CN106319647A - 一种制备纳米纤维集合体的方法及预处理装置 - Google Patents

一种制备纳米纤维集合体的方法及预处理装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及纳米纤维集合体的制备，属于纺织领域。一种制备纳米纤维集合体的方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：将牵引长丝浸入预处理液一定时间；步骤二：以牵引长丝为中心轴，通过静电纺丝在牵引长丝周围形成纳米纤维，纳米纤维沉积在牵引长丝和接收器之间；步骤三：接收器旋转带动纳米纤维围绕牵引长丝以一定转速旋转，拉动牵引长丝，将纳米纤维缠绕在牵引长丝外层形成纳米纤维集合体。当采用不同的预处理液对牵引长丝进行预处理后，能够提高纳米纤维集合体的结合紧密度，甚至能够增加功能性材料的复合层，使得纳米纤维集合体具备特定性功能。本发明还提供一种预处理装置用于对牵引长丝进行预处理。

Description

一种制备纳米纤维集合体的方法及预处理装置
技术领域
本发明涉及纺织领域，具体涉及一种制备纳米纤维集合体的方法及预处理装置。
背景技术
静电纺丝主要是利用高压电场中液体形成泰勒锥，然后在静电力的作用下延伸，形成纳米纤维。所形成的纳米纤维经过收集形成纳米纤维集合体，现有技术中有许多制备纳米纤维集合体的收集方法，比如美国专利US6106913-A中，采用气流沉积法将纳米纤维引导到牵引长丝上，然后经过卷绕形成纳米纤维包缠的牵引长丝。后续的改进技术采用喇叭形接收器，对纳米纤维的收集方式进行优化，比如中国专利104032423A，使得纳米纤维集合体的制备效率得以提升。
现有技术中所制备纳米纤维集合体的方法均为采用牵引长丝为中心，诱导纳米纤维沉积到牵引长丝上，形成纳米纤维集合体。这种制备方法只能制备以牵引长丝为中心的纳米纤维集合体，无法对纳米纤维集合体的性能进一步优化。
发明内容
本发明提供一种制备纳米纤维集合体的方法及预处理装置，能改变现有技术中牵引长丝与纳米纤维结合不紧密的问题，有效增强纳米纤维集合体结构强度；本方法制备的纳米纤维集合体中引入了功能性材料，使得纳米纤维集合体具有更为复杂的复合结构，具备特定的功能价值。
技术方案
一种制备纳米纤维集合体的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将牵引长丝浸入预处理液一定时间；
步骤二：以牵引长丝为中心轴，通过静电纺丝在牵引长丝周围形成纳米纤维，纳米纤维沉积在牵引长丝和接收器之间；
步骤三：接收器旋转带动纳米纤维围绕牵引长丝以一定转速旋转，拉动牵引长丝，将纳米纤维缠绕在牵引长丝外层形成纳米纤维集合体。
将得到的纳米纤维集合体通过罗拉进一步加捻处理，以提升纳米纤维集合体均匀度。
进一步，所述步骤一中的预处理液为水。
进一步，所述步骤一中的预处理液选自银离子抗菌整理剂，负离子远红外整理剂，除虫菊酯类防蚊防蛀整理剂，苯并三唑类防紫外线整理剂，醇酯类吸湿排汗整理剂。
一种应用上述的方法制备纳米纤维集合体的预处理装置，其特征在于：包括用于引导和收集纳米纤维的牵引长丝、导向装置和储液罐，所述储液罐设置在牵引长丝进入静电纺丝区域之前，用于存放预处理液，导向装置设置在储液罐上，牵引长丝通过所述导向装置进入储液罐进行预处理。
进一步，所述导向装置包括导向轮和调节轮，牵引长丝绕过导向轮进入储液罐，调节轮调节牵引长丝在储液罐的浸入深度。
进一步，所述导向轮包括设置于储液罐内预处理液的液面上方并紧密接触的上导向轮和下导向轮，牵引长丝穿过上导向轮和下导向轮之间的空隙进入储液罐内部，然后缠绕至浸入液体的调节轮，从调节轮下方绕过，使牵引长丝在液面以下的预处理液中进行预处理，最后牵引长丝再从调节轮绕出，从调节轮上方的出口导向轮绕出储液罐。
进一步，所述调节轮在预处理液体内部的高度能上下调节，以实现对牵引长丝在预处理液中预处理时间的调节。
进一步，所述储液罐和导向装置依次设置有多个，每个储液罐对应设置有导向装置，牵引长丝通过导向装置，依次在多个储液罐内部不同预处理液中进行预处理，以在牵引长丝表面附着多种不同的功能性材料。
有益效果
本发明提供一种制备纳米纤维集合体的方法，该方法通过静电纺丝制备纳米纤维，然后将纳米纤维与预处理后的牵引长丝一起卷绕成纳米纤维集合体，预处理步骤中给牵引长丝增加了功能性材料，当该功能性材料为水时，能有效的提高纳米纤维与牵引长丝的结合紧密度，提高纳米纤维集合体的质量；当功能性材料为其它物质时，使得纳米纤维集合体在牵引长丝与纳米纤维层之间含有该功能性材料，使得所制备的纳米纤维集合体具有特定的功能。
本发明还提供一种制备纳米纤维集合体方法的预处理装置，该预处理装置包括盛有预处理液的储液罐和导向装置，在导向装置的作用下，牵引长丝浸入预处理液进行预处理。该装置能方便的调节牵引长丝的预处理液种类、预处理的时间等，控制牵引长丝经过一次或多次预处理及预处理的程度。
附图说明
图1为本发明的预处理装置结构示意图；
图2为本发明的纳米纤维集合体制备装置示意图；
其中：1-下导向轮，2-上导向轮，3-调节轮，4-出口导向轮，5-牵引长丝，6-进出液管道，7-储液罐，8-阀门，9-预处理液，10-纳米纤维，11-接收器，12-卷绕装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本发明。
静电纺丝主要是利用高压电场中液体形成泰勒锥，然后在静电力的作用下延伸，形成纳米纤维。所形成的纳米纤维经过收集形成纳米纤维集合体。现有技术中采用牵引长丝为中心，诱导纳米纤维沉积到牵引长丝上，形成纳米纤维集合体。这种制备方法只能制备以牵引长丝为中心的纳米纤维集合体，无法对纳米纤维集合体的性能进一步优化。
本发明提出了在牵引长丝进入静电纺丝区域制备纳米纤维集合体之前，采用功能性材料对牵引长丝进行预处理，使牵引长丝上带有功能性材料，经过预处理的牵引长丝进入静电纺丝区域用于纳米纤维集合体的制备，所制备的纳米纤维集合体内部包含有功能性材料，使得纳米纤维集合体能够具备功能性材料所特有的性质。
所述制备纳米纤维集合体的方法为：通过接收器的设置在出丝装置和接收器之间形成高压静电场，在高压静电场的作用下，带电液滴形成泰勒锥并产生鞭动效应，形成纳米纤维。在接收器的中心轴线上设置一根预处理后带有功能性材料的牵引长丝，与以中心轴线为旋转轴旋转的接收器配合接收纳米纤维。所形成的纳米纤维一端沉积在接收器上，另一端沉积在牵引长丝表面，纳米纤维在静电场力、牵引长丝的牵引力及接收器作用力下在牵引长丝表面形成纳米纤维集合体。在接收器和同轴连接组件的中心均设置有联通的孔道，用于牵引长丝穿过，牵引长丝被卷绕装置带动，经过接收器和出丝装置之间的静电场区域，将在牵引长丝表面形成的纳米纤维集合体进行连续收集。
本发明提出一种牵引长丝预处理装置，包括储液罐7和导向装置。储液罐底部设置有进出管道6，预处理液通过进出管道6进入储液罐7，然后关闭阀门8。牵引长丝在上导向轮1和下导向轮2的引导下进入储液罐7，然后在调节轮3的作用下浸入预处理液内部一定深度，进行牵引长丝的预处理。预处理后的纳米纤维集合体经过出口导向轮4引导出储液罐7，完成预处理。
牵引长丝在完成预处理后，进入图2所示的纳米纤维集合体制备装置，通过静电纺丝制备纳米纤维集合体。具体实施例如下：
实施例1
以上述的牵引长丝预处理装置对牵引长丝进行预处理，采用的预处理液为水，牵引长丝在水中的预处理时间为10秒钟。
然后将预处理的牵引长丝导入到静电纺丝器中，开启高压静电发生器，并以聚氨酯溶液为电纺液进行静电纺丝，形成聚氨酯材质的纳米纤维。聚氨酯材质的纳米纤维连接在接收器和牵引长丝上，保持接收器以一定转速转动，将聚氨酯材质的纳米纤维缠绕到牵引长丝上，经过罗拉进一步加捻处理后，得到纳米纤维集合体。
由于预处理使得牵引长丝上附有水分，后续加捻制备的纳米纤维集合体中牵引长丝与纳米纤维结合更加牢固，强度质量更好。
实施例2
采用上述的牵引长丝预处理装置对牵引长丝进行预处理，所采用的预处理液为20wt％的纳米碳管分散液，预处理时间为20s。预处理后的牵引长丝为表面附着一层纳米碳管的牵引长丝。将该牵引长丝导入静电纺丝器中，然后开启静电高压发生器，并以聚氨酯溶液为电纺液进行静电纺丝，形成聚氨酯纳米纤维。聚氨酯纳米纤维形成后连接在牵引长丝和接收器之间。保持接收器以一定转速转动，将聚氨酯纳米纤维缠绕到牵引长丝上，经过罗拉进一步加捻处理后，得到纳米纤维集合体。
经过上述牵引长丝预处理后制备的纳米纤维集合体在牵引长丝与纳米纤维之间具有纳米碳管层，借助纳米碳管的导电作用，所制备的聚氨酯材质的纳米纤维集合体克服了静电效应，具有防静电的功能效果。以该类纳米纤维集合体制备的纺织物静电效应明显降低，可适用于加油站、油气化工场、精密仪器制造车间等领域。
上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，本领域的普通技术人员可以理解，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种制备纳米纤维集合体的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：将牵引长丝浸入预处理液一定时间；
步骤二：以牵引长丝为中心轴，通过静电纺丝在牵引长丝周围形成纳米纤维，纳米纤维沉积在牵引长丝和接收器之间；
步骤三：接收器旋转带动纳米纤维围绕牵引长丝以一定转速旋转，拉动牵引长丝，将纳米纤维缠绕在牵引长丝外层形成纳米纤维集合体。
2.如权利要求1所述的制备纳米纤维集合体的方法，其特征在于：将得到的纳米纤维集合体通过罗拉进一步加捻处理，以提升纳米纤维集合体均匀度。
3.如权利要求1所述的制备纳米纤维集合体的方法，其特征在于：所述步骤一中的预处理液为水。
4.如权利要求1所述的制备纳米纤维集合体的方法，其特征在于：所述步骤一中的预处理液选自银离子抗菌整理剂，负离子远红外整理剂，除虫菊酯类防蚊防蛀整理剂，苯并三唑类防紫外线整理剂，醇酯类吸湿排汗整理剂。
5.一种应用于如权利要求1所述的方法制备纳米纤维集合体的预处理装置，其特征在于：包括用于引导和收集纳米纤维的牵引长丝、导向装置和储液罐，所述储液罐设置在牵引长丝进入静电纺丝区域之前，用于存放预处理液，导向装置设置在储液罐上，牵引长丝通过所述导向装置进入储液罐进行预处理。
6.如权利要求5所述的预处理装置，其特征在于：所述导向装置包括导向轮和调节轮，牵引长丝绕过导向轮进入储液罐，调节轮调节牵引长丝在储液罐的浸入深度。
7.如权利要求6所述的预处理装置，其特征在于：所述导向轮包括设置于储液罐内预处理液的液面上方并紧密接触的上导向轮和下导向轮，牵引长丝穿过上导向轮和下导向轮之间的空隙进入储液罐内部，然后缠绕至浸入液体的调节轮，从调节轮下方绕过，使牵引长丝在液面以下的预处理液中进行预处理，最后牵引长丝再从调节轮绕出，从调节轮上方的出口导向轮绕出储液罐。
8.如权利要求6或7所述的预处理装置，其特征在于：所述调节轮在预处理液体内部的高度能上下调节，以实现对牵引长丝在预处理液中预处理时间的调节。
9.如权利要求5或6所述的预处理装置，其特征在于：所述储液罐和导向装置依次设置有多个，每个储液罐对应设置有导向装置，牵引长丝通过导向装置，依次在多个储液罐内部不同预处理液中进行预处理，以在牵引长丝表面附着多种不同的功能性材料。
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