CN108486717A - 花式纳米纤维纱线制备装置及其使用方法 - Google Patents

花式纳米纤维纱线制备装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种花式纳米纤维纱线制备装置及其使用方法，纤维成型机构包括滚筒、绝缘分隔环和金属网，滚筒可沿轴心转动式设置并通过传动机构驱动旋转，金属网覆盖于滚筒的表面，滚筒表面通过间隔设置的绝缘分隔环分隔形成若干沿周向的纤维成型槽，静电纺喷丝机构与滚筒对应设置，若干加捻卷绕机构分别与各纤维成型槽对应设置。方法包括以下步骤：开启静电纺喷丝机构向滚筒产生纺丝溶液的射流；打开传动机构驱动滚筒发生转动，纺丝溶液向纤维成型槽中沉积形成花式纳米纤维束；加捻卷绕。本发明能够同时产出多股花式纳米纤维纱线，有利于提高生产效率。

Description

花式纳米纤维纱线制备装置及其使用方法
技术领域
本发明属于纳米纤维纱线制备的技术领域，特别是涉及一种花式纳米纤维纱线制备装置及其使用方法。
背景技术
静电纺丝是当前一种最通用的纺制纳米纤维的技术，其产品具有非常优异的性能，如有极大的比表面积，可以灵活地进行表面功能化整理以及优异的力学行为等，可以应用到组织工程、伤口敷料、药物释放、过滤材料、复合增强材料、传感器等。由于静电纺丝工艺简单，制备流程比传统常规纺丝短，制品功能优异，自Anton formhals1934年获得美国专利以来，静电纺丝一直是纤维科学家和纺织开发人员长期以来的奋斗目标。该类纳米纤维将成为我国新世纪的主导产品。市场潜力巨大，前景十分广阔。而纳米纤维纱线相对于杂乱无章的纳米膜而言，具有较高的力学性能和可缝编性，相较于纳米纤维膜而言有更为广阔的应用。
花式纳米纱线可以设计成一段细而紧实、一段粗而蓬松的间隔结构，细节和粗节的捻度和纤维排列密度不同。当纱线的捻度大时，纤维间的作用点越多，且接触越好，湿阻小，有利于水分在纤维中和纤维间的传导。花式纤维纱线的粗节和细节的捻度不同，可以通过设计纱线的结构、编织方式控制其导湿排汗的方向及速度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种花式纳米纤维纱线制备装置及其使用方法，能够同时进行多条花式纳米纤维纱线的制备。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种花式纳米纤维纱线制备装置，包括静电纺喷丝机构、纤维成型机构、传动机构和若干加捻卷绕机构，所述纤维成型机构包括滚筒、绝缘分隔环和金属网，所述滚筒可沿轴心转动式设置并通过传动机构驱动旋转，所述金属网覆盖于滚筒的表面，所述滚筒表面通过间隔设置的绝缘分隔环分隔形成若干沿周向的纤维成型槽，所述静电纺喷丝机构与滚筒对应设置，所述若干加捻卷绕机构分别与各纤维成型槽对应设置。
所述绝缘分隔环的两条外棱为倒圆角结构。
所述滚筒两端分别通过轴承与支撑杆同轴装配，所述支撑杆支撑连接在支架上。
所述滚筒为中空结构、两端设有与轴承装配的中心圆环，所述中心圆环沿周向通过支撑肋板支撑。
所述支撑杆上设有螺纹，两根支撑杆分别通过固定块相对紧固。
所述绝缘分隔环的宽度为1cm～10cm、厚度为1mm～2cm，所述纤维成型槽的宽度为1cm～10cm。
所述金属网的网孔为均匀或者非均匀的正方形、长方形、菱形或者圆形，网孔大小为10μm～5cm。
所述静电纺喷丝机构包括若干无针式喷丝头、自动供液设备、可调底座和高压静电发生器，所述若干无针式喷丝头安装于可调底座上并位于滚筒的下方，所述无针式喷丝头通过自动供液设备供液、通过与高压静电发生器连接产生纺丝溶液射流。
所述传动机构包括电机、第一带轮、传动带和第二带轮，所述第一带轮与电机的转轴连接，所述第二带轮与滚筒的端部连接，所述第一带轮和第二带轮通过传动带连接传动。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种上述的花式纳米纤维纱线制备装置的使用方法，包括以下步骤：
a)开启静电纺喷丝机构向滚筒产生纺丝溶液的射流；
b)打开传动机构驱动滚筒发生转动，滚筒接收的纺丝溶液向纤维成型槽中沉积并沿金属网表面形状排列形成花式纳米纤维束；
c)将各纤维成型槽中产生的花式纳米纤维束牵引至相应的加捻卷绕机构中进行加捻卷绕得到花式纳米纤维纱线。
有益效果
本发明集纺丝溶液的喷丝、纤维的分离、凝聚、成型、加捻、牵伸和卷绕为一体，可以批量连续地制备纳米纤维纱线；利用纤维成型槽中金属网的特殊结构，纺丝溶液沿纤维成型槽表面排列形成花式纳米纤维束，同时由于金属网的网格结构，静电吸附力相对较小，易于纳米纤维束的剥离；能够同时产出多股花式纳米纤维纱线，有利于提高生产效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明滚筒表面覆盖金属网的第一视角结构图。
图3为本发明滚筒表面覆盖金属网的第二视角结构图。
图4为本发明绝缘分隔带的正面结构示意图。
图5为花式纳米纤维纱线的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。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。
如图1所示的一种花式纳米纤维纱线制备装置，包括静电纺喷丝机构、纤维成型机构、传动机构和加捻卷绕机构11。
如图2和图3所示，纤维成型机构包括滚筒13、绝缘分隔环14和金属网15。滚筒13为中空结构，采用高电阻绝缘材料制成，两端设有中心圆环，中心圆环沿周向通过支撑肋板支撑。滚筒13两端的中心圆环分别通过轴承与支撑杆12同轴装配，支撑杆12支撑连接在支架6上，支撑杆12上设有螺纹，两根支撑杆12分别通过固定块5相对紧固。
金属网15采用导电金属材料制成，覆盖于滚筒13的表面，金属网15的网孔可以设置为正方形、长方形、菱形或者圆形等形状，网孔大小为10μm～5cm，金属网15的网孔结构可以为均匀结构，可以得到单元结构相同的花式纳米纤维纱线，也可以设置为非均匀结构，同时产生多种不同结构的花式纳米纤维纱线。滚筒13表面通过间隔设置的绝缘分隔环14分隔形成若干沿周向的纤维成型槽16，绝缘分隔环14的宽度为1cm～10cm，厚度为1mm～2cm，纤维成型槽16的宽度为1cm～10cm。如图4所示，绝缘分隔环14的两条外棱为倒圆角结构，有利于纺丝溶液向纤维成型槽16沉积。
滚筒13通过传动机构驱动旋转。传动机构包括电机1、第一带轮2、传动带3和第二带轮4。第一带轮2与电机1的转轴连接，第二带轮4与滚筒13端部的中心圆环连接，第一带轮2和第二带轮4通过传动带3连接传动。
静电纺喷丝机构对应设置于滚筒13的正下方。静电纺喷丝机构包括一个或者多个无针式喷丝头7、自动供液设备8、可调底座9和高压静电发生器10。无针式喷丝头7安装于可调底座9上并位于滚筒13的下方，多个无针式喷丝头7并排设置，无针式喷丝头7通过自动供液设备8供液，通过与高压静电发生器10连接产生纺丝溶液射流。无针式喷丝头7相对于滚筒13的距离可以通过可调底座9进行调节。
加捻卷绕机构1分别对应设置于各纤维成型槽16的下方，用于对相应纤维成型槽16中生成的纳米纤维进行加捻卷绕。
下面提供两个利用上述装置进行花式纳米纤维纱线制备的实施例：
实施例1
纺丝溶液为聚丙烯腈(PAN)与二甲基甲酰胺(DMF)所配制的质量浓度为10％的溶液，具体制备方法包括以下步骤：
a)开启静电纺喷丝机构，通过自动供液设备8向无针式喷丝头7中自动添加纺丝溶液，通过连接高压静电发生器10的静电接线柱引入高压静电后，无针式喷丝头7溶液的自由液面在静电力的作用下产生多股射流。
b)打开电机1驱动滚筒13发生转动，无针式喷丝头7形成的多股射流被转动的滚筒13接收，在绝缘分隔环14的分隔作用下纺丝溶液分离并向纤维成型槽16中沉积。金属网15采用铝网，网孔形状为正方形，孔洞大小为1cm，均匀排列。纺丝溶液沿金属网15表面形状排列形成花式纳米纤维束，各纤维成型槽16中成型的纳米纤维束结构相同。
c)将各纤维成型槽16中产生的花式纳米纤维束牵引至相应的加捻卷绕机构11中进行加捻卷绕得到花式纳米纤维纱线。
实施例2
纺丝溶液为聚丙烯腈(PAN)与二甲基甲酰胺(DMF)所配制的质量浓度为10％的溶液，具体制备方法包括以下步骤：
a)开启静电纺喷丝机构，通过自动供液设备8向无针式喷丝头7中自动添加纺丝溶液，通过连接高压静电发生器10的静电接线柱引入高压静电后，无针式喷丝头7溶液的自由液面在静电力的作用下产生多股射流。
b)打开电机1驱动滚筒13发生转动，无针式喷丝头7形成的多股射流被转动的滚筒13接收，在绝缘分隔环14的分隔作用下纺丝溶液分离并向纤维成型槽16中沉积。金属网15采用铝网，网孔形状为正方形，网孔大小沿滚筒13的径向不断变化，并保持各纤维成型槽16中的网孔大小相同。纺丝溶液沿金属网15表面形状排列形成花式纳米纤维束，各纤维成型槽16中成型的纳米纤维束结构不同。
c)将各纤维成型槽16中产生的花式纳米纤维束牵引至相应的加捻卷绕机构11中进行加捻卷绕得到花式纳米纤维纱线。

Claims (10)

1.一种花式纳米纤维纱线制备装置，包括静电纺喷丝机构、纤维成型机构、传动机构和若干加捻卷绕机构(11)，其特征在于：所述纤维成型机构包括滚筒(13)、绝缘分隔环(14)和金属网(15)，所述滚筒(13)可沿轴心转动式设置并通过传动机构驱动旋转，所述金属网(15)覆盖于滚筒(13)的表面，所述滚筒(13)表面通过间隔设置的绝缘分隔环(14)分隔形成若干沿周向的纤维成型槽(16)，所述静电纺喷丝机构与滚筒(13)对应设置，所述若干加捻卷绕机构(1)分别与各纤维成型槽(16)对应设置。
2.根据权利要求1所述的一种花式纳米纤维纱线制备装置，其特征在于：所述绝缘分隔环(14)的两条外棱为倒圆角结构。
3.根据权利要求1所述的一种花式纳米纤维纱线制备装置，其特征在于：所述滚筒(13)两端分别通过轴承与支撑杆(12)同轴装配，所述支撑杆(12)支撑连接在支架(6)上。
4.根据权利要求3所述的一种花式纳米纤维纱线制备装置，其特征在于：所述滚筒(13)为中空结构、两端设有与轴承装配的中心圆环，所述中心圆环沿周向通过支撑肋板支撑。
5.根据权利要求3所述的一种花式纳米纤维纱线制备装置，其特征在于：所述支撑杆(12)上设有螺纹，两根支撑杆(12)分别通过固定块(5)相对紧固。
6.根据权利要求1所述的一种花式纳米纤维纱线制备装置，其特征在于：所述绝缘分隔环(14)的宽度为1cm～10cm、厚度为1mm～2cm，所述纤维成型槽(16)的宽度为1cm～10cm。
7.根据权利要求1所述的一种花式纳米纤维纱线制备装置，其特征在于：所述金属网(15)的网孔为均匀或者非均匀的正方形、长方形、菱形或者圆形，网孔大小为10μm～5cm。
8.根据权利要求1所述的一种花式纳米纤维纱线制备装置，其特征在于：所述静电纺喷丝机构包括若干无针式喷丝头(7)、自动供液设备(8)、可调底座(9)和高压静电发生器(10)，所述若干无针式喷丝头(7)安装于可调底座(9)上并位于滚筒(13)的下方，所述无针式喷丝头(7)通过自动供液设备(8)供液、通过与高压静电发生器(10)连接产生纺丝溶液射流。
9.根据权利要求1所述的一种花式纳米纤维纱线制备装置，其特征在于：所述传动机构包括电机(1)、第一带轮(2)、传动带(3)和第二带轮(4)，所述第一带轮(2)与电机(1)的转轴连接，所述第二带轮(4)与滚筒(13)的端部连接，所述第一带轮(2)和第二带轮(4)通过传动带(3)连接传动。
10.一种权利要求1所述的花式纳米纤维纱线制备装置的使用方法，包括以下步骤：
a)开启静电纺喷丝机构向滚筒(13)产生纺丝溶液的射流；
b)打开传动机构驱动滚筒(13)发生转动，滚筒(13)接收的纺丝溶液向纤维成型槽(16)中沉积并沿金属网(15)表面形状排列形成花式纳米纤维束；
c)将各纤维成型槽(16)中产生的花式纳米纤维束牵引至相应的加捻卷绕机构(11)中进行加捻卷绕得到花式纳米纤维纱线。
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