CN102912502A - 纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置及纺纱方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：包括左侧和右侧纺丝液注射器，左、右侧纺丝液注射器接高压电源正极，接收盘接高压电源负极；在所述左侧接收盘和右侧接收盘的外侧设置左侧长丝导入装置和右侧长丝导入装置，在左侧接收盘和右侧接收盘下方设置卷绕装置。本发明所述纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，包括以下工艺步骤：（1）静电纺丝；（2）在静电纺丝的同时，向两个纳米纤维接收盘上引入长丝，使纳米纤维粘附在两根长丝上；（3）将两根长丝进行加捻并合，得到所述的纳米纤维与长丝复合纱线。本发明得到的纳米/长丝复合纱线具有纳米纤维的超高比表面积和长丝的高强力特性。

Description

纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置及纺纱方法

技术领域

本发明涉及一种复合纱纺制方法，尤其是一种纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置及纺纱方法，属于复合纱线生产技术领域。

背景技术

静电纺丝技术是制备纳米级纤维及纤维膜的有效方法，然而纳米纤维及纳米纤维膜的极低强力是其进一步应用到工业相关领域的重要阻碍。长丝尤其是锦纶类长丝的强力是工业应用中受欢迎的特征之一。若能将静电纺纳米纤维的纳米效应和长丝的强力有效结合从而生产出一种新型的纳米/长丝复合纱，将开拓纳米纤维的工业应用新领域。

静电纺丝技术是通过在聚合物溶液喷出器和接收板之间施加电场从而制造纳米级纤维的纺丝技术。该方法首先将聚合物溶液或熔融体带上几千至上万伏静电，使得聚合物克服表面张力形成喷射细流，细流在喷射过程中溶剂蒸发、聚合物固化，吸附在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。

静电纺丝纳米纤维具有超高比表面积、高孔隙率和强吸附性能等特点，可广泛应用于过滤、光催化、传感器和生物应用等领域。

长丝是连续长度很长的化学纤维中的丝条，其长度达几千米或几万米，可分单丝和复丝两种。化学纤维长丝普遍应用于各种衣着、装饰用和其他产业部门，其中Kevlar纤维（凯夫拉尔纤维）、碳纤维、玻璃纤维等特种长丝已是工业应用中的奇葩。

纳米纤维由于具有良好的粘附性能和表面吸附性，容易粘附在长丝上，但也容易剥落。将两根同时吸附了纳米纤维的长丝再进一步同时捻和、并股，将实现长丝与纳米纤维的有效抱和与捻附。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置及纺纱方法，该装置和方法可以制备得到具有纳米效应和长丝增强效应的复合材料。

按照本发明提供的技术方案，所述纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：包括左侧纺丝液注射器和右侧纺丝液注射器，左侧纺丝液注射器和右侧纺丝液注射器的注射喷口分别对准左侧接收盘和右侧接收盘，左侧纺丝液注射器和左侧接收盘分别接左侧高压电源的正极和负极，右侧纺丝液注射器和右侧接收盘分别接右侧高压电源的正极和负极；在所述左侧接收盘和右侧接收盘的外侧分别设置左侧长丝导入装置和右侧长丝导入装置；在所述左侧接收盘和右侧接收盘的下方设置卷绕装置。

所述左侧接收盘和右侧接收盘分别为中心开孔的圆盘。

所述左侧长丝导入装置包括左侧导纱管、左侧导纱钩和左侧张力片，左侧导纱管的一端设置在左侧接收盘的中心孔中，左侧导纱管的另一端依次设置左侧导纱钩和左侧张力片；所述右侧长丝导入装置包括右侧导纱管、右侧导纱钩和右侧张力片，右侧导纱管的一端设置在右侧接收盘的中心孔中，右侧导纱管的另一端依次设置右侧导纱钩和右侧张力片。

所述卷绕装置包括依次设置在左侧接收盘和右侧接收盘下方的导纱器、槽筒和纱管。

所述左侧接收盘和右侧接收盘的直径为5~15cm。

所述左侧接收盘和右侧接收盘朝向左侧纺丝液注射器和右侧纺丝液注射器一面的表面为锥状、凸面或平面。

本发明所述纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是，包括以下工艺步骤：

（1）静电纺丝：将纺丝聚合物溶解于纺丝溶剂中制得纺丝溶液，将纺丝溶液分别加入到两个纺丝液注射器中，纺丝液注射器喷口接高压电源的正极，纳米纤维接收盘接负极，将纺丝溶液喷射到两个纳米纤维接收盘上，得到纳米纤维；所述纺丝聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝丝素蛋白或聚氨酯弹性体；所述纺丝溶剂为水、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、间甲酚、硫酸、二甲基甲酰胺、甲酸、乙酸、丙酸、异丙醇、丙酮、六氟异丙醇中的一种或多种；

（2）在纺丝液喷射到纳米纤维接收盘的同时，分别向两个纳米纤维接收盘上引入长丝，长丝引入时的张力为0.4~0.6cN/tex，使纳米纤维接收盘上的纳米纤维分别粘附在两根长丝上；

（3）再将粘附了纳米纤维的两根长丝在卷绕装置上进行加捻并合，得到所述的纳米纤维与长丝复合纱线。

所述步骤（1）中，纺丝聚合物溶解于纺丝溶剂后在18~30℃的温度下搅拌12~24小时，以得到质量量百分浓度为8~20%的纺丝溶液；所述高压电源的电压为5~30kV，纺丝溶液的喷射速度为0.1~5毫升/小时，环境温度为18~30℃，环境相对湿度为40~65%RH；所述纳米纤维接收盘在静电纺丝过程中保持旋转，旋转速度为2~100转/分钟；所述纳米纤维接收盘与纺丝液喷射器喷喷口之间的距离为5~30厘米，两个纺织液喷射器之间的距离为5~30厘米。

所述步骤（3）的加捻并合过程中，卷绕速度为3~100转/分钟，纳米纤维接收盘与卷绕装置的距离为5~30厘米。

所述长丝为涤纶纤维、锦纶纤维、氨纶纤维、腈纶纤维、粘胶纤维、聚乳酸纤维、醋酸纤维、蚕丝纤维的单丝或复丝。

本发明由于将长丝与纳米纤维双组分双复合，将纳米纤维与长丝进行有效的聚合，因而可以方便简单的纺制纳米/长丝复合纱线，纳米/长丝复合纱线具有纳米纤维的超高比表面积和长丝的高强力特性。

附图说明

图1为本发明所述纺纱装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施你对本发明作进一步说明。

如图1所示：所述纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置包括左侧纺丝液注射器1、右侧纺丝液注射器1’、左侧高压电源2、右侧高压电源2’、左侧张力片3、右侧张力片3’、左侧导纱钩4、右侧导纱钩4’、左侧导纱管5、右侧导纱管5’、左侧接收盘6、右侧接收盘6’、导纱器7、槽筒8、纱管9等。

如图1所示，本发明所述纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置包括左侧纺丝液注射器1和右侧纺丝液注射器1’，左侧纺丝液注射器1和右侧纺丝液注射器1’的注射喷口分别对准左侧接收盘6和右侧接收盘6’，左侧纺丝液注射器1和左侧接收盘6分别接左侧高压电源2的正极和负极，右侧纺丝液注射器1’和右侧接收盘6’分别接右侧高压电源2’的正极和负极；所述左侧接收盘6和右侧接收盘6’分别为中心开孔的圆盘，在左侧接收盘6和右侧接收盘6’的中心孔中分别设置左侧导纱管5和右侧导纱管5’，左侧导纱管5和右侧导纱管5’的外侧分别设置左侧张力片3和右侧张力片3’，左侧张力片3和左侧导纱管5之间设置左侧导纱钩4，右侧张力片3’和右侧导纱管5’之间设置右侧导纱钩4’；在所述左侧接收盘6和右侧接收盘6’的下方依次设置导纱器7、槽筒8和纱管9；

所述左侧接收盘6和右侧接收盘6’的直径为5~15cm，所述左侧接收盘6和右侧接收盘6’朝向左侧纺丝液注射器1和右侧纺丝液注射器1’一面的表面为锥状、凸面或平面；

所述左侧张力片3和左侧导纱钩4将左侧长丝10由左侧导纱管5的一端引入左侧导纱管5的管腔，再由左侧导纱管5的另一端、通过左侧接收盘6的中心孔；所述右侧张力片3’和右侧导纱钩4’将右侧长丝10’由右侧导纱管5’的一端引入右侧导纱管5’的管腔，再由右侧导纱管5’的另一端、通过右侧接收盘6’的中心孔；左侧接收盘6、右侧接收盘6’和槽筒8分别由电机带动旋转，左侧长丝10和右侧长丝10’分别在左侧接收盘6和右侧接收盘6’上与纳米纤维聚合加捻成复合纱，再由导纱器7和槽筒8缠绕到纱管9上。

实施例一：纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱方法，采用以下工艺步骤：

（1）将丙酮:二甲基乙酰胺按2:1的体积比配成均一的纺丝溶剂，把分子量分布为30000、乙酰化为39.8%的二醋酸纤维素溶解于该纺丝溶剂中，在25℃室温下搅拌12小时，制得均一的纺丝溶液，纺丝液中二醋酸纤维素质量分数为11%；

（2）将纺丝溶液分别加入到两个纺丝液注射器中进行静电纺丝，两个纺丝液注射器之间的距离为15cm，导纱器与纳米纤维接收盘的距离为15cm；纺丝液注射器接高压电源的正极，纳米纤维接收盘接高压电源的负极；静电纺丝的电压为20kV，纺丝速度为0.8毫升/小时，纺丝环境温度25℃，纺丝环境相对湿度为50%RH，纳米纤维接收盘与纺丝液注射器喷口之间的距离为11.0厘米；

（3）在静电纺丝的同时，将两组涤纶长丝喂入纳米纤维接收盘，使纳米纤维分别粘附在两根涤纶长丝上；所述长丝引入时的张力为0.6cN/tex；

（4）将粘附有纳米纤维的两根涤纶长丝在槽筒上进行旋转卷绕，卷绕速度为30转/分钟，得到所述的纳米纤维与长丝复合纱线；所述的复合纱线中长丝细度为20D，静电纺纳米纤维直径为500nm。

实施例二：纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱方法，采用以下工艺步骤：

（1）将相对分子质量为75000的聚丙烯腈溶解于二甲基乙酰胺中，在28℃室温下搅拌12小时，制得均一的纺丝溶液，纺丝溶液中聚丙烯腈的质量分数为10%；

（2）将纺丝溶液分别加入到两个纺丝液注射器中，两个纺丝液注射器之间的距离为10cm，导纱器与接收盘的距离为10cm；纺丝液注射器接高压电源正极，纳米纤维接收盘接高压电源负极，静电纺丝电压为30kV，纺丝速度为0.5毫升/小时，纺丝环境温度28℃，纺丝环境相对湿度为50%RH，纳米纤维接收板与纺丝液注射器喷口之间的距离为13.5厘米；

（3）在静电纺丝的同时，将两根锦纶长丝分别喂入纳米纤维接收盘，使两根锦纶长丝上粘附纳米纤维；所述长丝引入时的张力为0.4cN/tex；

（4）将粘附有纳米纤维的两根锦纶长丝在槽筒上进行卷绕，卷绕速度为20转/分钟，得到所述的纳米纤维与长丝复合纱线；所述的复合纱线的长丝细度为5D，静电纺纳米纤维直径为100nm。

实施例三：纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱方法，采用以下工艺步骤：

（1）将平均分子量为10000的聚乳酸溶解于二氯甲烷中，在25℃室温下搅拌12小时，制得均一的纺丝溶液，溶液中聚乳酸的质量分数为8%；

（2）将纺丝溶液分别加入到两个纺丝液注射器中，两个纺丝液注射器之间的距离为8cm， 导纱器与纳米纤维接收盘的距离为8cm；纺丝液注射器接高压电源正极，纳米纤维接收盘接高压电源负极，静电纺丝电压为15kV，纺丝速度为0.8毫升/小时，纺丝环境温度25℃，纺丝环境相对湿度为60%RH，纳米纤维接收盘与纺丝液注射器喷口之间的距离为17厘米；

（3）将两根聚乳酸纤维长丝分别喂入两个纳米纤维接收盘，使两根聚乳酸纤维长丝粘附上纳米纤维；所述长丝引入时的张力为0.5cN/tex；

（4）将粘附有纳米纤维的两根聚乳酸纤维长丝在槽筒上进行卷绕，卷绕速度为25转/分钟，得到所述的纳米纤维与长线复合纱线；所述复合纱线中的长丝细度为9D，静电纺纳米纤维直径为300nm。

Claims (10)

1.一种纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：包括左侧纺丝液注射器（1）和右侧纺丝液注射器（1’），左侧纺丝液注射器（1）和右侧纺丝液注射器（1’）的注射喷口分别对准左侧接收盘（6）和右侧接收盘（6’），左侧纺丝液注射器（1）和左侧接收盘（6）分别接左侧高压电源（2）的正极和负极，右侧纺丝液注射器（1’）和右侧接收盘（6’）分别接右侧高压电源（2’）的正极和负极；在所述左侧接收盘（6）和右侧接收盘（6’）的外侧分别设置左侧长丝导入装置和右侧长丝导入装置；在所述左侧接收盘（6）和右侧接收盘（6’）的下方设置卷绕装置。

2.如权利要求1所述的纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：所述左侧接收盘（6）和右侧接收盘（6’）分别为中心开孔的圆盘。

3.如权利要求2所述的纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：所述左侧长丝导入装置包括左侧导纱管（5）、左侧导纱钩（4）和左侧张力片（3），左侧导纱管（5）的一端设置在左侧接收盘（6）的中心孔中，左侧导纱管（5）的另一端依次设置左侧导纱钩（4）和左侧张力片（3）；所述右侧长丝导入装置包括右侧导纱管（5’）、右侧导纱钩（4’）和右侧张力片（3’），右侧导纱管（5’）的一端设置在右侧接收盘（6’）的中心孔中，右侧导纱管（5’）的另一端依次设置右侧导纱钩（4’）和右侧张力片（3’）。

4.如权利要求2所述的纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：所述卷绕装置包括依次设置在左侧接收盘（6）和右侧接收盘（6’）下方的导纱器（7）、槽筒（8）和纱管（9）。

5.如权利要求2所述的纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：所述左侧接收盘（6）和右侧接收盘（6’）的直径为5~15cm。

6.如权利要求2所述的纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：所述左侧接收盘（6）和右侧接收盘（6’）朝向左侧纺丝液注射器（1）和右侧纺丝液注射器（1’）一面的表面为锥状、凸面或平面。

7.一种纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是，包括以下工艺步骤：

（1）静电纺丝：将纺丝聚合物溶解于纺丝溶剂中制得纺丝溶液，将纺丝溶液分别加入到两个纺丝液注射器中，纺丝液注射器喷口接高压电源的正极，纳米纤维接收盘接负极，将纺丝溶液喷射到两个纳米纤维接收盘上，得到纳米纤维；所述纺丝聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝丝素蛋白或聚氨酯弹性体；所述纺丝溶剂为水、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、间甲酚、硫酸、二甲基甲酰胺、甲酸、乙酸、丙酸、异丙醇、丙酮、六氟异丙醇中的一种或多种；

（2）在纺丝液喷射到纳米纤维接收盘的同时，分别向两个纳米纤维接收盘上引入长丝，长丝引入时的张力为0.4~0.6cN/tex，使纳米纤维接收盘上的纳米纤维分别粘附在两根长丝上；

（3）再将粘附了纳米纤维的两根长丝在卷绕装置上进行加捻并合，得到所述的纳米纤维与长丝复合纱线。

8.如权利要求7所述的纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：所述步骤（1）中，纺丝聚合物溶解于纺丝溶剂后在18~30℃的温度下搅拌12~24小时，以得到质量量百分浓度为8~20%的纺丝溶液；所述高压电源的电压为5~30kV，纺丝溶液的喷射速度为0.1~5毫升/小时，环境温度为18~30℃，环境相对湿度为40~65%RH；所述纳米纤维接收盘在静电纺丝过程中保持旋转，旋转速度为2~100转/分钟；所述纳米纤维接收盘与纺丝液喷射器喷喷口之间的距离为5~30厘米，两个纺织液喷射器之间的距离为5~30厘米。

9.如权利要求7所述的纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：所述步骤（3）的加捻并合过程中，卷绕速度为3~100转/分钟，纳米纤维接收盘与卷绕装置的距离为5~30厘米。

10.如权利要求7所述的纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置，其特征是：所述长丝为涤纶纤维、锦纶纤维、氨纶纤维、腈纶纤维、粘胶纤维、聚乳酸纤维、醋酸纤维、蚕丝纤维的单丝或复丝。

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