CN108611688B - 用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线的制备方法，涉及静电纺丝领域。该用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置，包括沿着纱线的走线方向依次设置有纱筒、罗拉一、纳米纤维接收浴、假捻器、罗拉二和集纱孔。该用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线制备方法，通过静电纺丝喷头和纳米纤维接收浴的设置，使数根普通纱线从接收浴表面通过，在假捻器的作用下使纱线绕其自身轴心旋转，在纱线的表面均匀、紧密地卷裹上一层纳米纤维膜，达到了将沉积于接收浴表面的纳米纤维紧密地包覆于纱线表面的效果，在多根纳米纤维复合纱合并加捻下，形成纳米纤维复合纱线，从而使纱线在获得高比表面积及孔隙率的同时保持良好的力学性能。

Description

用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线的制备方法
技术领域
本发明涉及属于静电纺丝技术领域，具体为用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线的制备方法。
背景技术
纳米纤维制品具有比表面积大、孔隙率高等特点，在过滤材料、组织工程及复合材料等领域具有广阔的应用前景。静电纺丝是制备纳米纤维的一种常见的方法，但静电纺丝主要以形成纳米纤维膜为主，纤维集合体结构无序，物理机械性能较差，限制了纳米纤维在某些领域的应用和发展。将纳米纤维加工成纱线形式，可扩大纳米纤维的应用范围。
目前，可通过多种方法制得纳米纤维纱线，通过对无规静电纺纳米纤维牵伸加捻以形成纱线，主要包括喷嘴处成纱和收集区成纱两大类，喷嘴处成纱有双电极法，收集区成纱主要有多收集器法、间歇-加捻法、辅助电场法、自组装法、滚筒法、水浴法等多种方法。但这种完全由纳米纤维组成的纱线存在着力学性能差的弊端，和普通纱线有极大差异，不能满足常规的日常使用，同时上述方式制备纳米纤维纱时捻度控制困难，纱线捻度不匀，亦会引起力学性能的进一步弱化。
将普通纱线和纳米纤维结合起来是保留纳米纤维的高比表面积、高孔隙率，同时也获得良好力学性能的合理化思路。因此，本发明提供了一种以普通纱线为芯纱，以静电纺纳米纤维为包覆层，具有皮芯结构的静电纺多股纳米纤维复合纱线的加工装置及其制备方法。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线的制备方法，解决了目前纯纳米纤维纱力学性能差的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置，包括沿着纱线的走线方向依次设置有纱筒、罗拉一、纳米纤维接收浴、假捻器、罗拉二、集纱孔和加捻卷绕器，所述罗拉二的下方设置有加热板，所述纳米纤维接收浴上方设置有静电纺丝喷头。
优选的，所述加捻卷绕器包括导纱器和卷绕辊。
用于多股纳米纤维复合纱线的制备方法，包括以下步骤：
(1)首先将纺丝液注入若干静电纺丝喷头中；
(2)然后将数根纱线从纱筒上引出，夹持于两对罗拉之间，使纱线沿纳米纤维接收浴表面通过，数根纱线在集纱孔处合并后固定在加捻卷绕器的卷绕辊上；
(3)紧接着开启罗拉、假捻器以及加捻卷绕器，使纱线连续运行，纱线运行速度自行设置，这时开启静电纺丝机，使不同成分和含量的静电纺纳米纤维向纳米纤维接收浴表面喷射，纱线在通过纳米纤维接收浴表面时，因假捻器对纱线施加的作用而绕其自身轴心旋转，将纳米纤维接收浴表面的纳米纤维均匀紧密地包覆于纱线表面；
(4)最后纱线包覆纳米纤维后从加热板上方通过，加热板的热量使包覆有纳米纤维纱线上的纳米纤维液体蒸发，然后经合并在加捻卷绕器的作用下卷绕在卷绕辊上，控制加捻卷绕器的旋转速度，制造出不同捻度的多股纳米纤维复合纱线。
优选的，所述纺丝液推进速度为0.7-0.9mL/h。
(三)有益效果
本发明提供了用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线的制备方法。具备有益效果如下：
该用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线的制备方法，通过静电纺丝喷头和纳米纤维接收浴的设置，使得数根普通纱线从接收浴表面通过，在假捻器的作用下使得使纱线绕其自身轴心旋转，在纱线的表面均匀、紧密地卷裹上了一层纳米纤维膜，达到了将沉积于接收浴表面的纳米纤维紧密地包覆于纱线表面的效果，在多根纳米纤维复合纱合并加捻下，形成纳米纤维复合纱线，从而使纱线在获得高比表面积及孔隙率的同时保持良好的力学性能。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
图中：1纱筒、2罗拉一、3静电纺丝喷头、4纳米纤维接收浴、5假捻器、6集纱孔、7加捻卷绕器、8卷绕辊、9导纱器、10加热板、11罗拉二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置，如图1所示，包括沿着纱线的走线方向依次设置有纱筒1、罗拉一2、纳米纤维接收浴4、假捻器5、罗拉二11、集纱孔6和加捻卷绕器7，加捻卷绕器7包括导纱器9和卷绕辊8，加捻卷绕器7为现有技术，市售产品，罗拉二11的下方设置有加热板10，纳米纤维接收浴4上方设置有静电纺丝喷头3，通过静电纺丝喷头3和纳米纤维接收浴4的设置，使得数根普通纱线从纳米纤维接收浴4表面通过，在假捻器5的作用下使得使纱线绕其自身轴心旋转，在纱线的表面均匀、紧密地卷裹上了一层纳米纤维膜，达到了将沉积于接收浴表面的纳米纤维紧密地包覆于纱线表面的效果，在多根纳米纤维复合纱合并加捻下，形成纳米纤维复合纱线，从而使纱线在获得高比表面积及孔隙率的同时保持良好的力学性能，同时通过上述方式解决了制备纳米纤维纱时捻度控制困难，纱线捻度不匀，亦会引起力学性能的进一步弱化问题。
实施例一
请参照图1，用于多股纳米纤维复合纱线的制备方法，包括以下步骤：将浓度为15wt％的聚酰胺6(PA6)纺丝液注入四个静电纺丝喷头3中，并将4根83.3dtex/36f的涤纶FDY长丝从纱筒1上引出，夹持于两对罗拉之间，使纱线沿纳米纤维接收浴4表面通过，4根纱线在集纱孔6处合并后固定在加捻卷绕器7的卷绕辊8上，开启罗拉、假捻器5以及加捻卷绕器7，使纱线连续运行，纱线运行速度为3m/min，开启静电纺丝机，通过静电纺丝机上的静电纺丝喷头3使静电纺PA6纳米纤维向纳米纤维接收浴4表面喷射，纺丝液推进速度为0.8mL/h，纱线在通过纳米纤维接收浴4表面时，因假捻器5对纱线施加的作用而绕其自身轴心旋转，将纳米纤维接收浴4表面的纳米纤维均匀紧密地包覆于纱线表面，纱线包覆PA纳米纤维后从加热板10上方通过，加热板10的热量使包覆有纳米纤维纱线上的纳米纤维液体蒸发，然后经合并在加捻卷绕器7的作用下卷绕在卷绕辊8上，控制加捻卷绕器7的旋转速度，使多股纳米纤维复合纱线的捻度为250T/m，试验结果表明，制备的多股纳米纤维复合纱线，结构紧密，捻度均匀，纳米纤维在纱身表面包覆均匀，其质量分数为7.66％，芯纱强力未受损失，纱线强度为3.84cN/dtex，断裂伸长率为32.3％。
实施例二
请参照图1，用于多股纳米纤维复合纱线的制备方法，包括以下步骤：将浓度为14wt％的聚丙烯腈(PAN)纺丝液注入三个静电纺丝喷头3中。并将3根83.3dtex/24f的涤纶FDY长丝从纱筒上引出，夹持于两对罗拉之间，使纱线沿纳米纤维接收浴表面4通过，3根纱线在集纱孔6处合并后固定在加捻卷绕器7的卷绕辊上，开启罗拉、假捻器5以及加捻卷绕器7，使纱线连续运行，纱线运行速度为3m/min，开启静电纺丝机，通过静电纺丝机上的静电纺丝喷头3使静电纺PAN纳米纤维向纳米纤维接收浴4表面喷射，纺丝液推进速度为0.8mL/h，纱线在通过纳米纤维接收浴4表面时，因假捻器5对纱线施加的作用而绕其自身轴心旋转，将纳米纤维接收浴4表面的纳米纤维均匀紧密地包覆于纱线表面，纱线包覆PAN纳米纤维后从加热板10上方通过，加热板10的热量使包覆有纳米纤维纱线上的纳米纤维液体蒸发，然后经合并在加捻卷绕器7的作用下卷绕在卷绕辊8上，控制加捻卷绕器7的旋转速度，使多股纳米纤维复合纱线的捻度为260T/m，试验结果表明，制备的多股纳米纤维复合纱线，结构紧密，捻度均匀，纳米纤维在纱身表面包覆均匀，其质量分数为7.45％，芯纱强力未受损失，纱线强度为3.78cN/dtex，断裂伸长率为34.1％。
实施例三
请参照图1，用于多股纳米纤维复合纱线的制备方法，包括以下步骤：将浓度为16wt％的聚乙烯醇(PVA)和聚酰胺66(PA66)纺丝液注入四个静电纺丝喷头3中，并将2根111dtex/36f的锦纶6长丝从纱筒上引出，夹持于两对罗拉之间，使纱线沿纳米纤维接收浴4表面通过，2根纱线在集纱孔6处合并后固定在加捻卷绕器7的卷绕辊8上，开启罗拉、假捻器5以及加捻卷绕器7，使纱线连续运行，纱线运行速度为4m/min，开启静电纺丝机，通过静电纺丝机上的静电纺丝喷头3使静电纺PVA/PA66纳米纤维向纳米纤维接收浴4表面喷射，纺丝液推进速度为0.8mL/h，纱线在通过纳米纤维接收浴4表面时，因假捻器5对纱线施加的作用而绕其自身轴心旋转，将纳米纤维接收浴4表面的纳米纤维均匀紧密地包覆于纱线表面，纱线包覆PVA/PA66纳米纤维后从加热板10上方通过，加热板10的热量使包覆有纳米纤维纱线上的纳米纤维液体蒸发，然后经合并在加捻卷绕器7的作用下卷绕在卷绕辊8上，控制加捻卷绕器7的旋转速度，使多股纳米纤维复合纱线的捻度为200T/m，试验结果表明，制备的多股纳米纤维复合纱线，结构紧密，捻度均匀，纳米纤维在纱身表面包覆均匀，其质量分数为9.07％，芯纱强力未受损失，纱线强度为4.26cN/dtex，断裂伸长率为39.8％。
综上所述，该用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置及纱线的制备方法，通过静电纺丝喷头3和纳米纤维接收浴4的设置，使得数根普通纱线从纳米纤维接收浴4表面通过，在假捻器5的作用下使得使纱线绕其自身轴心旋转，在纱线的表面均匀、紧密地卷裹上了一层纳米纤维膜，达到了将沉积于接收浴表面的纳米纤维紧密地包覆于纱线表面的效果，在多根纳米纤维复合纱合并加捻下，形成纳米纤维复合纱线，从而使纱线在获得高比表面积及孔隙率的同时保持良好的力学性能。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种用于多股纳米纤维复合纱线的加工制备方法，采用用于多股纳米纤维复合纱线的加工装置，其特征在于：所述加工装置包括沿着纱线的走线方向依次设置有纱筒、罗拉一、纳米纤维接收浴、假捻器、罗拉二、集纱孔和加捻卷绕器，所述罗拉二的下方设置有加热板，所述纳米纤维接收浴上方设置有静电纺丝喷头；所述加捻卷绕器包括导纱器和卷绕辊；
包括以下步骤：
(1)首先将浓度为14wt％的聚丙烯腈(PAN)纺丝液注入三个静电纺丝喷头中；
(2)然后将3根83.3dtex/24f的涤纶FDY长丝从纱筒上引出，夹持于两对罗拉之间，使纱线沿纳米纤维接收浴表面通过，3根纱线在集纱孔处合并后固定在加捻卷绕器的卷绕辊上；
(3)紧接着开启罗拉、假捻器以及加捻卷绕器，使纱线连续运行，纱线运行速度为3m/min，开启静电纺丝机，通过静电纺丝机上的静电纺丝喷头使静电纺PAN纳米纤维向纳米纤维接收浴表面喷射，纺丝液推进速度为0.8mL/h，纱线在通过纳米纤维接收浴表面时，因假捻器对纱线施加的作用而绕其自身轴心旋转，将纳米纤维接收浴表面的纳米纤维均匀紧密地包覆于纱线表面；
最后纱线包覆PAN纳米纤维后从加热板上方通过，加热板的热量使包覆有纳米纤维纱线上的纳米纤维液体蒸发，然后经合并在加捻卷绕器的作用下卷绕在卷绕辊上，控制加捻卷绕器的旋转速度，使多股纳米纤维复合纱线的捻度为260T/m。
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