一种静电纺纳米纤维喷气纺纱机，包括高压静电发生器、带有加压装置的储液罐、横流气泵、集聚单元、纺丝单元、半圆形基座、集束器、喷嘴加捻器、引纱罗拉和卷绕机构。本发明专利技术集喷丝、集聚、牵伸、加捻和卷绕于一体，可以连续制备静电纺纳米纤维纱。极大提高了静电纺纳米纤维的产量；加捻器结构简单，生产效率高。本发明专利技术的纳米纤维成纱方法工艺简单、纱线产量高，适合多种聚合物纺丝溶液，可以实现纳米纤维纱的连续批量制备。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于纺织机械领域，尤其涉及一种可批量连续制备静电纺纳米纤维纱的喷气纺纱机及纺纱方法。
技术介绍
中国是世界上最大的纺织品生产国、出口国，然而，由于行业整体科技含量低、成本上升以及国际金融和欧债危机的影响，我国的纺织行业面临严峻的竞争和挑战，中国的纺织工业迫切需要更创新的产品和技术，而纳米技术为我国纺织工业升级传统纺织品提供了新途径，其中利用静电纺技术制备的纳米纤维无纺毡因其超细尺度、高表面积和孔隙率等特点，已在服装、生物医用、复合材质、过滤和传感器等多领域显示性能优势。不过，纳米纤维只有加工成连续的纱线，才能运用机织、针织、编织等纺织技术加工，从而将纳米纤维融合到市场更广阔、更有意义的传统纺织品中，并有更高附加值的运用。目前已有一些静电纺纳米纤维成纱的报道，如中国专利“静电纺纳米纤维纱线的制备方法和装置”(申请号:201110205027)通过在高聚物溶液中加入电解质，以增加纤维的集聚效果，同时采用漏斗型管道作为静电纺纳米纤维的接收装置，并对漏斗后端的圆柱形管道切向抽真空，形成一定的气流场对纤维进行集聚，形成纳米纤维纱，该方法对纳米纤维的集聚效率较低，不能得到连续的纳米纤维纱，且没有加捻作用。中国专利“纳米纤维长丝束的制备方法”(申请号:200510038571.5)利用相对放置的金属针头分别接正负极，从两针头喷出来的纤维在空中相互吸引、碰撞、形成复合纳米纤维，经拉伸缠绕到旋转的滚筒上形成纳米纤维丝束，该方法中长丝束中纤维连续、排列良好但没有加捻作用，不是严格意义的纱线。Dabirian (Dabirian F，Fibers and Polymers, 2011, 12, 610)和 Ali (Ali U,Journal of the Textile Institute, 2011, 103, 80)等进一步在两个极性相反的针头中间配置旋转的金属圆盘或喇叭用于集聚和加捻纤维束，实现了纳米纤维的连续成纱，但是这些方法均是基于传统的单针头静电纺丝系统，存在产量低(0.ι-1g/h)，成纱细度小，纺纱不稳定的局限，不具备工业运用潜力。
技术实现思路
: 本专利技术所要解决技术问题是提供一种静电纺纳米纤维的喷气纺纱机，及利用上述喷气纺纱机制备静电纺纳米纤维纱的方法。为了解决上述问题采用以下技术方案:一种静电纺纳米纤维喷气纺纱机，包括高压静电发生器、带有加压装置的储液罐、横流气泵、集聚单元、纺丝单元、半圆形基座、集束器、喷嘴加捻器、引纱罗拉和卷绕机构；集聚单元、集束器、喷嘴加捻器和引纱罗拉由上至下沿同一轴线排列；集聚单元不接地，纺丝单元设置在集聚单元和集束器之间，两个半圆形基座以轴线为中心对称设置，每个半圆形基座上固定至少两个纺丝单元，纺丝单元倾斜设置；其中一个半圆形基座上的纺丝单元的喷丝管通过导线与高压发生器的正极相连，另一个半圆形基座上的纺丝单元的喷丝管通过导线与高压发生器的负极相连，两个半圆形基座上的纺丝单元形成带正负电荷的喷头对；每个半圆形基座上纺丝单元的进气口通过输气管与横流气泵相连、纺丝单元的进液口通过输液管与带有加压装置的储液罐相连；集束器的出口和喷嘴加捻器的纱道入口相连。所述的纺丝单元由喷丝管通过中间连接体与气室连接而成，中间连接体上装配有垂直向上的喷气管；喷丝管的下方有进液口，进液口低于喷气管的上端，气室的下方有进气口 ；喷丝管的上方装有防止溶液外溢的保护环。所述的喷丝管的内径为1-45 mm，喷丝管高度为10-500 mm，气室的高度为10-450mm ;其中，喷丝管为金属材质，且喷丝管外侧由下而上套有绝缘材质，绝缘材质的高度为喷丝管高度的1/3 1倍，保护环、喷气管、进液口、中间连接体、气室、进气口均为绝缘材质。所述的集聚单元为带有旋转轴的金属喇叭，并由传动机构控制金属喇叭绕旋转轴旋转，金属喇叭口的直径为5-35 cm ;所述的集束器进口至出口呈直径逐渐减小的喇叭形，出口处的直径为0.5-10 mm。所述的传动机构为电机。所述的喷嘴加捻器由进气管、纱道、喷射孔和气室组成；喷射孔与纱道的内圆周相切，夹角为35-55°，喷射孔数为2-12个，喷射孔径0.1-0.6 mm ;进气管与空气压缩机相连接，压缩空气由喷射孔射入纱道，在纱道中形成用于纳米纤维束的加捻的三维高速旋转气流，并在纱道的入口形成用于吸入纳米纤维束的负压。所述的纱道由上而下分为三部分，在喷射孔入口上方为圆柱管，直径1-3.5 mm，长度6-30 mm，在喷射孔入口下方为梯形管，直径1.5-4.0 mm/5.0-9.0 mm,长度8_45 mm ;最下方为圆柱形的出口管，直径10-20 mm,长度12-60 mm。每个半圆形基座固定2-30个纺丝单元，纺丝单元的倾斜角为15-40°。喷丝管上端面与集聚单元的垂直距离为5-40cm;喷嘴加捻器纱道的入口与集聚单元之间的距离为IO-1OOcm ;高压静电发生器的电压为0-200kV。制备连续纳米纤维纱的方法包括以下步骤: (O加压装置将储液罐中的纺丝溶液经输液管均匀地送入各个纺丝单元的喷丝管中，纺丝溶液的液面稍低于喷丝管的上端面，高于喷气管的上端面； (2)横流气泵将气流经输气管均匀地送入各个纺丝单元的气室中，气流经喷气管向上喷出，纺丝溶液在喷丝管的上端面形成中空的溶液凸起； (3)打开集聚单元的传动机构，令其绕轴旋转，控制转速为0-2500转/分钟，集聚单元的旋转方向和喷嘴加抢器中气流的旋转方向相同； (4)打开高压静电发生器，调节到一定的电压，在高压电场作用下，极化电荷聚集在喷丝管上端面溶液凸起的顶端形成泰勒锥，在静电力的作用下中空的泰勒锥破裂，喷射出多股射流。由于静电诱导效应，集聚单元的两侧会带上电荷相等、极性相反的电荷，两个半圆形基座上的纺丝单元喷出的部分带电射流将被吸附到与之带相反电荷的集聚单元一侧，以纳米纤维网的形式沉积在集聚单元的边缘； (5)为了将步骤(4)中的纳米纤维网引出、取向和加捻，一个绝缘的塑料棒预先安放在集聚单元的正中心，塑料棒缓慢向后沿水平方向抽出，形成中空的锥形纳米纤维网，顶端粘附在塑料棒上，底端与集聚单元的边缘相连接，进一步牵伸纳米纤维网的锥顶，纤维会取向、集聚成纳米纤维束，或进一步通过集聚单元的旋转预加捻成一定捻度的纳米纤维条； (6)将喷嘴加捻器的进气管与空气压缩机相连接，将步骤(5)中的纳米纤维束或纳米纤维条引入集束器，由于负压的存在纳米纤维束被吸入纱道中，在旋转气流的作用下连续加捻成纱并沿纱道的出口输出；(7)步骤(6)中加捻的纳米纤维纱在引纱罗拉的作用下输出，经卷绕机构卷绕成筒。本专利技术中，集聚单元的旋转方向和喷嘴加捻器中气流的旋转方向相同，集聚单元的旋转可对纳米纤维束起到预加捻作用，因此，纳米纤维纱捻度的施加可依靠喷嘴加捻器中气流的高速旋转单独完成，也可由喷嘴加捻器中气流的高速旋转与集聚单元的旋转共同完成。本专利技术的纳米纤维喷气纺纱机集喷丝、集聚、牵伸、加捻和卷绕于一体，可以连续制备静电纺纳米纤维纱。本专利技术的纺丝单元中溶液处于封闭的体系中，减少了溶液中溶剂的挥发，可以保持稳定的溶液浓度，喷丝管孔径大，通过喷气管的连续通气，气体的流动可避免喷丝管的堵塞现象，单个喷丝管能喷射出多股射流，产量为普通单针头静电纺的8-40倍，多本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种静电纺纳米纤维喷气纺纱机，其特征在于：包括高压静电发生器、带有加压装置的储液罐、横流气泵、集聚单元、纺丝单元、半圆形基座、集束器、喷嘴加捻器、引纱罗拉和卷绕机构；集聚单元、集束器、喷嘴加捻器和引纱罗拉由上至下沿同一轴线排列；集聚单元不接地，纺丝单元设置在集聚单元和集束器之间，两个半圆形基座以轴线为中心对称设置，每个半圆形基座上固定至少两个纺丝单元，纺丝单元倾斜设置；其中一个半圆形基座上的纺丝单元的喷丝管通过导线与高压发生器的正极相连，另一个半圆形基座上的纺丝单元的喷丝管通过导线与高压发生器的负极相连，两个半圆形基座上的纺丝单元形成带正负电荷的喷头对；每个半圆形基座上纺丝单元的进气口通过输气管与横流气泵相连、纺丝单元的进液口通过输液管与带有加压装置的储液罐相连；集束器的出口和喷嘴加捻器的纱道入口相连。
【技术特征摘要】
1.一种静电纺纳米纤维喷气纺纱机，其特征在于:包括高压静电发生器、带有加压装置的储液罐、横流气泵、集聚单元、纺丝单元、半圆形基座、集束器、喷嘴加捻器、引纱罗拉和卷绕机构；集聚单元、集束器、喷嘴加捻器和引纱罗拉由上至下沿同一轴线排列；集聚单元不接地，纺丝单元设置在集聚单元和集束器之间，两个半圆形基座以轴线为中心对称设置，每个半圆形基座上固定至少两个纺丝单元，纺丝单元倾斜设置；其中一个半圆形基座上的纺丝单元的喷丝管通过导线与高压发生器的正极相连，另一个半圆形基座上的纺丝单元的喷丝管通过导线与高压发生器的负极相连，两个半圆形基座上的纺丝单元形成带正负电荷的喷头对；每个半圆形基座上纺丝单元的进气口通过输气管与横流气泵相连、纺丝单元的进液口通过输液管与带有加压装置的储液罐相连；集束器的出口和喷嘴加捻器的纱道入口相连。2.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维喷气纺纱机，其特征在于:所述的纺丝单元由喷丝管通过中间连接体与气室连接而成，中间连接体上装配有垂直向上的喷气管；喷丝管的下方有进液口，进液口低于喷气管的上端，气室的下方有进气口 ；喷丝管的上方装有防止溶液外溢的保护环。3.根据权利要求2所述的静电纺纳米纤维喷气纺纱机，其特征在于:所述的喷丝管的内径为1-45 mm，喷丝管高度为10-500 mm，气室的高度为10-450 mm;其中，喷丝管为金属材质,且喷丝管外侧由下而上套有绝缘材质,绝缘材质的高度为喷丝管高度的1/3 I倍，保护环、喷气管、进液口、中间连接体、气室、进气口均为绝缘材质。4.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维喷气纺纱机，其特征在于:所述的集聚单元为带有旋转轴的金属喇叭，并由传动机构控制金属喇叭绕旋转轴旋转，金属喇叭口的直径为5-35 cm ;所述的集束器进口至出口呈直径逐渐减小的喇叭形，出口处的直径为0.5-10mmD5.根据权利要求4所述的静电纺纳米纤维喷气纺纱机，其特征在于:所述的传动机构为电机。6.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维喷气纺纱机，其特征在于:所述的喷嘴加捻器由进气管、纱道、喷射孔和气室组成；喷射孔与纱道的内圆周相切，夹角为35-55°，喷射孔数为2-12个，喷射孔径0.1-0.6 mm ;进气管与空气压缩机相连接，压缩空气由喷射孔射入纱道，在纱道中形成用于纳米纤维束的加捻的三维高速旋转气流，并在纱道的入口形成用于吸入纳米纤维束的负压。7.根据权利要求6所述的静电纺纳米纤维喷气纺纱机，其特征在于:所述的纱道由...
【专利技术属性】
技术研发人员：何建新，崔世忠，周伟涛，梅硕，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：
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