CN103215667B - 一种制备可用于再纺织加工的尼龙长纳米纤维纱的方法和装置 - Google Patents

一种制备可用于再纺织加工的尼龙长纳米纤维纱的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备可用于再纺织加工的尼龙长纳米纤维纱的方法，其包括以下步骤：常温下将聚酰胺溶于溶剂中，待完全溶解后，搅拌20-24小时，制得纺丝液，纺丝液的质量百分比浓度为10%-40%；将制得的纺丝液采用低速旋转喷丝的方法进行纺丝，喷丝头转速为1000-8000转/分，收集得到蓬松的尼龙长纳米纤维纱。本发明采用低速旋转喷丝的方法制备纳米纤维，由于旋转速度低，因此制得的纳米纤维是连续长纤维，直径均匀，而且不会粘连在一起，形成蓬松的，可分离的长纳米纤维纱，这种长纳米纤维纱可以像面纱一样用传统的纺纱工艺再加工，从而制备由纳米纤维构成的线，甚至纺织成纳米布。

Description

一种制备可用于再纺织加工的尼龙长纳米纤维纱的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种可用于再纺织加工的尼龙长纳米纤维纱的制备方法，同时还涉及该方法所采用的旋转喷射纺丝装置。
背景技术
近几年来，随着纳米技术的迅猛发展，纳米纤维因其独特的性质越来越得到研究者的重视。纳米纤维的主要特点是尺寸大大缩小，具有许多特殊性质，如表面效应、小尺寸效应、界面效应和量子尺寸效应等。总体来说，制备纳米纤维的方法有很多，如拉伸法、模板合成法、自组装法、微相分离法、静电纺丝法等。静电纺丝技术制备的电纺纤维膜具有比表面积大、孔隙率高、空洞连通性好等特点，因此，电纺纤维膜在增强复合材料、过滤分离、组织工程、生物催化等领域具有潜在应用价值。当前,静电纺丝已经成为纳米纤维的主要制备方法之一。电纺丝技术是利用聚合物溶液（或熔体）在电场下的喷射，经溶剂蒸发或熔体冷却而固化，来制备纳米级超精细纤维的一种新型加工方法。然而，尽管电纺丝用途和普及广泛，但由于其需要高压电场控制、对溶液电导率变化较敏感、生产率较低以及生产出三维结构较困难等缺点限制了其应用。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种制备可用于再纺织加工的尼龙长纳米纤维纱的方法；
本发明的目的之二在于提供一种可供上述方法使用的旋转喷射纺丝装置。
其技术解决方案是：
一种制备可用于再纺织加工的尼龙长纳米纤维纱的方法，其包括以下步骤：
常温下将聚酰胺溶于溶剂中，待完全溶解后，搅拌20-24小时，制得纺丝液，纺丝液的质量百分比浓度为10%-40%；将制得的纺丝液采用低速旋转喷丝的方法进行纺丝，喷丝头转速为1000-8000转/分，收集得到蓬松的尼龙长纳米纤维纱。
上述聚酰胺优选为尼龙6、尼龙66、尼龙610或尼龙1010。
上述溶剂优选为甲酸、乙酸、三氟乙酸或甲磺酸。
上述纺丝液的质量百分比浓度优选为20%-30%，喷丝头转速优选为3000-3500转/分。
一种旋转喷射纺丝装置，其包括用于盛放纺丝液的纺丝管、带动纺丝管旋转的电机、以及纤维收集器，纺丝管竖直设置，顶端敞口，底端封闭并与电机转轴固定连接，在纺丝管的管壁下部设置有外伸的喷丝头，在喷丝头的内部顺延其轴向设置有喷丝孔，喷丝孔与纺丝管内部连通，纤维收集器设置在纺丝管的下方，喷丝孔喷出的纺丝液固化后形成的纤维落入纤维收集器中。
优选的，上述喷丝头水平设置。
优选的，上述喷丝孔的孔径为0.6mm。
本发明的有益技术效果是：
本发明采用低速旋转喷丝的方法制备纳米纤维，由于旋转速度低，因此制得的纳米纤维是连续长纤维，直径均匀，而且不会粘连在一起，形成蓬松的，可分离的长纳米纤维纱，这种长纳米纤维纱可以像面纱一样用传统的纺纱工艺再加工，从而制备由纳米纤维构成的线，甚至纺织成纳米布。另外，本发明提供了一种旋转喷射纺丝装置，该装置可供上述方法使用，结构简单，操作方便。
附图说明
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步说明：
图1为旋转喷射纺丝装置的结构示意图；
图中：1-纺丝管，2-电机，201-转轴，3-纤维收集器，4-喷丝头，5-纳米纤维；
图2为PA6质量百分比浓度30%，放大倍数5000倍，转速分别为2000、3000、3500、4000转/分的纤维扫描电镜图；其中，图2-1示出转速为2000转/分时所制得纤维的扫描电镜图，图2-2示出转速为3000转/分时所制得纤维的扫描电镜图，图2-3示出转速为3500转/分时所制得纤维的扫描电镜图，图2-4示出转速为4000转/分时所制得纤维的扫描电镜图。
具体实施方式
如图1所示，一种旋转喷射纺丝装置，其包括纺丝管1、电机2以及纤维收集器3。纺丝管1竖直设置，其顶端敞口，底端封闭，内部用于盛放纺丝液，在纺丝管1的管壁下部设置有喷丝头4。喷丝头4水平设置，在喷丝头4的内部顺延其轴向设置有喷丝孔，喷丝孔与纺丝管1的内部连通。电机2的转轴201与纺丝管1的底端固定连接。纤维收集器3设置在纺丝管1的下方。
上述喷丝头4的旋转半径为10cm，喷丝孔的孔径为0.6mm。
下面结合上述旋转喷射纺丝装置对制备尼龙长纳米纤维纱的方法进行说明。
常温下将尼龙6溶于甲酸中，配制质量百分比浓度为30%的尼龙6-甲酸溶液，待完全溶解后，常温下用78-2型双向磁力加热搅拌器搅拌24小时，制得纺丝液。将制得的纺丝液从顶端敞口加入纺丝管1中，开动电机2，使电机2带动与转轴201固定连接的纺丝管1旋转，控制喷丝头4的转速为3500转/分。旋转喷丝头4喷出的纺丝液固化后形成的纳米纤维落入纤维收集器3中。此低速旋转喷射纺丝的方法制得的是连续长纤维，直径均匀，在100-2000纳米范围，可根据需要调节，而且纳米纤维不会粘结在一起，而是形成蓬松的纳米纤维纱，可以进行纺纱工艺加工。
制备方法同上，区别在于调整喷丝头4的转速分别为2000转/分、3000转/分或4000转/分。将上述不同转速下制得的PA6纳米纤维固定在试样台上，喷金处理后，用日立S-4700型扫描电子纤维镜观察纤维形貌，结果如图2所示。从图2中可以看出，纤维的排列比较整齐，直径分布较均匀，大部分集中在800nm左右，说明运用旋转纺丝法可以制得直径较为均匀的PA6纳米纤维。
上述尼龙长纳米纤维纱还可采用以下方法制备。
如，配制质量百分比浓度为20%的尼龙6-甲酸溶液，其余制备方法同上。
再如，配制质量百分比浓度为40%的尼龙6-甲酸溶液，控制喷丝头的转速为3000转/分，其余制备方法同上。
如，将尼龙66溶于乙酸中，配制质量百分比浓度为30%的尼龙66-乙酸溶液，控制喷丝头的转速为2000转/分，其余制备方法同上。
再如，将尼龙1010溶于甲磺酸中，配制质量百分比浓度为35%的尼龙1010-甲磺酸溶液，控制喷丝头的转速为3500转/分，其余制备方法同上。
应当理解的是，上述针对实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换、简单组合等多种变形，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种制备可用于再纺织加工的尼龙长纳米纤维纱的方法，其特征在于包括以下步骤：
常温下将聚酰胺溶于溶剂中，待完全溶解后，搅拌20-24小时，制得纺丝液，纺丝液的质量百分比浓度为20％-30％；将制得的纺丝液采用低速旋转喷丝的方法进行纺丝，喷丝头转速为3000-3500转/分，喷丝孔的孔径为0.6mm，收集得到蓬松的尼龙长纳米纤维纱；所述聚酰胺为尼龙6、尼龙66、尼龙610或尼龙1010；所述溶剂为甲酸、乙酸、三氟乙酸或甲磺酸。
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