膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置及制備納米纖維紗方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于靜電紡絲技術領域，涉及一種膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置，本發明還涉及利用上述裝置制備連續納米纖維紗的方法。
【背景技術】
[0002]靜電紡絲是一種簡單有效制備納米纖維的技術，它主要是利用聚合物或熔體在靜電場中受到電場力的拉伸作用而獲得納米纖維。由于納米纖維具有比表面積較大的特性，在光學和電學材料、過濾材料以及增強復合材料等領域被廣泛應用。
[0003]靜電紡射流在電場中不穩定的鞭動，使得射流以螺旋狀運動狀態沉積到接收屏上，最終得到纖維呈隨機排列的纖維膜。纖維膜中纖維的雜亂排列以及纖維膜較低的力學性能嚴重阻礙了這種材料在某些應用領域的發展。因此，將納米纖維加工成納米纖維紗的形式，能使該材料具有更為廣闊的應用前景。
[0004]目前，有學者先通過制備有序排列的纖維束，然后對其進行加捻得到納米纖維紗。如Teo等采用2塊呈一線排列且具有一定間距的金屬刀片作為接收裝置，納米纖維束收集在2塊金屬刀片之間，之后對納米纖維束進行洗滌干燥并加捻，可得到定長的納米纖維紗線。Liu等利用環狀不銹鋼電極作為接收裝置，纖維沉積在不銹鋼電極上得到納米纖維束，然后對納米纖維束進行加捻，得到納米纖維紗。另有學者在紡絲過程中將紡出的纖維直接加捻得到納米纖維紗。如Afifi等首先將納米纖維沉積在漏斗型收集裝置的口徑平面處，然后采用絕緣棒將納米纖維束牽引到正上方的輥筒上，當漏斗型收集裝置旋轉時可對納米纖維束加捻，最終以紗線的形式卷繞到輥筒上。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置，采用該裝置可穩定獲得細度均勻且連續的納米纖維紗。
[0006]本發明的另一目的是提供利用上述膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置制備連續納米纖維紗的方法。
[0007]本發明所采用的技術方案是，一種膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置，包括依次設置的供液裝置，紡絲裝置，收集裝置，切條裝置，熱牽伸裝置，熱定型裝置及加捻卷繞裝置；
[0008]供液裝置包括微量注射泵，注射器夾持在微量注射泵上，注射器通過導液管與噴絲頭下端連接；
[0009]紡絲裝置包括設置有兩組或兩組以上并聯噴絲頭的針板，針板底部設置有金屬電極，金屬電極通過導線與直流高壓發生器的正極連接，金屬電極還通過導線與相互并聯在一起的所有噴絲頭的下端相連接，直流高壓發生器的負極接地；
[0010]收集裝置包括由卷簾輥a和卷簾輥b驅動的傳送帶式金屬網收集簾，收集簾位于針板正下方，收集裝置接地；
[0011]切條裝置包括輸出羅拉，輸出羅拉與收集裝置連接，輸出羅拉下方設置有切條器，切條器與喇叭口集束器的一端連接；
[0012]熱牽伸裝置包括牽伸羅拉，牽伸羅拉位于熱牽伸倉內；
[0013]熱定型裝置包括熱定型倉；
[0014]加捻卷繞裝置包括加捻器，加捻器上設置有卷取輥；
[0015]熱定型裝置和加捻卷繞裝置之間設置有握持羅拉。
[0016]本發明的特點還在于，
[0017]切條器為帶有齒狀刀片的導輥。
[0018]切條器與喇叭口集束器之間設置有卷條輥a和卷條輥b，卷條輥a和卷條輥b分別位于切條器外側。
[0019]牽伸羅拉包括具有速度差的后羅拉和前羅拉，喇叭口集束器與后羅拉連接。
[0020]加捻器為沿X-Y平面旋轉的圓盤，卷取輥在加捻器上沿Y-Z平面旋轉。
[0021]本發明所采用的另一技術方案是，一種制備連續納米纖維紗的方法，所采用的膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置，包括供液裝置，紡絲裝置，收集裝置，切條裝置，熱牽伸裝置，熱定型裝置及加捻卷繞裝置；
[0022]供液裝置包括微量注射泵，注射器夾持在微量注射泵上，注射器通過導液管與噴絲頭下端連接；
[0023]紡絲裝置包括設置有兩組或兩組以上并聯噴絲頭的針板，針板底部設置有金屬電極，金屬電極通過導線與直流高壓發生器的正極連接，金屬電極還通過導線與相互并聯在一起的所有噴絲頭的下端相連接，直流高壓發生器的負極接地；
[0024]收集裝置包括由卷簾輥a和卷簾輥b驅動的傳送帶式金屬網收集簾，收集簾位于針板正上方，收集裝置接地；
[0025]切條裝置包括輸出羅拉，輸出羅拉與收集裝置連接，輸出羅拉下方設置有切條器，切條器與喇叭口集束器的一端連接；
[0026]熱牽伸裝置包括牽伸羅拉，牽伸羅拉位于熱牽伸倉內；
[0027]熱定型裝置包括熱定型倉；
[0028]加捻卷繞裝置包括加捻器，加捻器上設置有卷取輥；
[0029]熱定型裝置和加捻卷繞裝置之間設置有握持羅拉。
[0030]切條器為帶有齒狀刀片的導輥。
[0031 ] 切條器與喇叭口集束器之間設置有卷條輥a和卷條輥b，卷條輥a和卷條輥b分別位于切條器外側。
[0032]牽伸羅拉包括具有速度差的后羅拉和前羅拉，喇叭口集束器與后羅拉連接。
[0033]加捻器為沿X-Y平面旋轉的圓盤，卷取輥在加捻器上沿Y-Z平面旋轉。
[0034]具體按以下步驟實施:
[0035]步驟1:配制紡絲溶液；
[0036]步驟2:紡絲、收集；
[0037]將步驟I制得的紡絲液注入供液裝置的注射器內，開啟微量注射泵和直流高壓發生器，調整紡絲參數，紡絲液從噴絲頭噴出，形成靜電紡射流，并以螺旋狀的運動軌跡沉積到收集簾的表面；同時開啟電機驅動卷簾輥a和卷簾輥b，帶動收集簾水平運動，使纖維膜前端到達輸出羅拉；
[0038]步驟3:切條、牽伸、定型；
[0039]將纖維膜喂入輸出羅拉鉗口，使纖維膜與收集簾分離，切條器上的齒狀刀片將纖維膜切成條，不整齊的邊條被卷條輥a和卷條輥b收集，其它切條通過喇叭口集束器，進入置于熱牽伸倉內的牽伸羅拉鉗口，通過后羅拉和前羅拉之間的速度差對纖維條進行熱牽伸，牽伸后的纖維條進入熱定型倉進行熱定型；
[0040]步驟4:加捻、卷繞；
[0041]開啟加捻裝置，定型后的纖維條由握持羅拉握持，加捻器在X-Y平面旋轉，使纖維條加捻成纖維紗，同時卷取輥在Y-Z平面上旋轉，使得加捻得到纖維紗纏繞到卷取輥上，最終得到連續納米纖維紗。
[0042]本發明的特點還在于，
[0043]噴絲頭與收集簾之間的接收距離為70mm?150mm。
[0044]噴絲頭的內徑為0.5mm?2mm。
[0045]本發明的有益效果是，膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置集切條、熱牽伸、熱定型、加捻和卷繞于一體，可制備連續納米纖維紗，并且通過控制纖維膜切條數(切條寬度)和纖維膜厚度(切條厚度)，得到一系列不同細度的納米纖維紗。在很大程度上優化了靜電紡制備納米纖維紗的工藝方法，且該方法簡便易操作。
【附圖說明】
[0046]圖1是本發明膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置的結構示意圖。
[0047]圖中，1.直流高壓發生器，2.微量注射泵，3.噴絲頭，4.注射器，5.針板，6.導液管，7.導線，8.卷簾輥a，9.收集簾，10.卷簾輥b，11.輸出羅拉，12.纖維膜，13.齒狀刀片，
14.切條器，15卷條輥a，16.卷條輥b，17.喇叭口集束器，18.后羅拉，19.前羅拉，20.熱牽伸倉，21.熱定型倉，22.握持羅拉，23.卷取輥，24.加捻器。
【具體實施方式】
[0048]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0049]本發明膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置其結構如圖1所示，包括依次設置的供液裝置，紡絲裝置，收集裝置，切條裝置，熱牽伸裝置，熱定型裝置及加捻卷繞裝置；
[0050]供液裝置包括微量注射泵2，注射器4夾持在微量注射泵2上，注射器4通過導液管6與噴絲頭3下端連接；
[0051]紡絲裝置包括設置有兩組或兩組以上并聯噴絲頭3的針板5，針板5底部設置有金屬電極，金屬電極通過導線7與直流高壓發生器I的正極連接，金屬電極還通過導線與相互并聯在一起的所有噴絲頭3的下端相連接，直流高壓發生器I的負極接地；
[0052]收集裝置包括由卷簾輥a8和卷簾輥blO驅動的傳送帶式金屬網收集簾9，收集簾9位于針板5正上方，收集裝置接地；
[0053]切條裝置包括輸出羅拉11，輸出羅拉11與收集裝置連接，輸出羅拉11下方設置有切條器14，切條器14與喇叭口集束器17的一端連接；
[0054]熱牽伸裝置包括牽伸羅拉，牽伸羅拉位于熱牽伸倉20內；
[0055]熱定型裝置包括熱定型倉21 ;
[0056]加捻卷繞裝置包括加捻器24，加捻器24上設置有卷取輥23 ;
[0057]熱定型裝置和加捻卷繞裝置之間設置有握持羅拉22。
[0058]其中，切條器14為帶有齒狀刀片13的導輥；切條器14與喇叭口集束器17之間設置有卷條輥al5和卷條輥bl6，卷條輥al5和卷條輥bl6分別位于切條器14外側；牽伸羅拉包括具有速度差的后羅拉18和前羅拉19，喇叭口集束器17與后羅拉18連接；加捻器24為沿X-Y平面旋轉的圓盤，卷取輥23在加捻器24上沿Y-Z平面旋轉。
[0059]利用上述膜裂法靜電紡連續納米纖維紗裝置制備納米纖維紗的方法，具體按以下步驟實施:
[0060]步驟1:配制紡絲溶液；
[0061]步驟2:紡絲、收集；
[0062]在室溫、相對濕度為40%?60%的環境中，將步驟I制得的紡絲液注入供液裝置的注射器4內，開啟微量注射泵2，待紡絲液正常流通，設置合適流速，開啟直流高壓發生器1，調整電壓與流速相配合；噴絲頭3與收集簾9之間形成電場，噴絲頭3頂部形成的球狀液滴在電場作用下拉伸，從噴絲頭3噴出，形成靜電紡射流，并以螺旋狀的運動軌跡沉積到收集簾9的表面；同時開啟電機驅動卷簾輥a8和卷簾輥blO，帶動收集簾9水平向右運動，纖維膜12前端到達輸出羅拉11 ;
[0063]其中噴絲頭3與收集簾9之間的接收距離為70mm?150mm ;噴絲頭3的內徑為0.5mm ?2mm ；
[0064]步驟3:切條、牽伸、定型；
[0065]將纖維膜12喂入輸出羅拉11鉗口，使纖維膜12與收集簾9分離，再經過切條器14上的齒狀刀片13將纖維膜12切成條，不整齊的邊條被卷條輥al5和卷條輥bl6收集，其它切條通過喇叭口集束器17，進入置于熱牽伸倉20內的牽伸羅拉鉗口，通過后羅拉18和前羅拉19之間的速度差對纖維條進行熱牽伸，牽伸