CN220132418U - 一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，包括气泡纺丝装置、静电纺丝装置、收集装置、集束喇叭口、牵伸区和加捻区；所述气泡纺丝装置、所述静电纺丝装置所喷出射流的方向分别对准收集装置。所述收集装置包括两个异向旋转且互相平行的左、右滚筒；所述静电纺丝装置为两个，分别位于收集装置的左滚筒的左侧、右滚筒的右侧。该装置结合气泡纺丝和静电纺丝，可制备一种独特皮芯结构纳米纤维纱，即每一根芯纤维表面都包覆着皮纤维，再集束加捻形成纳米纤维纱。与现有纳米纤维包芯纱相比，以此装置制备的皮芯结构纳米纤维纱，解决了纱线力学性能依附芯层问题，大大提高纳米纤维纱的力学性能。

Description

一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置

技术领域

本实用新型涉及纳米纤维制备技术领域，特别地，是涉及一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置。

背景技术

纳米纤维包芯纱是将纳米纤维包覆在常规纱线表面制备得到纳米纤维包芯纱。现有技术中公开了一种纳米复合纱的制备装置，其包括芯材输出装置、气泡纺丝装置、凝固浴、辊压装置以及复合纱收集装置，所述的气泡纺丝装置包括高压电源、接收板以及气泡纺设备，所述的高压电源与所述的气泡纺装置连接，所述的气泡纺设备和接收板位于所述芯材输出装置和凝固浴之间且分布在芯材输出路径的两侧，在所述凝固浴的后端依次设置所述的辊压装置和复合纱收集装置，该装置可制得皮芯结构纤维纱，但是该皮芯结构纤维纱是整体芯纱外包覆纤维皮层，由于芯纱力学性能低导致皮芯结构纤维纱性能需要改善，而且先将芯纱制备好再在芯纱上包覆皮层纤维而制得皮芯结构纤维纱的生产方法效率不高。

有鉴于此，有必要设计一种生产效率高且生产出的纳米纤维纱力学性能更优的皮芯结构纳米纤维纱制备装置。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，该装置生产效率高，且生产出的纳米纤维纱力学性能更优。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，包括气泡纺丝装置、静电纺丝装置、收集装置、集束喇叭口、牵伸区和加捻区。所述气泡纺丝装置用于喷出芯层纳米纤维，所述静电纺丝装置用于喷出皮层纳米纤维。

在本实用新型中，所述气泡纺丝装置、所述静电纺丝装置所喷出射流的方向分别对准收集装置；所述收集装置包括两个异向旋转且互相平行的左、右滚筒；常规地，可通过液压缸或者气缸来调整左、右滚筒之间的间隙，以此来调节皮层纤维层的厚度。两滚筒异向旋转，在两者间的下方楔形三角区通过滚压的方式将皮层纤维包覆在芯层纤维的同时进行初次集束，使得各芯层纤维间的皮层纤维相互交织，凝聚成由多根皮芯纤维交织成的纤维束。且纤维束在旋转滚筒向上转动的托持作用下被带至滚筒上方，并在后方牵伸区的牵引作用下向后输出至集束喇叭口。

作为优选，所述静电纺丝装置为两个，分别位于收集装置的左滚筒的左侧、右滚筒的右侧。采用这种结构，芯层纤维的左右两侧均有皮层纤维，使得包覆工艺更加均匀。具体地，所述气泡纺丝装置位于左、右滚筒下方正中间位置。作为常识，静电纺丝装置包括高压电源、针头注射泵、计量泵等，且它们之间的连接方式为常规技术。在本实用新型中，高压电源的正极连接注射泵的针头，高压电源的负极连接收集装置。

作为优选，所述左、右滚筒内部均设有吸气装置，表面上开设有与所述吸气装置连通的吸孔，将纳米纤维吸附在左、右滚筒上，以防止纳米纤维溢出。常规地，所述吸气装置可为现有抽风机，只要能起一定的吸附作用即可。

作为优选，所述集束喇叭口位于收集装置和牵伸区之间，所述集束喇叭口位于收集装置和牵伸区之间，呈圆台状，靠近所述收集装置的端面直径大，靠近所述牵伸区的端面直径小，用于对皮芯结构纳米纤维束进行第二次集束，以使各纳米纤维结合更加紧密。

作为优选，所述牵伸区包括多对罗拉机，各对罗拉机的转速不同，用于对制得的皮芯结构纳米纤维束进行牵伸，使其逐渐变细，最终制成粗细均匀的皮芯结构纳米纤维束。进一步地，所述牵伸区的数量为一个或者多个，可根据实际生产需要灵活配置。

在本实用新型中，所述加捻区包括钢丝圈、钢领和纱锭。具体地，纱锭为现有产品，可以自转亦可以上下移动。皮芯纳米纤维束在钢丝圈运动下各截面间产生相对回转角位移，加捻形成皮芯结构纳米纤维纱，并被收集到所述纱锭上。

作为优选，所述皮芯结构纳米纤维纱制备装置还包括用于给所述静电纺丝装置提供电能的高压电源。

现有设备制备的皮芯结构纳米纤维纱一般是芯层纱外包覆皮层。本实用新型的有益效果在于：该装置将气泡纺丝喷出的芯层纤维和静电纺丝喷出的皮层纤维收集于同一收集装置上，通过双滚筒的异向旋转滚压力将皮层纤维均匀地包覆在芯层纤维上的同时使得芯层间的各皮层纤维相互粘连交织，再经由集束、牵伸、加捻，制成一种皮层纤维互相交融的独特皮芯结构纳米纤维纱。因此，与一般的纳米纤维包芯纱相比，以此装置制备的皮芯结构纳米纤维纱，由多根皮芯结构纤维加捻而成，每根皮芯结构纤维包括芯层和皮层，且各纤维的皮层纤维间具有相互交织、缠绕的结构，解决了纱线力学性能依附芯层纱线的问题，大大提高纳米纤维纱的力学性能。同时，利用该装置制备纤维纱的方法特点是气泡纺丝和静电纺丝是同步进行的，比现有技术中的先气泡纺丝或静电纺丝成芯纱再在其外周通过静电纺丝或气泡纺丝包覆纤维层制成的复合纤维纱的生产方法更加的高效简单。

附图说明

图1是实施例一的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置示意图（箭头代表旋转方向）。

图2是实施例一的皮芯结构纳米纤维纱横截面示意图。

图3是实施例二的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置示意图（箭头代表旋转方向）。

其中：气泡纺丝装置1、第一静电纺丝装置21、第二静电纺丝装置22、收集装置3、皮芯纳米纤维束4、集束喇叭口5、左滚筒31、右滚筒32、皮芯纳米纤维纱41、第一牵伸区100、第二牵伸区200、加捻区300、钢丝圈301、钢领302、纱锭303、皮层纳米纤维412、芯层纳米纤维411。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请进行清楚、详细的说明，以便本领域的技术人员能够更好的理解并能在基于本申请的实施例而获得其他实施例，本申请所举实施例不作为本申请的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语 “上方”、“下方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。实施例中所有部件都为现有产品，其相应的操作方法以及具体连接方法也为常规方法，只要能实现本实用新型目的即可。

气泡纺丝是一种可以同时形成多个泰勒锥进行纺丝的新技术，即纺丝液表面产生的若干气泡，瞬间破裂，形成若干射流，在静电力、气流等外力作用下将射流进一步拉伸而完成纺丝。此方法可在短时间制备出大量纳米纤维。静电纺丝是目前公认的一种最简单高效的聚合物纳米纤维生产技术，即熔融态及溶液态高分子聚合物在高压静电场作用下，从毛细管中高速喷射形成射流而被拉伸，经溶剂快速挥发，聚合物析出、固化，形成纤维而被收集。

实施例一

如图1、图2所示，一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置包括用于喷出芯层纤维的气泡纺丝装置1、用于喷出皮层纤维的静电纺丝装置、收集装置3、集束喇叭口5、第一牵伸区100、第二牵伸区200和加捻区300；

收集装置3包括两个异向旋转且互相平行的左滚筒31、右滚筒32；常规地，可通过液压缸或者气缸来调整左、右滚筒之间的间隙，以此来调节皮层纤维层的厚度。两滚筒异向旋转，在两者间的下方楔形三角区通过滚压的方式将皮层纤维包覆住芯层纤维的同时进行初次集束，使得各芯层纤维间的皮层纤维相互交织，凝聚成由多根皮芯纤维交织成的纤维束。且纤维束在旋转滚筒向上转动的托持作用下被带至滚筒上方，并在后方牵伸区的牵引作用下向后输出至集束喇叭口。

本实施例中，气泡纺丝装置1位于左、右滚筒下方正中间位置，用于向左、右滚筒中间位置均匀地喷出芯层纳米纤维411。

静电纺丝装置有两个，分别为位于左滚筒31左侧的第一静电纺丝装置21和位于右滚筒32右侧的第二静电纺丝装置22，用于向左、右滚筒喷出皮层纳米纤维412，这样在楔形三角区的相对两面上均喷有将芯层纳米纤维包覆住的皮层纳米纤维，可使制得的皮芯纳米纤维更加均匀。

集束喇叭口位于收集装置和牵伸区之间，形状设置为圆台状，前端直径大，后端直径小，用于对皮芯结构纳米纤维束进行第二次集束，以使各纳米纤维结合更加紧密。

第一牵伸区和第二牵伸区均包括前、中、后三对罗拉机，各对罗拉机的转速不同，用于对制得的皮芯结构纳米纤维束进行牵伸，使其逐渐变细，最终制成粗细均匀的皮芯结构纳米纤维束。

加捻区包括钢丝圈301、钢领302和纱锭303。具体地，纱锭为现有产品，可以自转亦可以上下移动。皮芯纳米纤维束在钢丝圈运动下各截面间产生相对回转角位移，加捻形成皮芯结构纳米纤维纱41，如图2所示，收集到所述纱锭上。

本实施中纳米纤维纱的制备过程为：

第一静电纺丝装置和第二静电纺丝装置向左、右滚筒喷出皮层纳米纤维412，在静电力、气流的外力作用下将射流进一步拉伸，分别被收集至通负压的左、右滚筒上；气泡纺丝装置1在左、右滚筒的正下方喷出芯层纳米纤维411，异向旋转左、右滚筒将皮层纳米纤维412带至两滚轮下方的楔形三角区位置时，将芯层纳米纤维412包覆住形成皮芯结构纳米纤维，并在滚压力的作用下被凝聚成皮层纤维互相交织的纤维束4，完成初次集束，再由旋转滚筒向上托持作用下带至滚筒上方楔形三角区，然后在后方牵伸区内罗拉机的牵引下输出至喇叭口5处进行第二次集束，接着经过集束喇叭口5移至第一牵伸区100，进行纳米纤维束的牵伸，再经过第二牵伸区200，进行牵伸，进入加捻区300，加捻形成独特的皮芯结构纳米纤维纱41，收集到纱锭303上。

实施例二

在实施例一的基础上，本实施例的不同之处在于：如图3所示，左、右滚筒内部均设有抽风机，表面上开设有与抽风机连通的吸孔，将纳米纤维吸附在左、右滚筒上，以防止纳米纤维溢出。

本实用新型的皮芯结构纳米纤维纱制备装置将气泡纺丝喷出的芯层纤维和静电纺丝喷出的皮层纤维收集于同一收集装置上，通过双滚筒的异向旋转滚压力将皮层纤维均匀地包覆在芯层纤维上的同时使得各芯层间的皮层纤维相互粘连交织，再经由集束、牵伸、加捻，制成一种皮层纤维互相交融的独特皮芯结构纳米纤维纱。因此，与现有纳米纤维包芯纱相比，以此装置制备的皮芯结构纳米纤维纱，由皮芯结构纤维加捻而成，各皮芯结构纤维包括芯层和皮层，且各纤维束的皮层纤维间具有相互交织、缠绕的结构，解决了纱线力学性能依附芯层纱线的问题，大大提高纳米纤维纱的力学性能。同时，利用该装置制备纤维纱的方法特点是气泡纺丝和静电纺丝是同步进行的，比现有技术中的先气泡纺丝或静电纺丝成芯纱再在其外周通过静电纺丝或气泡纺丝包覆纤维层制成的复合纤维纱的生产方法更加的高效简单。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，包括气泡纺丝装置，其特征在于：还包括静电纺丝装置、收集装置、集束喇叭口、牵伸区和加捻区；所述气泡纺丝装置、所述静电纺丝装置所喷出射流的方向分别对准收集装置。

2.根据权利要求1所述的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，其特征在于：所述收集装置包括两个异向旋转且互相平行的左、右滚筒。

3.根据权利要求2所述的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，其特征在于：所述静电纺丝装置为两个，分别位于左滚筒的左侧、右滚筒的右侧。

4.根据权利要求2所述的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，其特征在于：所述气泡纺丝装置位于左、右滚筒下方正中间位置。

5.根据权利要求2所述的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，其特征在于：所述左、右滚筒的内部均设有吸气装置，表面上开设有与所述吸气装置连通的吸孔。

6.根据权利要求1所述的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，其特征在于：所述集束喇叭口位于收集装置和牵伸区之间，呈圆台状。

7.根据权利要求1所述的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，其特征在于：所述牵伸区包括多对罗拉机。

8.根据权利要求1所述的一种皮芯结构纳米纤维纱制备装置，其特征在于：所述加捻区包括钢丝圈、钢领和纱锭。