熱牽伸倉(cāng)內(nèi)；
[0013]熱定型裝置包括熱定型倉(cāng)；
[0014]加捻卷繞裝置包括加捻器，加捻器上設(shè)置有卷取輥；
[0015]熱定型裝置和加捻卷繞裝置之間設(shè)置有握持羅拉。
[0016]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0017]切條器為帶有齒狀刀片的導(dǎo)輥。
[0018]切條器與喇叭口集束器之間設(shè)置有卷?xiàng)l輥a和卷?xiàng)l輥b，卷?xiàng)l輥a和卷?xiàng)l輥b分別位于切條器外側(cè)。
[0019]牽伸羅拉包括具有速度差的后羅拉和前羅拉，喇叭口集束器與后羅拉連接。
[0020]加捻器為沿X-Y平面旋轉(zhuǎn)的圓盤，卷取輥在加捻器上沿Y-Z平面旋轉(zhuǎn)。
[0021]本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種制備連續(xù)納米纖維紗的方法，所采用的膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置，包括供液裝置，紡絲裝置，收集裝置，切條裝置，熱牽伸裝置，熱定型裝置及加捻卷繞裝置；
[0022]供液裝置包括微量注射泵，注射器夾持在微量注射泵上，注射器通過(guò)導(dǎo)液管與噴絲頭下端連接；
[0023]紡絲裝置包括設(shè)置有兩組或兩組以上并聯(lián)噴絲頭的針板，針板底部設(shè)置有金屬電極，金屬電極通過(guò)導(dǎo)線與直流高壓發(fā)生器的正極連接，金屬電極還通過(guò)導(dǎo)線與相互并聯(lián)在一起的所有噴絲頭的下端相連接，直流高壓發(fā)生器的負(fù)極接地；
[0024]收集裝置包括由卷簾輥a和卷簾輥b驅(qū)動(dòng)的傳送帶式金屬網(wǎng)收集簾，收集簾位于針板正上方，收集裝置接地；
[0025]切條裝置包括輸出羅拉，輸出羅拉與收集裝置連接，輸出羅拉下方設(shè)置有切條器，切條器與喇叭口集束器的一端連接；
[0026]熱牽伸裝置包括牽伸羅拉，牽伸羅拉位于熱牽伸倉(cāng)內(nèi)；
[0027]熱定型裝置包括熱定型倉(cāng)；
[0028]加捻卷繞裝置包括加捻器，加捻器上設(shè)置有卷取輥；
[0029]熱定型裝置和加捻卷繞裝置之間設(shè)置有握持羅拉。
[0030]切條器為帶有齒狀刀片的導(dǎo)輥。
[0031 ] 切條器與喇叭口集束器之間設(shè)置有卷?xiàng)l輥a和卷?xiàng)l輥b，卷?xiàng)l輥a和卷?xiàng)l輥b分別位于切條器外側(cè)。
[0032]牽伸羅拉包括具有速度差的后羅拉和前羅拉，喇叭口集束器與后羅拉連接。
[0033]加捻器為沿X-Y平面旋轉(zhuǎn)的圓盤，卷取輥在加捻器上沿Y-Z平面旋轉(zhuǎn)。
[0034]具體按以下步驟實(shí)施:
[0035]步驟1:配制紡絲溶液；
[0036]步驟2:紡絲、收集；
[0037]將步驟I制得的紡絲液注入供液裝置的注射器內(nèi)，開(kāi)啟微量注射泵和直流高壓發(fā)生器，調(diào)整紡絲參數(shù)，紡絲液從噴絲頭噴出，形成靜電紡射流，并以螺旋狀的運(yùn)動(dòng)軌跡沉積到收集簾的表面；同時(shí)開(kāi)啟電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷簾輥a和卷簾輥b，帶動(dòng)收集簾水平運(yùn)動(dòng)，使纖維膜前端到達(dá)輸出羅拉；
[0038]步驟3:切條、牽伸、定型；
[0039]將纖維膜喂入輸出羅拉鉗口，使纖維膜與收集簾分離，切條器上的齒狀刀片將纖維膜切成條，不整齊的邊條被卷?xiàng)l輥a和卷?xiàng)l輥b收集，其它切條通過(guò)喇叭口集束器，進(jìn)入置于熱牽伸倉(cāng)內(nèi)的牽伸羅拉鉗口，通過(guò)后羅拉和前羅拉之間的速度差對(duì)纖維條進(jìn)行熱牽伸，牽伸后的纖維條進(jìn)入熱定型倉(cāng)進(jìn)行熱定型；
[0040]步驟4:加捻、卷繞；
[0041]開(kāi)啟加捻裝置，定型后的纖維條由握持羅拉握持，加捻器在X-Y平面旋轉(zhuǎn)，使纖維條加捻成纖維紗，同時(shí)卷取輥在Y-Z平面上旋轉(zhuǎn)，使得加捻得到纖維紗纏繞到卷取輥上，最終得到連續(xù)納米纖維紗。
[0042]本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，
[0043]噴絲頭與收集簾之間的接收距離為70mm?150mm。
[0044]噴絲頭的內(nèi)徑為0.5mm?2mm。
[0045]本發(fā)明的有益效果是，膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置集切條、熱牽伸、熱定型、加捻和卷繞于一體，可制備連續(xù)納米纖維紗，并且通過(guò)控制纖維膜切條數(shù)(切條寬度)和纖維膜厚度(切條厚度)，得到一系列不同細(xì)度的納米纖維紗。在很大程度上優(yōu)化了靜電紡制備納米纖維紗的工藝方法，且該方法簡(jiǎn)便易操作。
【附圖說(shuō)明】
[0046]圖1是本發(fā)明膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0047]圖中，1.直流高壓發(fā)生器，2.微量注射泵，3.噴絲頭，4.注射器，5.針板，6.導(dǎo)液管，7.導(dǎo)線，8.卷簾輥a，9.收集簾，10.卷簾輥b，11.輸出羅拉，12.纖維膜，13.齒狀刀片，
14.切條器，15卷?xiàng)l輥a，16.卷?xiàng)l輥b，17.喇叭口集束器，18.后羅拉，19.前羅拉，20.熱牽伸倉(cāng)，21.熱定型倉(cāng)，22.握持羅拉，23.卷取輥，24.加捻器。
【具體實(shí)施方式】
[0048]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0049]本發(fā)明膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括依次設(shè)置的供液裝置，紡絲裝置，收集裝置，切條裝置，熱牽伸裝置，熱定型裝置及加捻卷繞裝置；
[0050]供液裝置包括微量注射泵2，注射器4夾持在微量注射泵2上，注射器4通過(guò)導(dǎo)液管6與噴絲頭3下端連接；
[0051]紡絲裝置包括設(shè)置有兩組或兩組以上并聯(lián)噴絲頭3的針板5，針板5底部設(shè)置有金屬電極，金屬電極通過(guò)導(dǎo)線7與直流高壓發(fā)生器I的正極連接，金屬電極還通過(guò)導(dǎo)線與相互并聯(lián)在一起的所有噴絲頭3的下端相連接，直流高壓發(fā)生器I的負(fù)極接地；
[0052]收集裝置包括由卷簾輥a8和卷簾輥blO驅(qū)動(dòng)的傳送帶式金屬網(wǎng)收集簾9，收集簾9位于針板5正上方，收集裝置接地；
[0053]切條裝置包括輸出羅拉11，輸出羅拉11與收集裝置連接，輸出羅拉11下方設(shè)置有切條器14，切條器14與喇叭口集束器17的一端連接；
[0054]熱牽伸裝置包括牽伸羅拉，牽伸羅拉位于熱牽伸倉(cāng)20內(nèi)；
[0055]熱定型裝置包括熱定型倉(cāng)21 ;
[0056]加捻卷繞裝置包括加捻器24，加捻器24上設(shè)置有卷取輥23 ;
[0057]熱定型裝置和加捻卷繞裝置之間設(shè)置有握持羅拉22。
[0058]其中，切條器14為帶有齒狀刀片13的導(dǎo)輥；切條器14與喇叭口集束器17之間設(shè)置有卷?xiàng)l輥al5和卷?xiàng)l輥bl6，卷?xiàng)l輥al5和卷?xiàng)l輥bl6分別位于切條器14外側(cè)；牽伸羅拉包括具有速度差的后羅拉18和前羅拉19，喇叭口集束器17與后羅拉18連接；加捻器24為沿X-Y平面旋轉(zhuǎn)的圓盤，卷取輥23在加捻器24上沿Y-Z平面旋轉(zhuǎn)。
[0059]利用上述膜裂法靜電紡連續(xù)納米纖維紗裝置制備納米纖維紗的方法，具體按以下步驟實(shí)施:
[0060]步驟1:配制紡絲溶液；
[0061]步驟2:紡絲、收集；
[0062]在室溫、相對(duì)濕度為40%?60%的環(huán)境中，將步驟I制得的紡絲液注入供液裝置的注射器4內(nèi)，開(kāi)啟微量注射泵2，待紡絲液正常流通，設(shè)置合適流速，開(kāi)啟直流高壓發(fā)生器1，調(diào)整電壓與流速相配合；噴絲頭3與收集簾9之間形成電場(chǎng)，噴絲頭3頂部形成的球狀液滴在電場(chǎng)作用下拉伸，從噴絲頭3噴出，形成靜電紡射流，并以螺旋狀的運(yùn)動(dòng)軌跡沉積到收集簾9的表面；同時(shí)開(kāi)啟電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷簾輥a8和卷簾輥blO，帶動(dòng)收集簾9水平向右運(yùn)動(dòng)，纖維膜12前端到達(dá)輸出羅拉11 ;
[0063]其中噴絲頭3與收集簾9之間的接收距離為70mm?150mm ;噴絲頭3的內(nèi)徑為0.5mm ?2mm ；
[0064]步驟3:切條、牽伸、定型；
[0065]將纖維膜12喂入輸出羅拉11鉗口，使纖維膜12與收集簾9分離，再經(jīng)過(guò)切條器14上的齒狀刀片13將纖維膜12切成條，不整齊的邊條被卷?xiàng)l輥al5和卷?xiàng)l輥bl6收集，其它切條通過(guò)喇叭口集束器17，進(jìn)入置于熱牽伸倉(cāng)20內(nèi)的牽伸羅拉鉗口，通過(guò)后羅拉18和前羅拉19之間的速度差對(duì)纖維條進(jìn)行熱牽伸，牽伸