CN103966675A - 纳米复合纱的制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米复合纱的制备方法及装置，其中制备方法步骤如下：以0.01~10m/min速度向前牵引制备复合纱的芯材；通过气泡纺丝装置拉伸出纳米纤维，并沉积在所述的芯材的表面上；将表面沉积有纳米纤维的芯材通过凝固浴凝固，经压辊处理后输出。与现有技术相比，本发明采用气泡纺丝装置将纳米纤维沉积在芯材的表面形成纳米复合纱，高分子纳米纤维转移在外，强伸性好、接触舒适性差、成本低的纤维包覆在内，形成真正意义上的性能互补与优势强化。气泡静电纺丝产生的纳米纤维在向带相反电荷的接收板转移的过程中，在途中有效沉积在从中间经过的纱线上，操作简单，表面沉积纳米纤维的纱线通过凝固浴，提升抱合性，以更好地发挥纳米效应，从而提高多种性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米复合纱的制备方法及装置，属于特种纤维制备技术领域。
背景技术
目前，纳米纤维由于具有高比表面积、高表面活性、优良的导电、机械等性能，在生物医用、纺织行业、复合材料等方面取得了广泛应用，气泡静电纺丝技术结合力学原理和数学方法研究纺丝过程中的各种现象，是纺丝技术上的革命，属于纳米技术的突破，能够优质高效地连续制备纳米纤维。如今，赛络纺以平行喂入或平行切分的方法加捻并合纤维来纺纱，典型的双边结构，其经济效益显著，纱线质量好，工艺改造简单方便，适用范围广，但是因为两种纤维始终平行的交替暴露在外，虽然能将多种材料组合在一起形成性能互补，却始终无法做到劣势或缺陷的掩盖和去除，达不到很多实用效果。
采用皮芯结构的纺纱成型方法，将多功能性的纳米纤维材料裹覆在纱线外，将赛络纺与气泡静电纺丝结合，形成真正意义上的性能强化，同时，气泡静电纺丝里以无纺布形式收集纳米纤维，总是规整的外形，也实现了形貌的多样化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种可高效生产纳米复合纱的方法及装置，解决复合纱功能局限、外形单一等问题，使纳米纤维裹覆在复合纱外表面，经凝固浴处理以后，得到抱合性好的皮芯结构纳米纤维的高分子长纱，以更好地发挥纳米效应，从而提升多种性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种纳米复合纱的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、以0.01~10m/min速度向前牵引制备复合纱的芯材；
步骤二、通过气泡纺丝装置拉伸出纳米纤维，并沉积在所述的芯材的表面上；
步骤三、将表面沉积有纳米纤维的芯材通过凝固浴凝固，经压辊处理后输出。
一种纳米复合纱的制备装置，其特征在于：包括芯材输出装置、气泡纺丝装置、凝固浴、辊压装置以及复合纱收集装置，所述的气泡纺丝装置包括高压电源、接收板以及气泡纺设备，所述的高压电源与所述的气泡纺装置连接，所述的气泡纺设备和接收板位于所述芯材输出装置和凝固浴之间且分布在芯材输出路径的两侧，在所述凝固浴的后端依次设置所述的辊压装置和复合纱收集装置。
本发明与现有技术相比，本发明采用气泡纺丝装置将纳米纤维沉积在芯材的表面形成纳米复合纱，具有如下优点：
（1）本发明所述的纳米复合纱制备方法将气泡静电纺丝与赛络纺相结合，采用皮芯结构的纺纱成型方法，高分子纳米纤维转移在外，强伸性好、接触舒适性差、成本低的纤维包覆在内，形成真正意义上的性能互补与优势强化。
（2）本发明所述的皮芯结构纺纱成型方法，气泡静电纺丝生产的纳米纤维在向带相反电荷的接收板转移的过程中，在途中有效沉积在从中间经过的纱线上，操作简单，并且改变了因为传统接收板装置一直以来的规整外形。
（3）本发明所述的复合纱制备方法，表面沉积纳米纤维的纱线通过凝固浴，提高了纳米纤维与芯材纤维之间的抱合性。
附图说明
图1是本发明复合纱制备装置的结构示意图。
其中：1、高压电源，2、气泡静电纺丝设备，3、芯材输出装置，4、接收板，5、纳米复合纱，6、凝固浴，7、辊压装置，8、复合纱收集装置。
具体实施方式
下面结合具体实施案例，进一步阐述本发明，而这些实施案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。同时，在阅读本发明讲授的内容后，本领域的技术人员可以对本发明做各种改动或修改，这些等价形式同样属于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的纳米复合纱由芯材和皮层组成，涉及到气泡静电纺丝与赛络纺的结合，其中芯材为复合纱，皮层为高分子纳米纤维。
本发明一种纳米复合纱的制备装置，有芯材输出装置3、气泡纺丝装置、凝固浴6、辊压装置7、纳米复合纱5以及复合纱收集装置8，气泡纺丝装置包括高压电源1、接收板4以及气泡静电纺丝设备2。芯材输出装置3数量不少于两个，没有上限，可以根据不同的芯材需要进行计算和设计；芯材输出装置3上的芯材种类可以为同一种纱线，也可以为多种类纱线复合，可以根据不同的需求来设置。纳米复合纱的制备装置所涉及的气泡静电纺丝设备2，所用溶液涵盖如PVA、PEO、PES等所有聚合物纺丝可纺溶液。制备装置所涉及的凝固浴6将表面沉积有纳米纤维的芯材通过凝固浴凝固，提高了纳米纤维与芯材纤维之间的抱合性。纳米复合纱的制备装置所涉及的辊压装置7，根据最终复合纳米纱的形貌性能要求来设置压辊的数量多少（2~2000个），便于对辊面压力进行控制。
实施例1
将一定浓度的纺丝溶液置于气泡静电纺丝设备2的储液池中，通过高压电源1施加合适电压，调整好接收板距离，以尼龙纤维长丝为芯材，用2个输出装置输出然后复合，从储液池与接收板之间经过，纺丝溶液在电场力的作用下被拉伸形成纳米纤维，沉积在以0.1m/min速度向前牵引的尼龙纤维长丝上，将表面沉积有纳米纤维的芯材通过凝固浴凝固，经5个压辊处理后输出，得到了表面包覆纳米纤维的复合尼龙长纱。
尼龙纤维强度高、伸长能力强并且弹性优良，耐磨性好，但很容易吸收水分，耐热性、耐光性都差，选取用气泡静电纺丝法可以制备出的耐高温性能好、防水性能优良的纳米纤维包覆在尼龙长纱表面后，提升尼龙纤维的耐热性、防水性等多种性能。
实施例2
将一定浓度的纺丝溶液置于气泡静电纺丝设备2的储液池中，通过高压电源1施加合适电压，调整好接收板距离，以蚕丝和聚氨酯纤维长丝为芯材，用8个输出装置复合，其中4个用于蚕丝输出，另外4个用于聚氨酯纤维长丝输出，从气泡储液池与接收板之间经过，纺丝溶液在电场力的作用下被拉伸形成纳米纤维，沉积在以2m/min速度向前牵引的蚕丝纤维上，将表面沉积有纳米纤维的芯材通过凝固浴凝固，经15个压辊处理后输出，得到了表面包覆纳米纤维的复合长纱。
蚕丝纤维吸湿能力很好，强度和伸长率在天然纤维里面也算比较优良的，平滑而且富有弹性，但是蚕丝纤维耐光性很差，强度不高；聚氨酯纤维丝有类似于橡胶丝的高弹性回复率和高断裂伸长，良好的耐气候性，但耐热性、吸湿性较差。将两种纱线复合以后，选取用气泡静电纺丝法可以制备出的强度较高、耐热性能优良的纳米纤维包覆在复合长纱表面后，提升复合纤维的强度和耐热性等多种性能。
Claims (2)
1.一种纳米复合纱的制备方法，其特征在于，步骤如下：
步骤一、以0.01~10m/min速度向前牵引制备复合纱的芯材；
步骤二、通过气泡纺丝装置拉伸出纳米纤维，并沉积在所述的芯材的表面上；
步骤三、将表面沉积有纳米纤维的芯材通过凝固浴凝固，经压辊处理后输出。
2.一种纳米复合纱的制备装置，其特征在于：包括芯材输出装置、气泡纺丝装置、凝固浴、辊压装置以及复合纱收集装置，所述的气泡纺丝装置包括高压电源、接收板以及气泡纺设备，所述的高压电源与所述的气泡纺装置连接，所述的气泡纺设备和接收板位于所述芯材输出装置和凝固浴之间且分布在芯材输出路径的两侧，在所述凝固浴的后端依次设置所述的辊压装置和复合纱收集装置。
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