CN111826736A - 纤维制备系统和利用该纤维系统制备纤维的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纤维制备系统和利用该纤维系统制备纤维的方法，纤维制备系统包括：供料装置，供料装置包括移动部件和容器，容器用以容纳纤维原液，容器上设置有出液口，移动部件能够相对于容器移动以减小容器的体积，使得纤维原液从出液口中流出；导流套件，导流套件与供料装置密封连接，导流套件设置有进气口和出气口，出液口伸入至位于出气口的内部或者从出气口伸出至导流套件的外部，用以形成单根纤维；纤维收集装置，纤维收集装置用以收集单根纤维。本发明供料装置提供的纤维原液在气流的牵引下能够形成单根纤维，并被纤维收集装置收集，并在纤维收集装置的带动下实现连续生产。

Description

纤维制备系统和利用该纤维系统制备纤维的方法

技术领域

本发明涉及纤维材料制备技术领域，尤其是涉及一种纤维制备系统和利用该纤维系统制备纤维的方法。

背景技术

微米纤维具有亚微米或纳米尺度的直径和较高的长径比，其在物理性质和力学特性上展现出普通块体或薄膜材料所不具备的特能，如超高的强度、柔性和电学性能。作为一种介电高分子材料，PVDF(聚偏二氟乙烯)基微米纤维不仅具有良好的力学性能，而且具有丰富的压电、介电或热释电性能，因此，其在柔性电子领域已经被广泛研究或应用。随着研究的深入，科学家们相信定向排布的PVDF基纤维一定会在现有功能的基础上被赋予一些更特异的性能。

目前，PVDF基微米纤维的制备方法包括静电纺丝法、气纺丝法和熔喷纺丝法，但是这些方法制备的纤维均呈无规则排列状态，无法进行严格的定向排布，限制了PVDF基纤维的进一步研究和应用。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种纤维制备系统，利用该纤维制备制备系统能够制备出定向排布的纤维。

本发明还提出一种利用该纤维系统制备纤维的方法。

第一方面，本发明的一个实施例提供了一种纤维制备系统，包括：

供料装置，所述供料装置包括移动部件和容器，所述容器具有容纳腔，所述容纳腔用以容纳纤维原液，所述容器上设置有出液口，所述移动部件能够相对于所述容器移动使得所述纤维原液从所述出液口中流出；

导流套件，所述导流套件与所述供料装置密封连接，所述导流套件设置有进气口和出气口，所述出液口伸入至所述出气口的内部或者从所述出气口伸出至所述导流套件的外部，用以导出单根纤维；

纤维收集装置，所述纤维收集装置用以收集所述单根纤维。

本发明实施例的纤维制备系统至少具有如下有益效果：本发明实施例利用供料装置中移动部件与容器的相对移动，使得纤维原液从出液口流出，流出后的纤维原液能够在气流的牵引下，被拉伸形成定向的射线状液流，被牵引出的单根液流中的溶剂挥发，液流固化形成定向的单根纤维，形成的单根纤维被纤维收集装置收集，并在纤维收集装置的带动下实现连续生产。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述纤维收集装置包括驱动电机和滚筒，所述驱动电机用以带动所述滚筒转动。驱动电机在轴向与滚筒机械连接，纤维收集装置主要用于缠绕产生的单根纤维，并通过滚筒旋转扭矩的牵引提供动力，牵引单根纤维的连续生成，最终实现单根纤维的连续定向收集。使用滚筒的作用有两种，一是利用扭矩牵引单根纤维连续生产，二是为了实现纤维在滚筒上是严格的定向缠绕且定向等间距收集。当使用第一驱动装置如往复机时，可以通过调整第一驱动装置和运行速度V(mm/min)和滚筒的转速w(rad/min)，来控制纤维的间距d，满足的关系为：

在一些实施例中，驱动电机的转速为0～1000rad/min，滚筒的直径为10mm，宽度为31.4mm。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述滚筒上设置有覆膜；优选地，所述覆膜为书写纸、铝箔、高分子膜中的任一种。利用覆膜作为基底，覆膜可拆卸地设置在滚筒上，待纤维收集完成后可以与纤维一同取下，覆膜后续可以作为纤维的一部分，作为耗材使用。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述纤维制备系统还包括第一驱动装置，所述第一驱动装置用以驱动所述供料装置做单向运动或往复运动，单向运动或往复运动的方向垂直于出液口的出液方向。纤维原液沿着出液方向出液并被气流牵引，后固化形成定向的单根纤维，利用第一驱动装置驱动供料装置做垂直于出液口的出液方向的运动，使得单根纤维连续产生并能够间距排列于纤维收集装置上。

在一些实施例中，所述第一驱动装置为往复机。往复机能够做直线往复式运动的驱动，具有连接杆，能够在电机的带动下做往复运动，在使用时，将供料装置固定在往复机的连接杆上，随着往复机运动，固定方式可以是机械刚性连接如焊接、螺丝固定，或者可拆卸式连接。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述供料装置还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置用以驱动所述移动部件移动。利用第二驱动装置能够定量、稳定地驱动移动部件移动，从而可以精准控制纤维原液的流量。

在一些实施例中，所述第二驱动装置为注射泵。在一些实施例中，供料装置包括注射泵和注射器，注射器的活塞和活塞轴形成的结构相当于移动部件，注射器的针头相当于出液口，利用注射泵能够推动注射器定量、稳定地提供纤维原液。

在一些实施例中，所述导流套件为圆柱状，所述供料装置为注射器，所述导流套件与所述供料装置同轴。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述出液口的端面与所述出气口的端面之间的距离为0mm～10mm，距离为0mm时，表示出液口伸入至出气口的内部，距离大于0时表示出液口从出气口伸出而位于导流套件的外部。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述出液口的出液方向与所述出气口的出气方向相同。出液方向与出气方向一致、无角度，使得形成的纤维呈直线、无弯折，在纤维收集装置上呈定向排列。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述进气口和所述出气口的截面积相同。设置进气口与出气口的截面积相同。在一些实施例中，进气口和出气口均为圆形，尺寸一致，进气口的直径为1mm～5mm，出气口的直径为1mm～5mm。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述进气口的进气方向与所述出气口的出气方向垂直，方便通气操作。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，所述纤维制备系统还包括供气装置，所述供气装置用以向所述进气口通入气体。

根据本发明的另一些实施例的纤维制备系统，供气装置为漩涡风机、离心风机、空气压缩机、高压气瓶中的任一种。本发明提供的气体为流动的气流即可，不需要限定为压缩空气，提供的气体种类包含但不限于空气、氮气、氩气、氧气中的一种或多种。

第二方面，本发明的一个实施例提供了一种利用上述的纤维制备系统制备纤维的方法，包括以下步骤：

在所述容纳腔中加入纤维原液，移动所述移动部件使得纤维原液从所述出液口流出；

启动供气装置，向所述进气口通入启动气流，牵引所述纤维原液形成单根纤维；

启动纤维收集装置，待所述纤维收集装置收集到所述单根纤维后，向所述进气口通入辅助气流或关闭气流，所述辅助气流的流量小于所述启动气流的流量。本发明实施例利用启动气流牵引纤维原液产生单根纤维，待单根纤维产生后，利用纤维收集装置牵引单根纤维完成纤维的连续生产，如在一些实施例中利用滚筒的旋转扭矩的牵引完成后续的连续生产。根据本发明的另一些实施例的方法，所述启动气流的流量为1SLPM～10SLPM。出液口流出的纤维原液在启动气流的牵引下，能够被拉伸形成一根射线状液流，向前运动到达纤维收集装置出被收集。启动气流的流量大小根据纤维原液的粘度、表面张力等因素确定，目的是在启动气流的牵引下使得纤维原液被拉出单根的丝，所需的启动气流根据不同的纤维原液进行调整。设置辅助气流的流量小于启动气流的原因是：启动气流需要克服纤维原液的表面张力和粘度使其被拉出单根纤维，而辅助气流仅仅是辅助单根纤维的连续牵引拉出，当纤维收集装置可以为纤维提供前进动力时，譬如纤维收集装置具有滚筒时，纤维的主要前进动力由滚筒转矩提供，辅助气流的作用仅仅是辅助牵引拉伸和辅助溶剂挥发，辅助气流的流量应小于启动气流，或者直接设置为0SLPM(即关闭气流状态)，单根纤维形成后，出液口处被牵引的单根液流在纤维收集装置和辅助气流的作用下，溶剂迅速挥发，液流固化成纤维。

根据本发明的另一些实施例的方法，所述纤维制备系统包括第一驱动装置，所述第一驱动装置驱动所述供料装置运动，所述第一驱动装置的运行速度为1mm/min～100mm/min，所述供料装置供给所述纤维原液的速度为0.1μL/min～100μL/min。在一些实施例中，所述第一驱动装置的最大行程为40cm。根据本发明的另一些实施例的方法，还包括步骤：将所述纤维收集装置上收集的纤维进行叠层和热压，所述叠层的过程中不同层纤维的延伸方向之间的角度为1°～90°。在一些实施例中，热压的温度为150℃～200℃。

根据本发明的另一些实施例的方法，所述纤维原液包括PVDF和溶剂。纤维原液可以是PDVF溶液或者在PDVF溶液中添加纳米粒子形成的PDVF基分散悬浮液，通过控制PVDF粉末的分子量和含量，纤维原液具有一定的表面张力和粘度，从而具有可拉伸成纤的特征。

在一些实施例中，所述纤维原液还包括钛酸钡、氧化锌、氧化硅、氧化铁、银、氧化锆中的至少一种。即可以在PDVF溶液中加入钛酸钡、氧化锌、氧化硅、氧化铁、银、氧化锆等纳米粒子，纳米粒子的固含量为5wt％～30wt％。纤维原液中使用的溶剂包括DMF、DMAC、NMP、DMSO和丙酮中的一种或多种混合。

附图说明

图1为第一实施例的纤维制备系统的结构示意图；

图2为出液口伸入至出气口的内部的示意图；

图3为第二实施例的纤维制备系统的结构示意图；

图4为实施例2中PVDF单定向纤维的制备流程示意图；

图5为实施例2中气体辅助启动单根纤维工作示意图；

图6为实施例2中PVDF单定向纤维的微观形貌图；

图7为实施例2中PVDF粉末和PVDF单定向纤维的XRD图；

图8为实施例3中PVDF/Ag复合单定向纤维的微观形貌图；

图9为实施例4中PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维的微观形貌及元素分布图；

图10为实施例5中PVDF/BaTiO₃复合双定向纤维的微观形貌图；

图11为实施例5中PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维热压前后的微观形貌图。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，如果某一特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个特征，它可以直接设置、固定、连接在另一个特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个特征上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

实施例1

参见图1，图1为本发明第一实施例的纤维制备系统的结构示意图，包括供料装置100、导流套件200和纤维收集装置400。供料装置100包括移动部件110和容器120，容器120具有容纳腔，用以容纳纤维原液，容器120上设置有出液口121，可以通过驱动移动部件110移动或者容器120移动使得容器120的容纳体积减小，从而使得盛装在容器120中的纤维原液从出液口121流出。导流套件200与供料装置100密封连接，导流套件200上设置有进气口210和出气口220，密封连接的作用是保证供气装置300通入的气体沿着出气口220出来，以控制气体的走向和流量，出液口121伸入至位于出气口220的内部或者从出气口220伸出至导流套件200的外部，可以使得从进气口210通入的气体从出气口220出来时，气体包裹并牵引着流出的纤维原液形成单根纤维122，形成的单根纤维122被纤维收集装置400收集。

在一些实施例中，纤维收集装置400包括驱动电机410和滚筒420，滚筒420与驱动电机410轴向机械连接，用于牵引单根纤维进行连续生产，并缠绕单根纤维实现定向收集。在收集时，将出液口121对准或者稍高于滚筒420的上表面，出液口121流出的纤维原液在气流的牵引下向前运动至滚筒420的上表面，然后随着滚筒420的转动而缠绕在滚筒420上。在一些实施例中驱动电机的转速为0～1000rad/min，滚筒的直径为10mm，宽度为31.4mm。在一些实施例中，滚筒420上设置有覆膜，覆膜包含但不限于书写纸、铝箔、高分子膜或其他柔性薄膜，单根纤维122形成于覆膜上，待收集完成后可以随纤维一同取下，后续可以作为纤维的一部分，作为耗材使用。

在一些实施例中，纤维制备系统包括供气装置300，供气装置300包含但不限于漩涡风机、离心风机、空气压缩机或高压气瓶中的一种，所提供的气体的种类为空气、氮气、氩气或氧气中的一种或多种。

在一些实施例中，出液口121伸入到位于出气口220的中心，能够使得出气口220出来的气体均匀包裹出液口121流出的纤维原液，即纤维原液四周的气体压力均衡，从而使得气体牵引纤维原液的力度均匀，进而使得形成的单根纤维122呈直线被拉出。

在一些实施例中，出液口121的出液方向与出气口220的出气方向相同，出液方向与出气方向一致、无角度，能够形成的纤维呈直线、无弯折。

在一些实施例中，进气口210和出气口220的截面积相同，如设置进气口210和出气口220为半径相同的圆形。

在一些实施例中，进气口210的进气方向与出气口220的出气方向垂直，方便通气操作。

在一些实施例中，供料装置100为注射器，移动部件110为注射器的活塞和活塞轴形成的结构，出液口121为注射器的针头，导流套件200的敞口端230与供料装置100具有出液口121的一端密封连接，使得导流套件200与供料装置100密封连接，针头伸入到导流套件200的出气口220，并从出气口220伸出。在另一些实施例中，导流套件200为圆柱状，与注射器同轴，进气口210的直径为1mm～5mm，出气口220的直径为1mm～5mm，进气口210的中心位于靠近敞口端230一侧的5mm处，出液口121的端部距离出气口220的端面的距离为0mm～10mm(出液口121的端部距离出气口220的端面的距离大于0时表示出液口121的端面自出气口220的外表面222伸出至导流套件200的外部，如图1所示的位置。参见图2，出液口121位于出气口220中，即出液口121伸入至出气口220的内表面221到外表面222之间时表示端面的距离为0mm，即出液口121伸入至出气口220的内部。)，进气口210和出气口220的直径保持一致，导流套件200与注射器密封连接。

在一些实施例中，供料装置100还包括第二驱动装置130，用以定量、稳定地驱动移动部件110的移动。在一些实施例中该第二驱动装置130为注射泵。在一些实施例中，供料装置100包括注射泵和注射器，注射泵可以控制注射器的流量在0.1μL/min～100μL/min范围内，注射器的容纳腔内径控制在3mm～8mm范围内，注射器的管体材质可以为金属、高分子、玻璃中的一种。在一些实施例中，注射器的针头的尖端内径在90μm～1000μm范围内，针头外形为锥形或圆柱形，材质为高分子、玻璃或金属中的一种。

参见图3，图3为本发明第二实施例的纤维制备系统的结构示意图，纤维制备系统还包括第一驱动装置500，供料装置100固定在第一驱动装置500上，可随着第一驱动装置500做单向运动或往复运动，单向运动或往复运动的方向垂直于出液口121的出液方向，如在一些实施例中供料装置100沿水平方向出液，然后在供气装置300通入的气体的牵引下水平拉丝形成单根纤维122，进而在纤维收集装置400上被收集，第一驱动装置500在水平面内做垂直于出液方向的运动，使得出液后被牵引拉伸后形成的单根纤维122能够定向间距排列。

在一些实施例中，第一驱动装置500为往复机，供料装置100通过机械刚性连接如焊接、螺丝固定，或者可拆卸式连接在往复机上，随着往复机做单向或者往复运动。在一些实施例中往复机的运动速度为1mm/min～100mm/min，最大行程为40cm。

以第二实施例的纤维制备系统为例，其工作过程如下：

在供料装置100的容器120中装入配制的纤维原液，利用驱动装置130驱动移动部件110移动，使得容器120中盛装的纤维原液从出液口121流出；

开启供气装置300提供气体，气体从导流套件200的进气口210进入并从出气口220导出，出液口121流出的纤维原液在气流的牵引下，被拉伸形成一根射线状液流，向前运动形成单根纤维122并被纤维收集装置400收集；

第一驱动装置500驱动供料装置100做单向运动或往复运动，单向运动或往复运动的方向垂直于出液口121的出液方向，使得单根纤维122在纤维收集装置400上定向间距排列。

实施例2：PVDF单定向纤维

参见图4，本实施例提供一种PVDF单定向纤维，利用实施例1的纤维制备系统制备，具体包括如下制备步骤：

(1)配制纤维原液：取8g DMF、2g丙酮放入玻璃瓶，通过震荡混合均匀，然后称取60W分子量的PVDF粉末2g加入到玻璃瓶中，将玻璃瓶密封，在70℃下恒温搅拌6h，获得透明澄清的PVDF纤维原液。

(2)本实施例中供料装置包括注射器和注射泵，使用的第一驱动装置为往复机，使用的纤维收集装置包括驱动电机和滚筒。将纤维原液降至室温后装入注射器中，排空注射器内的气体，并安装内径为120微米的金属针头，将注射器固定于注射泵，设定注射器的流量为19μL/min，设定往复机单向运行，速度为1mm/min；将导流套件紧密固定于注射器前端，使针头伸出气口的长度为1mm，供气装置通入启动气流的流量设置为8SLPM；在滚筒表面覆盖一层PP胶膜，打开驱动电机，设定滚筒转速为250rad/min。

(3)做好以上准备工作后，先后打开驱动电机、供气装置、注射泵和往复机。

参见图5，开启供气装置后注射器的针头尖端流出的纤维原液在气流的牵引下，被拉伸形成一根射线状液流，向前运动到达滚筒表面并粘覆在上面，随后在滚筒的转矩和高速旋转作用下，缠绕在其表面。单根纤维启动后，供气装置的气流调整为4SLPM形成辅助气流，针头处被牵引出的单根液流在滚筒转矩拉伸和辅助气流的作用下，溶剂迅速挥发，液流固化成纤维。

随着滚筒的转动，针头处连续提供的纤维原液被牵引出固化形成纤维，并缠绕在滚筒表面，在往复机承载针头沿着滚筒轴向做单向运动时，缠绕的相邻两圈纤维之间产生固定的间距，且每一圈纤维相互平行。

待收集完成后，依次停止注射泵、往复机、供气装置、驱动电机。将滚筒表面的PP胶膜沿着轴向剪开，展开后获得长度等于滚筒周长的PVDF单定向纤维。

图6为本实施例制得的PVDF单定向纤维的微观形貌图，从图中可以看出PVDF单定向纤维具有高度的取向，纤维直径为4μm，相邻纤维的中心间距为4μm。图7为PVDF粉末和本实施例制得的PVDF单定向纤维的XRD图，PVDF粉末为γ相，而利用本实施例的方法制得的PVDF单向纤维是β相，这说明PVDF单向纤维在制备过程中受到了强拉伸作用，使PVDF发生了相转变，获得了较高的结晶度，从而使得本实施例制得的PVDF单定向纤维具有较好的力学性能和电学性能。

实施例3：PVDF/Ag复合单定向纤维

本实施例提供一种PVDF/Ag复合单定向纤维，利用实施例1的纤维制备系统制备，具体包括如下制备步骤：

(1)配制纤维原液：取9g DMF、1g丙酮和0.2g Ag纳米颗粒放入玻璃瓶中，通过超声分散混合均匀，然后称取50W分子量的PVDF粉末1.8g加入到玻璃瓶中，将玻璃瓶密封，在70℃下恒温搅拌6h，获得绿色粘稠PVDF/Ag纤维原液。

(2)本实施例中供料装置包括注射器和注射泵，使用的第一驱动装置为往复机，使用的纤维收集装置包括驱动电机和滚筒。将纤维原液降至室温后装入注射器，排空注射器内的气体，并安装内径为160微米的金属针头；将注射器固定于注射泵，设定注射速度为12μL/min；设定往复机单向运行，速度为1mm/min；将导流套件紧密固定于注射器前端，使针头伸出气口的长度为1mm，供气装置通入启动气流的流量设置为9SLPM；在滚筒表面覆盖一层PP胶膜，打开启动电机，设定滚筒转速为400rad/min。

(3)做好以上准备工作后，先后打开驱动电机、供气装置、注射泵和往复机。注射器的针头尖端注射出的纤维原液在气流的牵引下，被拉伸形成一根射线状液流，向前运动到达滚筒表面并粘覆在上面，随后在滚筒的转矩和高速旋转作用下，缠绕在其表面。单根纤维启动后，供气装置的气流调整为4SLPM形成辅助气流，针头处被牵引出的单根液流在滚筒转矩拉伸和辅助气流的作用下，溶剂迅速挥发，液流固化成纤维。

随着滚筒的转动，针头处连续提供的原液本牵引出固化形成纤维，并缠绕在滚筒表面，在往复机承载针头沿着滚筒轴向做单向运动时，缠绕的相邻两圈纤维之间产生固定的间距，且每一圈纤维相互平行。

待收集完成后，依次停止注射泵、往复机、供气装置、驱动电机。将滚筒表面的PP胶膜沿着轴向剪开，展开后获得长度等于滚筒周长的PVDF/Ag复合单定向纤维。

图8为本实施例制得的PVDF/Ag复合单定向纤维的微观形貌图，从图中可以看出PVDF/Ag复合单定向纤维具有高度的取向，纤维直径为2.5μm，相邻纤维的中心间距为2.5μm。

实施例4：PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维

本实施例提供一种PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维，利用实施例1的纤维制备系统制备，具体包括如下制备步骤：

(1)配制纤维原液：取9g DMF、1g丙酮和0.4g BaTiO₃纳米颗粒放入玻璃瓶中的，通过超声分散和高速搅拌混合均匀，然后称取40W分子量的PVDF粉末1.6g边搅拌边加入到玻璃瓶中，将玻璃瓶密封，在70℃下恒温搅拌6h，获得白色粘稠PVDF/BaTiO₃纤维原液。

(2)本实施例中供料装置包括注射器和注射泵，使用的第一驱动装置为往复机，使用的纤维收集装置包括驱动电机和滚筒。将纺丝原液降至室温后装入注射器，排空注射器内的气体，并安装内径为160微米的金属针头；将注射器固定于注射泵，设定注射速度为2.5μL/min；设定往复机单向运行，速度为5mm/min；将导流套件紧密固定于注射器前端，使针头伸出气口的长度为2mm，供气装置通入启动气流的流量设置为10SLPM；在滚筒表面覆盖一层铝箔，打开启动电机，设定滚筒转速为500rad/min。

(3)做好以上准备工作后，先后打开驱动电机、供气装置、注射泵和往复机，针头尖端的注射出的原液在气流的牵引下，被拉伸形成一根射线状液流，向前运动到达滚筒表面并粘覆在上面，随后在滚筒的转矩和高速旋转作用下，缠绕在其表面。单根纤维启动后，供气装置的气流调整为6SLPM形成辅助气流，针头处被牵引出的单根液流在滚筒转矩拉伸和辅助气流的作用下，溶剂迅速挥发，液流固化成纤维。

随着滚筒的转动，针头处连续提供的原液本牵引出固化形成纤维，并缠绕在滚筒表面，在往复机承载针头沿着滚筒轴向做单向运动时，缠绕的相邻两圈纤维之间产生固定的间距，且每一圈纤维相互平行。

待收集完成后，依次停止注射泵、往复机、供气装置、驱动电机。将滚筒表面的PP胶膜沿着轴向剪开，展开后获得长度等于滚筒周长的PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维。

图9为本实施例制得的PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维的微观形貌及元素分布图，从图中可以看出PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维具有高度的取向，纤维直径为1μm，相邻纤维的中心间距为5μm，EDS元素分析可以看出Ti元素、Ba元素和F元素的分布与纤维的分布完全一致，说明BaTiO₃颗粒与PVDF基体分散的非常均匀。

实施例5：PVDF/BaTiO₃复合双定向纤维

本实施例提供一种PVDF/BaTiO₃复合双定向纤维，按照以下步骤制备：

(1)制备PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维：制备过程与实施例4相同，不同之处在于滚筒表面覆盖的是铝箔，相邻纤维的间距不同。

(2)取两块载有PVDF/BaTiO₃复合单定向纤维的铝箔，将载有纤维的一面对叠，并且使两层纤维的交叉角度为90°；将叠在一起的铝箔放水平置于陶瓷加热台，利用陶瓷板在其上方水平施加压力，该过程设置加热温度为160℃，压力为0.3Mpa，热压时间为30min，此处应该待温度升高至160℃后，再开始施加压力，热压完成后缓慢降至室温，可以获得PVDF/BaTiO₃复合双定向纤维。

图10为本实施例制得的PVDF/BaTiO₃复合双定向纤维的微观形貌图，从图中可以看出PVDF/BaTiO₃复合双定向纤维在两个方向上具有高度的取向，横向间距为50μm，竖向间距为55μm，两个方向的角度为90°，纤维直径为3μm。如图11所示，热压前纤维交叉处没有连接在一起，只是接触，而热压后交叉处的纤维熔接在了一起，这时双定向纤维成为一体，形成规则的网状结构。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims (14)

1.一种纤维制备系统，其特征在于，包括：

供料装置，所述供料装置包括移动部件和容器，所述容器具有容纳腔，所述容纳腔用以容纳纤维原液，所述容器上设置有出液口，所述移动部件能够相对于所述容器移动使得所述纤维原液从所述出液口中流出；

导流套件，所述导流套件与所述供料装置密封连接，所述导流套件设置有进气口和出气口，所述出液口伸入至位于所述出气口的内部或者从所述出气口伸出至所述导流套件的外部，用以形成单根纤维；

纤维收集装置，所述纤维收集装置用以收集所述单根纤维。

2.根据权利要求1所述的纤维制备系统，其特征在于，所述纤维收集装置包括驱动电机和滚筒，所述驱动电机用以带动所述滚筒转动。

3.根据权利要求2所述的纤维制备系统，其特征在于，所述滚筒上设置有覆膜；优选地，所述覆膜为书写纸、铝箔、高分子膜中的任一种。

4.根据权利要求1所述的纤维制备系统，其特征在于，所述纤维制备系统还包括第一驱动装置，所述第一驱动装置用以驱动所述供料装置做单向运动或往复运动，单向运动或往复运动的方向垂直于出液口的出液方向；优选地，所述第一驱动装置为往复机。

5.根据权利要求1所述的纤维制备系统，其特征在于，所述供料装置还包括第二驱动装置，所述第二驱动装置用以驱动所述移动部件移动；优选地，所述第二驱动装置为注射泵。

6.根据权利要求1至5任一项所述的纤维制备系统，其特征在于，所述导流套件为圆柱状，所述供料装置为注射器，所述导流套件与所述供料装置同轴。

7.根据权利要求1至5任一项所述的纤维制备系统，其特征在于，所述出液口的出液方向与所述出气口的出气方向相同。

8.根据权利要求1至5任一项所述的纤维制备系统，其特征在于，所述进气口和所述出气口的截面积相同。

9.根据权利要求1至5任一项所述的纤维制备系统，其特征在于，所述纤维制备系统还包括供气装置，所述供气装置用以向所述进气口通入气体。

10.一种利用权利要求1至9任一项所述的纤维制备系统制备纤维的方法，其特征在于，包括以下步骤：

在所述供料装置的容器中加入纤维原液，移动所述移动部件使得纤维原液从所述出液口流出；

启动供气装置，向所述进气口通入启动气流，牵引所述纤维原液形成单根纤维；

启动纤维收集装置，待所述纤维收集装置收集到所述单根纤维后，向所述进气口通入辅助气流或关闭气流，所述辅助气流的流量小于所述启动气流的流量。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述启动气流的流量为1SLPM～10SLPM。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述纤维制备系统包括第一驱动装置，所述第一驱动装置驱动所述供料装置运动，所述第一驱动装置的运行速度为1mm/min～100mm/min，所述供料装置供给所述纤维原液的速度为0.1μL/min～100μL/min。

13.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括步骤：将所述纤维收集装置上收集的纤维进行叠层和热压，所述叠层的过程中不同层纤维的延伸方向之间的角度为1°～90°。

14.根据权利要求10至13任一项所述的方法，其特征在于，所述纤维原液包括PVDF和溶剂；优选地，所述纤维原液还包括钛酸钡、氧化锌、氧化硅、氧化铁、银、氧化锆中的至少一种。

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