CN104831426A - 双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置、方法及用途 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置、方法及用途。该装置由喇叭喷头、双级剪切牵伸的双锥筒、集束器、卷绕机构、注液腔、负高压源、双驱动机构组成，其直纺微米纱的方法是：由注液腔挤出的高聚物溶液在高电场强度作用下，经喇叭喷头边缘分裂、呈伞状喷射的亚微米粗细的液态丝于正锥筒内壁，在第一剪切牵伸区作用下形成初牵伸纳米丝；再到达反锥筒内壁，并在第二剪切牵伸区作用下，形成再牵纳米丝并完全凝固后，经加捻区到达集束器汇聚形成微米纱，而卷绕制成可直接织造用或经捻饼线后织造用的微米尺度的纱线。装置结构简洁、实效、合理，可实现单丝纳米化和高强度化的纺丝及加捻汇聚成纱。

Description

双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置、方法及用途

技术领域

本发明涉及静电纺丝、静电纺纱和纳米纤维纺丝机械领域，特别是涉及一种静电直纺微米纱的纺纱技术。

背景技术

近年来随着纳米技术的发展，静电纺丝技术获得了快速发展。目前静电纺丝得到的纳米纤维尺度大多在亚微米尺度(100～1000nm)，而小于100nm的真正纳米纤维较少。则如何将亚微米粗细的纤维缩小到纳米尺度纤维是有待学者研究的问题。

静电纺纤维在环境、能源、生物医学、光电等领域均有应用，然而目前研究的静电纺纳米纤维主要以纤维直接堆砌的膜或毡的形式出现，是二维无序的纤维集合体，严重阻碍了这种材料的拓展应用。通常纱线可用于梭织、针织或编织，但直接以散纤维是不能用于针织、梭织和编织的，更不用说采用纳米散纤维体。同时目前的静电纺纤维的粗细偏粗、强度偏低或很低，几乎难以满足实用织物的要求，甚至无法直接织造成布。因此，将所成纳米纤维束直接纺成微米的纱，进而应用于机织、针织或编织，制备出多种结构及形状的织物，提供静电纺丝的单丝强度、细化单丝到纳米尺寸和粗细均匀化，是静电纺纳米技术中亟待解决的问题，也是纳米纤维应用发展的基础。同时，也出现一些静电纺丝直纺纱线的报道。

如Dalton[Dalton PD，Polymer，2005，46，611-614]等利用双圆碟装置收集到并形成取向排列的微米纱，此方法制备纱线条干和取向好，但纤维只有静电场牵伸，而无任何机械牵伸，故单丝在亚微米尺度且强度低，纤维成纱偏粗、强度亦低。Li[中国专利ZL201110205027.0]公开了一种静电纺纳米纤维纱线的方法和装置，利用漏斗接收装置，对漏斗后端的圆柱管道切向抽真空，形成气流进行装置，但是后面既无牵伸又无加捻卷绕装置无法实现连续成纱。Li[Li N，Materials Letters，2012：245-247]等自制一种装有高速气流的漏斗型收集装置，气流作为动力载体可形成多种纤维集合体和连续纱线，漏斗收集器分为漏斗和圆柱两个部分，但高速气流只能对纳米纤维实现加捻作用，无纱线连续收集装置而最终纤维束不带有捻度。

覃小红，吴韶华[中国专利ZL201310058070.8]公开了一种取向静电纺连续纱线制备装置及方法，其利用相对配置并接正负极喷头和金属圆形靶的旋转实现纳米纤维纺纱的连续生产，取向度和产量虽高，但亦不存在对丝束牵伸，单丝偏粗，强度无法改善，成纱细度变细受限制，强度较差。Usman Ali[Usman Ali，The TextileInstitute，2012(1)：80-88]；He[He J，Journal of Applied Polymer Science，2014，131(8)]；He[He J，Polymer International，2014，63(7)：1288-1294]等也有相关研究，未涉及剪切牵伸，且喇叭口仅为收集外侧喷纺得到的亚微米纤维旋转加捻直接返回卷绕成纱的机构。原理与本发明完全不同。覃小红，吴韶华[中国专利ZL201320083418.4]公开了一种涡流纺成纱装置，利用喇叭形输送管道正对喷丝头并与涡流管输送孔相连，利用涡流作用加捻成纱，虽可连续制备纳米线纱线生产效率较高，但仍无剪切牵伸，则纤维取向和强度不足。

Li[Li Jie，Polymer Engineering&Science，2013，54，1618-1624]公开了一种聚酰胺6、66共聚物长丝纱连续静电纺丝方法。纤维束集于表面活性剂浴液中，集束的纤维经卷绕成初纺纱，再经过加热和二次牵伸得长丝纱，为了牵伸卷绕不易断裂需控制液体收集装置浴液，适用范围有所限制。Eugene Smit[EugeneSmit，Polymer，2005(46)：2419-2423]、俞昊[中国专利ZL201908162]也有相似的研究工作。其在静电纺过程上无牵伸装置，既非直纺成纱，且纺成纱中纤维细度粗、强度低且损伤大、工序多、能耗大，是不争的事实。

综上，现有的静电纺直纺成纱均未产生剪切牵伸，则更无双级剪切牵伸方法来实现对静电纺丝的牵伸变细并能达到真正纳米尺寸和单丝强度提升的直纺技术。二级牵伸纳米纤维的结构和粗细更均匀、强度更高、细度更细，而且实现纳米尺度纤维和高强的微米纱更容易。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用不同转速的正、反锥筒及其间的相互配合对喇叭喷头喷射出的亚微米静电丝实现两次剪切牵伸的静电直纺机构与方法，以此来获得细度更细达纳米尺寸、强度更强达实用织物要求的纳米丝和微米纱。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，其特征在于：包括

用于将高聚物溶液进行伞状喷射形成亚微米粗细的液态丝的喇叭形的喷头；

用于接收液态丝并对其实施两级剪切牵伸的配对锥筒；配对锥筒由转向相同转速不同的正锥筒和反锥筒相对配置而成，正锥筒接收液态丝并对其实施汇聚剪切形成初牵纳米丝，反锥筒将初牵纳米丝再剪切牵细成再牵纳米丝；

用于将已固化的再牵纳米丝剥离汇聚成纳米丝束并集束加捻成微米纱的集束器；

用于向喷头提供高聚物溶液的注液腔；

用于在喷头和正锥筒之间形成负高压电场，从而使从喷头喷出的喷射流牵伸变细落在正锥筒的前端口内侧，形成伞状分布的液态丝的负高压源；

用于将已集束成形的微米纱卷取成形的卷绕机构；

用于驱动配对锥筒高速旋转从而剪切牵伸液态丝和初牵纳米丝的双驱动机构。

优选地，所述喷头由与所述负高压源相连的喇叭喷头、用于封闭与屏蔽的环套和与所述注液腔相连通的注入管依次连接构成。

优选地，所述喇叭喷头边缘与正锥筒前端口内侧的连线斜率大于正锥筒的斜率，且正锥筒后端口距正锥筒前端口的距离能保证初牵纳米丝不完全固化；所述反锥筒前端口与反锥筒后端口的距离能保持再牵纳米丝完全固化和便于剥离；所述反锥筒前端口与正锥筒后端口相邻设置，且正锥筒和反锥筒的后端口均为圆角；所述正锥筒的负压小于所述喇叭喷头的负压；所述反锥筒为接地。

优选地，所述集束器的内孔为喇叭口，集束器与转动的配对锥筒相配合完成对纳米丝束的加捻与集束成微米纱。

优选地，所述负高压源为可以提供6～30kv的负高压的发生器。

优选地，所述卷绕机构包括卷取辊、槽筒和纱筒，已固化的再牵纳米丝由转动的卷取辊牵引从反锥筒上剥离汇聚成纳米丝束到达集束器，并在反锥筒的转动下加捻形成微米纱，然后经槽筒卷绕和纱筒收集，形成形态稳定的微米纱的筒子纱。

优选地，所述双驱动机构驱动正锥筒和反锥筒，正锥筒的驱动是由与正锥筒相接触的正锥主动筒、驱动正锥主动筒转动的正锥过桥轮、与正锥主动筒成对地使正锥筒平稳转动并且使其中心轴与喇叭喷头中心点和集束器中心连线同轴的正锥托筒、驱动正锥过桥轮的正锥传动轴、驱动正锥传动轴转动并可调速的正锥高速电机构成；反锥筒驱动是由与反锥筒相接触的反锥主动筒、驱动反锥主动筒转动的反锥过桥轮、与反锥主动筒(成对地使反锥筒平稳转动并且使其中心轴与正锥筒同轴的反锥托筒、驱动反锥过桥轮的反锥传动轴、驱动反锥传动轴转动并可调速的反锥高速电机构成。

本发明的另一个技术方案是提供了上述双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置的直纺方法，其特征在于，步骤为：

第一步、静电喷丝：高聚物溶液由注液腔以恒定流量经注入管到达喇叭喷头形成均匀膜，并在喇叭喷头的边缘因负高压电场的作用分裂并被牵伸变细而落于配对锥筒的正锥筒前端口的内侧，形成伞状分布的液态丝；

第二步、一级剪切牵伸：伞状分布的液态丝因被喇叭喷头和正锥筒的内壁握持，且正锥筒高速转动，从而形成对液态丝的剪切牵伸，使液态丝进一步细化而成初牵纳米丝，但初牵纳米丝出正锥筒后端口后仍未完全固化；

第三步、二级剪切牵伸：未完全凝固的初牵纳米丝因正锥筒与反锥筒的速度差从旋转的正锥筒上剥离并被再次剪切牵伸，进入到反锥筒前端口内侧，形成再牵纳米丝并完全固化；

第四步、集束加捻：已固化的再牵纳米丝因卷取辊的牵引从反锥筒剥离并加捻汇聚成纳米丝束进入集束器，并在反锥筒的转动下加捻形成微米纱，然后经槽筒卷绕于纱筒上，形成形态稳定得微米纱的筒子纱。

本发明的另一个技术方案是提供了上述双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置的应用，其特征在于：将上述剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置用于静电纺的单丝粗细在纳米尺度的直接成纱加工，用于成纱粗细在微米尺度的直接成纱加工，或者用于捻度可调、成纱粗细比微米尺度更细的直接成纱加工。

本发明的原理是不仅利用射流的负高压电场作用的拉伸变细的作用，还利用喇叭形边缘与电场结合的方式形成液膜的分裂成丝，以形成亚微米尺寸的液态丝，而且在纺丝过程中引入双级旋转剪切作用使未完全凝固的丝束变得更细、更强、更均匀，同时以获得双级剪切作用的旋转对成形纳米丝束实施加捻汇聚成纱，从而实现对现有静电纺直纺成纱中纤维纳米化、高强化和直接成纱等难题的解决。

本发明具有如下有益效果：①采用喇叭喷头，形成伞状分布的液态丝，有利于静电纺丝的产量化和细度化，结构简单实用；②带有相互配合的正反锥筒的剪切牵伸及加捻机构，可以实现液态丝的两次牵伸细化，可得到纳米尺度的纳米丝和微米尺度的静电纺纱线；③可实现各种高聚物溶液静电纺丝的牵伸细化，并利用锥筒和集束器集束加捻，最终纱线的排列和强度更好。

附图说明

图1为本发明提供的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置主体视图；

图2为本发明提供的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置剖视图；

图中：1-喷头：11-喇叭喷头，12-环套，13-注入管；2-配对锥筒：21-正锥筒，22-反锥筒；3-集束器；4-注液腔；5-负高压源；6-卷绕机构：61-卷取辊，62-槽筒，63-纱筒；7-双驱动机构：70-正锥主动筒，71-正锥过桥轮，72-正锥传动轴，73-正锥托筒，74-正锥高速电机，75-反锥主动筒，76-反锥过桥轮，77-反锥传动轴，78-反锥托筒，79-反锥高速电机；8-纳米纤维：81-液态丝，82-初牵纳米丝，83-再牵纳米丝，84-纳米丝束，85-微米纱；A区-一级牵伸区，B区-二级牵伸区，C区-加捻集束区。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本发明提供的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置主体视图，所述的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置由喷头1、配对锥筒2、集束器3、注液腔4、负高压源5、卷绕机构6、双驱动机构7等构成。

喷头1包括依次连接的喇叭喷头11、环套12和注射管13，注射管13连接注液腔4。配置好适宜浓度的的PAN(聚丙烯腈)或PVA(聚乙烯醇)高聚物溶液，将高聚物溶液由注液腔4以一定流量经注入管13到达喇叭喷头11形成均匀膜，其中注入管13采用不受溶液腐蚀的聚四氟乙烯材料。

配对锥筒2由转向相同转速不同的正锥筒21和反锥筒22相对配置而成，正锥筒21和反锥筒22的锥口直径大的一端相对设置，后端口均为圆角，防止刮伤纳米丝，便于剥离。将负高压源5的一端接在喇叭喷头11上，另一端接在内壁为金属导电的正锥筒21上，可提供6～30kv的高压。

在负高压源5作用下，喇叭喷头11与正锥筒21之间可产生负高压电场，均匀膜在适当大小的喇叭喷头11的边缘因负高压电场的作用分裂并被牵伸变细而落于配对锥筒2的正锥筒21前端口的内侧，形成伞状分布的液态丝81。

结合图2，伞状分布的液态丝81因被喇叭喷头11张口处和正锥筒21的金属内壁握持，且正锥筒21又在高速转动，所以对液态丝81产生剪切力，从而实现剪切牵伸作用，剪切牵伸使液态丝81进一步细化而成初牵纳米丝82，并在正锥筒21中开始固化，设定锥筒21一定长度而保证初牵纳米丝82在正锥筒21不完全凝固；初牵纳米丝82从旋转的正锥筒21进入到反锥筒22前端口内侧，因正锥筒21和反锥筒22转向相同转速不同而形成速度差，在保证初牵纳米丝82在正锥筒21后端口和反锥筒22前端口间被握持条件下，速度差对初牵纳米丝82产生剪切作用力，从而实现初牵纳米丝82的再次剪切牵伸形成再牵纳米丝83并完全固化，二次牵伸使得纳米丝进一步细化，得到更细的纳米纤维；已固化的再牵纳米丝83由一定转速卷取辊61牵引从反锥筒22上剥离汇聚成纳米丝束84到达内孔为喇叭口的集束器3，并在反锥筒22的转动下加捻形成微米纱85，接着经槽筒62卷绕与纱筒63收集，形成形态稳定的微米纱85的筒子纱，结果因微米纱中的纳米纤维的细化使得到的纱线质量更好。

其中，必须保证喇叭喷头11、配对锥筒2、集束器3、卷绕机构6的轴心在一条直线。配对锥筒2内侧均为金属材质，包含正锥筒21和反锥筒22。喇叭喷头11至正锥筒21前端口为一级牵伸区(A区)，正锥筒21后端与反锥筒22前端部分形成二级牵伸区(B区)，反锥筒22后端口与集束器3前端间为加捻集束区(C区)。

正锥筒21和反锥筒22通过双驱动机构7实现相互作用的。正锥筒21驱动是由与正锥筒21相接触的正锥主动筒70、驱动正锥主动筒70转动的正锥过桥轮71、与正锥主动筒70成对地使正锥筒21平稳转动并且使其中心轴与喇叭喷头11中心点及集束器3中心连线同轴的正锥托筒73、驱动正锥过桥轮71的正锥传动轴72、驱动正锥传动轴72转动并可调速的正锥高速电机74构成，正锥过桥轮71转向与正锥主动筒70转向相同。反锥筒22驱动是由与反锥筒22相接触的反锥主动筒75、驱动反锥主动筒75转动的反锥过桥轮76、与反锥主动筒75成对地使反锥筒22平稳转动并且中心轴与喇叭喷头11中心点及集束器3中心连线同轴的反锥托筒78、驱动反锥过桥轮71的反锥传动轴77、驱动反锥传动轴77转动并可调速的反锥高速电机79构成，反锥过桥轮76转向与反锥主动筒75转向相同。正锥主动筒70转速小于反锥主动筒75转速。

表1所示为本发明提供的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置在不同实施例中的工艺参数和实测结果。

表1中，流量指单位时间内流过的溶液容积量，电压指高压电源产生的电压大小，正锥筒斜率指正锥筒前端口到正锥筒后端口连线与水平线形成的角度的正切值，喇叭喷头斜率指喇叭喷头前端与后端连线与水平线所成角度的正切值，一级牵伸区斜率指喇叭喷头后端口与正锥筒前端连线与水平线所成角度的正切值。

表1中有具体实施例1～12均是在双级剪切牵伸静电纺纱装置得到不同的纳米丝和微米纱，只是采用不同种类的适当浓度的聚合物溶液、不同静电纺纱装置零件工艺参数、不同静电纺纱方法设定参数，进行按本发明的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱方法制备纳米丝和微米纱。

双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置和方法以及静电纺直纺工艺，可得到纳米尺度的纳米丝和亚微米尺度的单丝，即粗细在0～500nm，由此直纺成微米尺度的微米纱，即粗细在1～100μm。具体工艺参数又和实测结果见表1，单丝直径表示单根纤维的粗细指标，单位nm；微米纱直径表示纱线的粗细指标，单位μm；单丝强度表示纤维抵抗外力破坏能力的指标，单位cN/dtex；纱线强度表示纱线抵抗外力破坏能力的指标，单位cN/tex；CV值是指变异系数大小，是各工艺参数的标准差与平均数的比值。

由实施例1～12的实测结果(见表1)可知：锥体锥筒的纳米丝较粗于喇叭体锥筒的结果，锥筒或牵伸区斜率大的纳米丝的粗细较粗，其主要原因是有一定的撞击阻碍和较早剥离；静电压和剪切牵伸的锥筒转速对单丝粗细影响明显，是静电负高压越高、电场牵伸作用越强，锥筒转速越高、剪切作用越强的缘故；而纳米单丝的强度与粗细结果相反，即越细的单丝，强度相对较高。这正好突破了原来或现行静电纺丝的致命缺陷，而实现越好、越强。其单丝强度明显高于现行静电纺丝的强度的1～3倍，成为可直接纺纱的纳米纤维，而单丝细度亦变细几倍到一个数量级。由于单丝细度的变细和单丝强度的提高，直纺微米纱的粗细和强度的结果是一一对应的，即越细越强。另外，由于静电场和机械剪切的双重牵伸以及锥筒的握持保护使纺成纳米单丝的粗细变异系数(CV)变强只有18.0％～22.0％，比常规的50％～150％成倍的减少，这使所成微米纱的粗细不匀值(CV)＜5.5％；强度不匀率(CV)＜5.2％，与现有长丝束的强度不匀相当甚至更优。实施例1～12的所有细度和强度结果均成倍优于现行静电纺纤维，且能直接成纱，证明该静电纳米纺丝并直纺微米纱装置及方法的有效与优势。

表1 本发明装置在不同实施例中的工艺参数和实测结果

Claims (10)

1.一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，其特征在于：包括

用于将高聚物溶液进行伞状喷射形成亚微米粗细的液态丝(81)的喇叭形的喷头(1)；

用于接收液态丝(81)并对其实施两级剪切牵伸的配对锥筒(2)；配对锥筒(2)由转向相同转速不同的正锥筒(21)和反锥筒(22)相对配置而成，正锥筒(21)接收液态丝(81)并对其实施汇聚剪切形成初牵纳米丝(82)，反锥筒(22)将初牵纳米丝(82)再剪切牵细成再牵纳米丝(83)；

用于将已固化的再牵纳米丝(83)剥离汇聚成纳米丝束(84)并集束加捻成微米纱(85)的集束器(3)；

用于向喷头(1)提供高聚物溶液的注液腔(4)；

用于在喷头(1)和正锥筒(21)之间形成负高压电场，从而使从喷头(1)喷出的喷射流牵伸变细落在正锥筒(21)的前端口内侧，形成伞状分布的液态丝(81)的负高压源(5)；

用于将已集束成形的微米纱(85)卷取成形的卷绕机构(6)；

用于驱动配对锥筒(2)高速旋转从而剪切牵伸液态丝(81)和初牵纳米丝(82)的双驱动机构(7)。

2.如权利要求1所述的一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，其特征在于：所述喷头(1)由与所述负高压源(5)相连的喇叭喷头(11)、用于封闭与屏蔽的环套(12)和与所述注液腔(4)相连通的注入管(13)依次连接构成。

3.如权利要求2所述的一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，其特征在于：所述喇叭喷头(11)边缘与正锥筒(21)前端口内侧的连线斜率大于正锥筒(21)的斜率，且正锥筒(21)后端口距正锥筒(21)前端口的距离能保证初牵纳米丝(82)不完全固化；所述反锥筒(22)前端口与反锥筒(22)后端口的距离能保持再牵纳米丝(83)完全固化和便于剥离；所述反锥筒(22)前端口与正锥筒(21)后端口相邻设置，且正锥筒(21)和反锥筒(22)的后端口均为圆角；所述正锥筒(21)的负压小于所述喇叭喷头(11)的负压；所述反锥筒(22)为接地。

4.如权利要求1所述的一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，其特征在于：所述集束器(3)的内孔为喇叭口，集束器(3)与转动的配对锥筒(2)相配合完成对纳米丝束(84)的加捻与集束成微米纱(85)。

5.如权利要求1所述的一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，其特征在于：所述负高压源(5)为可以提供6～30kv的负高压的发生器。

6.如权利要求1或2所述的一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，其特征在于：所述卷绕机构(6)包括卷取辊(61)、槽筒(62)和纱筒(63)，已固化的再牵纳米丝(83)由转动的卷取辊(61)牵引从反锥筒(22)上剥离汇聚成纳米丝束(84)到达集束器(3)，并在反锥筒(22)的转动下加捻形成微米纱(85)，然后经槽筒(62)卷绕和纱筒(63)收集，形成形态稳定的微米纱(85)的筒子纱。

7.如权利要求2所述的一种双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置，其特征在于：所述双驱动机构(7)驱动正锥筒(21)和反锥筒(22)，正锥筒(21)的驱动是由与正锥筒(21)相接触的正锥主动筒(70)、驱动正锥主动筒(70)转动的正锥过桥轮(71)、与正锥主动筒(70)成对地使正锥筒(21)平稳转动并且使其中心轴与喇叭喷头(11)中心点和集束器(3)中心连线同轴的正锥托筒(73)、驱动正锥过桥轮(71)的正锥传动轴(72)、驱动正锥传动轴(72)转动并可调速的正锥高速电机(74)构成；反锥筒(22)驱动是由与反锥筒(22)相接触的反锥主动筒(75)、驱动反锥主动筒(75)转动的反锥过桥轮(76)、与反锥主动筒(75)成对地使反锥筒(22)平稳转动并且使其中心轴与正锥筒(21)同轴的反锥托筒(78)、驱动反锥过桥轮(71)的反锥传动轴(77)、驱动反锥传动轴(77)转动并可调速的反锥高速电机(79)构成。

8.一种采用如权利要求6所述的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置的直纺方法，其特征在于，步骤为：

第一步、静电喷丝：高聚物溶液由注液腔(4)以恒定流量经注入管(13)到达喇叭喷头(11)形成均匀膜，并在喇叭喷头(11)的边缘因负高压电场的作用分裂并被牵伸变细而落于配对锥筒(2)的正锥筒(21)前端口的内侧，形成伞状分布的液态丝(81)；

第二步、一级剪切牵伸：伞状分布的液态丝(81)因被喇叭喷头(11)和正锥筒(21)的内壁握持，且正锥筒(21)高速转动，从而形成对液态丝(81)的剪切牵伸，使液态丝(81)进一步细化而成初牵纳米丝(82)，但初牵纳米丝(82)出正锥筒(21)后端口后仍未完全固化；

第三步、二级剪切牵伸：未完全凝固的初牵纳米丝(82)因正锥筒(21)与反锥筒(22)的速度差从旋转的正锥筒(21)上剥离并被再次剪切牵伸，进入到反锥筒(22)前端口内侧，形成再牵纳米丝(83)并完全固化；

第四步、集束加捻：已固化的再牵纳米丝(83)因卷取辊(61)的牵引从反锥筒(22)剥离并加捻汇聚成纳米丝束(84)进入集束器(3)，并在反锥筒(22)的转动下加捻形成微米纱(85)，然后经槽筒(62)卷绕于纱筒(63)上，形成形态稳定得微米纱(85)的筒子纱。

9.一种采用如权利要求1所述的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置的应用，其特征在于：将如权利要求1所述的剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置用于静电纺的单丝粗细在纳米尺度的直接成纱加工。

10.一种采用如权利要求1所述的双级剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置的应用，其特征在于：将如权利要求1所述的剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置用于成纱粗细在微米尺度的直接成纱加工，或者用于捻度可调、成纱粗细比微米尺度更细的直接成纱加工。