本发明属于纺织纤维制备装置技术领域，涉及气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置。
背景技术：
材料是人类文明进步的物质基础，材料的更新与进步更是促进了人类社会的发展。复合材料是指由两种或两种以上不同物理性质、化学性质的材料，以微观、细观或宏观等不同的结构尺度与层次，经复杂的空间组合而形成的一个材料系统。复合材料在性能与结构上能相互取长补短，并且其综合性能优于单一原材料，还附加了一些特殊功能。
在纺织材料领域，不同组分纤维材料的复合有许多种途径，它们能在不同的环节进行。例如：纤维材料的复合可以采用高聚物共聚改性，高聚物混合，复合纺丝，转杯纺等混纺、混纤和缠绕，交织、混编成型，甚至织物复合、纤维材料与各种基质材料复合等方法。不同材料、不同性能纤维的复合化，不仅能弥补单一组份纤维的缺陷，发挥复合纤维的组合优势，而且通过纤维的复合化，能开发出许多功能性纤维，如：具有包括芯鞘复合型、并列复合型以及具有镶嵌结构、中空微孔结构、不完全包芯结构等特殊结构的复合形式，使纺织纤维与面料具有单一材料无法表现出的新风格、新结构及特殊功能。
随着纳米科学与技术的飞速发展，纤维的超细化已经成为纺织革新的发展方向。而纳米纤维制品是纳米纺织的重要组成元素，因此如何开发新技术、创造新的纳米纺织品是研究者们在纳米纤维制造技术上不断追求的目标，而复合纳米纤维的制备是其中一个亟待解决的难题。
目前，常用的制备复合纳米纤维的装置主要有静电纺丝、熔喷法、吹液法或湿法纺丝等，但这些方法大多存在设备复杂、工艺繁琐、结构单一、流程长及产量低的缺点，而且纺丝时针头尺寸小，容易堵塞，另外纺丝溶液的性质对纺丝影响大，因此需要寻求新的制备复合纳米纤维的装置。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，实现了一步法制备出复合纳米纤维，整个装置在使用中具有高效稳定及快捷方便的优点。
本发明所采用的技术方案是，气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，包括有储液单元、高速气流发生装置及接收装置；储液单元，包括有竖直设置的至少两根储液管，每根储液管的上端和管壁下部均设置有开口，每根储液管管壁上的开口都通过导气管与发泡气泵连接，发泡气泵能使所连接的储液管内添加的纺丝液形成聚合物多气泡，每根储液管上端的开口用于将聚合物多气泡输出；高温高速气流发生装置和接收装置均靠近储液单元设置，高温高速气流发生装置连接热气流喷管，且热气流喷管的最终出气方向正对着接收装置，经高温高速气流发生装置处理后的气流由热气流喷管喷出后，能对每根储液管输出的聚合物多气泡进行吹拉细化，并使产物飞落在接收装置上。
本发明的特点还在于：
在储液单元内仅设置两根储液管时，两根储液管呈同轴嵌套设置或并排设置；两根储液管呈并排设置时，两根储液管之间的距离为1mm～100mm，两根储液管之间的高度差为0mm～20mm；两根储液管呈同轴嵌套设置时，两根储液管之间的高度差为0mm～20mm。
在储液单元内设置有两根以上的储液管时，储液管之间的设置方式为：同轴嵌套设置、并排设置或多根储液管围绕一根储液管设置；储液管之间呈同轴嵌套设置，最短的一根储液管与最长的一根储液管之间的高度差为0mm～20mm；储液管之间呈并排设置，任意两根相邻近的储液管之间的距离为1mm～100mm，且任意两根相邻近的储液管之间的高度差为0mm～20mm；多根储液管围绕一根储液管设置时，被围绕的储液管与其他各根储液管之间的距离为1mm～100mm，且被围绕的储液管与其他各根储液管之间的高度差为0mm～20mm。
储液管的横截面形状为圆形、矩形、三角形或梯形；储液管的管径为0.1mm～200mm，且储液管的高度为1cm～50cm。
发泡气泵至少设置有一个或设置的数目与储液单元内储液管的设置数量相同；发泡气泵设置为一个时，能一对多的为所有的储液管提供气流并调节发泡速率；发泡气泵设置的数目与储液单元内储液管的设置数量相同时，能一对一的为相应储液管提供气流并调节发泡速率。
导气管上设置有气阀。
高温高速气流发生装置用于产生及储备气流，并能对气流的温度和速度进行调节，通过热气流喷管能输出温度为10℃～400℃，速度为5m/s～300m/s的气流；高温高速气流发生装置上至少连接一根热气流喷管。
高温高速气流发生装置仅连接一根热气流喷管时，热气流喷管的出气口与储液单元内的每根储液管之间的距离为1mm～250mm，与接收装置之间的距离为1cm～150cm；高温高速气流发生装置连接多根热气流喷管时，任意一根热气流喷管的出气口与储液单元内的每根储液管之间的距离为1mm～250mm，任意一根热气流喷管的出气口与接收装置之间的距离为1cm～150cm。
热气流喷管的出气口的形状为圆形、矩形、三角形或梯形，且热气流喷管的出气口的横截面面积为0.1cm2～100cm2。
接收装置为平板接收装置或滚筒接收装置。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，具有结构简单、操作方便及工艺流程短的优点，其利用高温高速气流直接对聚合物多气泡进行吹拉细化，实现了一步法制备出纳米纤维或复合纳米纤维。
(2)在利用本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置制备复合纳米纤维的过程中，气泡破裂时会产生许多射流，相对于传统的纺丝头挤压射流，不仅产量会大幅度提高，还避免了纺丝头易堵的缺点，也无需频繁更换和清洗喷丝孔。
(3)由于射流在气流不同的作用方式下会呈现弥散式碰撞以及多缠结现象，而本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置通过对射流复合过程的调控，能获得抱合、缠结、镶嵌及核壳等结构特殊、样式新颖的复合纳米纤维。
(4)本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，通过改变气流的参数、作用方式和多气泡喷嘴的位置，能使具有不同类型与性能的聚合物以多种方式直接复合，仅一步法就能制备出形式多样的复合纳米纤维。
附图说明
图1是本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置一种实施例的结构示意图。
图中，1.储液单元，2.高温高速气流发生装置，3.发泡气泵，4.热气流喷管，5.接收装置，6.导气管。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，其结构如图1所示，包括有储液单元1、高速气流发生装置2及接收装置5；储液单元1，包括有竖直设置的至少两根储液管，每根储液管的上端和管壁下部均设置有开口，每根储液管管壁上的开口都通过导气管6与发泡气泵3连接，发泡气泵3能使所连接的储液管内添加的纺丝液形成聚合物多气泡，每根储液管上端的开口用于将聚合物多气泡输出；高温高速气流发生装置2和接收装置5均靠近储液单元设置，高温高速气流发生装置2连接热气流喷管4，且热气流喷管4的最终出气方向正对着接收装置5，经高温高速气流发生装置2处理后的气流由热气流喷管4喷出后，能对每根储液管输出的聚合物多气泡进行吹拉细化，并使产物飞落在接收装置5上。
在储液单元1内：若仅设置有两根储液管时，两根储液管的设置形态为：呈同轴嵌套设置或并排设置。当两根储液管呈并排设置时，两根储液管之间的距离为1mm～100mm，两根储液管之间的高度差为0mm～20mm。当两根储液管呈同轴嵌套设置时，两根储液管之间的高度差为0mm～20mm。
在储液单元1内设置有两根以上的储液管时，所有的储液管呈同轴嵌套设置、并排设置或多根储液管围绕一根储液管设置。当储液管之间呈同轴嵌套设置时，最短的一根储液管与最长的一根储液管之间的高度差为0mm～20mm。当储液管之间呈并排设置时，任意两根相邻近的储液管之间的距离为1mm～100mm，且任意两根相邻近的储液管之间的高度差为0mm～20mm。当多根储液管围绕一根储液管设置时，被围绕的那根储液管与其他各根储液管之间的距离为1mm～100mm，且被围绕的那根储液管与其他各根储液管之间的高度差为0mm～20mm。
另外，在储液单元1内，不同规格的储液管，其横截面形状可以相同，也可以不同。另外，不同规格的储液管中注入的纺丝液可以相同，也可以不同。
储液管的横截面形状为圆形、矩形、三角形、梯形或多边形；储液管的管径为0.1mm～200mm，且储液管的高度为1cm～50cm。
发泡气泵3用于为所连接的储液管提供气流，并调节发泡速率至稳定状态，最终能在所连接的储液管中使纺丝液形成持续且稳定的聚合物多气泡。
在实际应用中，发泡气泵3至少设置有一个或设置的数目与储液单元1内储液管的数量相同。当发泡气泵3设置为一个时，能一对多的为所有的储液管提供气流并调节发泡速率。当所述发泡气泵3设置的数目与储液单元1内储液管的设置数量相同，能一对一的为相应储液管提供气流并调节发泡速率。
为了方便控制，在导气管6上设置有气阀；另外，导气管6与储液管侧壁上的开口连接，可以将该开口设置于储液管侧壁上靠近下部处，与底端的距离为3mm，便于有效利用接近储液管底部的纺丝液。
高温高速气流发生装置2用于产生及储备气流，并且能根据实际需要对气流的温度和速度进行调节；高温高速气流发生装置2的出口与热气流喷管4连接，所产生输出的气流温度为10℃～400℃，气流速度为5m/s～300m/s。
高温高速气流发生装置2上至少连接一根热气流喷管4。
当高温高速气流发生装置2仅连接一根热气流喷管4时，该根热气流喷管4的出气口与储液单元1内的每根储液管之间的距离为1mm～250mm，与接收装置5之间的距离为1cm～150cm。
当高温高速气流发生装置2连接多根热气流喷管4时，任意一根热气流喷管4的出气口与所述储液单元1内的每根储液管之间的距离为1mm～250mm，任意一根热气流喷管4的出气口与接收装置5之间的距离为1cm～150cm。
热气流喷管4的出气口的形状为圆形、矩形、三角形、梯形或多边形，且热气流喷管4的出气口的横截面积为0.1cm2～100cm2。
接收装置5为平板、滚筒或其他形式的接收装置，接收装置5上可以有网眼，也可以无网眼。
利用本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置可以制备纳米纤维或复合纳米纤维；
制备普通纳米纤维的方法：先将同一种纺丝液分别注入到储液单元1中的两根储液管中，将两根储液管通过导气管6与至少一个发泡气泵3连接，启动发泡气泵3后，两根储液管内的纺丝液形成稳定持续地聚合物多气泡，并通过两根储液管上端的开口输出；与此同时，开启高温高速气流发生装置2，高温高速气流发生装置2内能产生温度为10℃～400℃、流速为5m/s～300m/s的气流，且该气流能通过热气流喷管4喷射出来；经热气流喷管4喷射出来的气流能将两根储液管上端输出的稳定持续地聚合物多气泡吹拉细化；最终使产物飞落在接收装置5上，在接收装置5上形成纳米纤维。
制备复合纳米纤维的方法：将不同的纺丝液分别注入到不同的储液管中，将所有的储液管通过导气管6与至少一个发泡气泵3连接，启动发泡气泵3，在每根储液管内，纺丝液均能形成稳定持续地聚合物多气泡，并能通过每根储液管上端的开口输出；开启高温高速气流发生装置2，高温高速气流发生装置2内能产生温度为10℃～400℃、流速为5m/s～300m/s的气流，且该气流能通过至少一根热气流喷管4喷射出来；由热气流喷管4喷射出来的气流能将不同储液管上端输出的稳定持续地聚合物多气泡吹拉细化；最终产物飞落在接收装置5上，在接收装置5上形成复合纳米纤维。
气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置实际具有多种结构，以如下三种实施例为例进行简单的说明：
实施例1
气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，包括有储液单元1、高速气流发生装置2及接收装置5；储液单元1，包括有两根竖直且呈并排设置的储液管，两根储液管的横截面均为圆形，两根储液管的管径均为5mm，两根储液管的长度均为10cm，两根储液管之间的距离为10mm；每根储液管的上端和管壁上均设置有开口，两根储液管管壁上的开口都通过导气管6与一个发泡气泵3连接，发泡气泵3能使两根储液管内添加的纺丝液形成聚合物多气泡，每根储液管上端的开口用于将聚合物多气泡输出；
将高温高速气流发生装置2和接收装置5分别设置于储液单元1的两侧，高温高速气流发生装置2连接一根热气流喷管4，热气流喷管4的最终出气方向正对着接收装置5，且热气流喷管4的出气口与储液单元的距离为10mm，热气流喷管4的出气口与接收装置5的距离为60mm；热气流喷管4的出气口的形状呈圆形，且出气口的横截面积为50cm2；接收装置5采用平板型接收装置。
具体的使用过程如下：
将浓度为15％的聚酰胺66溶液作为一种纺丝液注入一根储液管内，将浓度为12％的聚己内酯溶液作为另一种纺丝液注入另一根储液管内，利用发泡气泵3能使两根储液管内添加的纺丝液形成聚合物多气泡；高温高速气流发生装置2内能产生温度为100℃、流速为200m/s的气流，并将该气流通过热气流喷管4喷出；经热气流喷管4喷出的气流能对经每根储液管输出的聚合物多气泡进行吹拉细化，并使产物飞落在接收装置5上，最终能一步法制备出并列型的复合纳米纤维，且复合纳米纤维的平均直径为400nm。
实施例2
气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，包括有储液单元1、高速气流发生装置2及接收装置5；储液单元1，包括有一根直径较大的储液管和三根直径较小的储液管；直径较小的储液管，其尺寸为：管径为5mm，长度为10cm；直径较大的储液管，其尺寸为：管径为20mm，长度为8cm；较大直径的储液管和三根直径较小的储液管，其横截面均呈圆形；在具体设置时：将三根直径较小的储液管围绕直径较大的储液管按照180°均匀分布，且每根直径较小的储液管与直径较大的储液管的间隔均为5mm；
直径较大的储液管管壁上和顶部均设置有开口，每根直径较小的储液管的管壁上和顶部均设置有开口，直径较大的储液管管壁上的开口通过导气管6连接一个发泡气泵3，每根直径较小的储液管管壁上的开口通过导气管6连接一个发泡气泵3；直径较大的储液管顶部的开口和三根直径较小的储液管顶部的开口用于输出聚合物多气泡；
高温高速气流发生装置2和接收装置5分别位于储液单元的两侧，高温高速气流发生装置2连接有三根热气流喷管4，三根热气流喷管4的最终出气方向正对着接收装置5，且这三根热气流喷管4分别对应于三根直径较小的储液管；每根热气流喷管4的出气口的形状为圆形，出气口的横截面积为30cm2，每根热气流喷管4的出气口与对应的直径较小的储液管之间的距离为5cm；接收装置5采用平板型接收装置，接收装置5与三根热气流喷管4的出气口距离均为100cm。
具体的使用过程如下：
将浓度为12％的再生丝素蛋白溶液作为一种纺丝液分别注入三根直径较小的储液管内，将浓度为10％的聚乳酸溶液作为另一种纺丝液注入直径较大的储液管内；利用发泡气泵3能使每根储液管内添加的纺丝液形成聚合物多气泡；高温高速气流发生装置2内能产生温度为100℃、流速为180m/s的气流，并将该气流通过热气流喷管4喷出；经热气流喷管4喷出的气流能对经每根储液管输出的聚合物多气泡进行吹拉细化，并使产物飞落在接收装置5上，最终能一步法制备出包缠型的复合纳米纤维，且复合纳米纤维的平均直径为600nm。
实施例3
气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，包括有储液单元1、高速气流发生装置2及接收装置5；储液单元1，包括有四根竖直设置的储液管，且四根储液管的长度均为10cm，但直径不同，分别为三根直径较小的储液管和一根直径较大的储液管，三根直径较小的储液管的口径为5mm，一根直径较大的储液管的口径为20mm，且四根储液管的横截面形状均为圆形，其中一根直径较小的储液管与直径较大的储液管为同轴结构，另外两根直径较小的储液管对称放置在同轴结构的两侧，且与大储液管的距离均为5mm；
直径较大的储液管管壁上和顶部均设置有开口，每根直径较小的储液管的管壁上和顶部均设置有开口，直径较大的储液管管壁上的开口通过导气管6连接一个发泡气泵3，每根直径较小的储液管管壁上的开口通过导气管6连接一个发泡气泵3；直径较大的储液管顶部的开口和三根直径较小的储液管顶部的开口用于输出聚合物多气泡；
高温高速气流发生装置2和接收装置5分别位于储液单元的两侧，高温高速气流发生装置2连接有两根热气流喷管4，且这两根热气流喷管4的最终出气方向正对着接收装置5；每根热气流喷管4的出气口的形状为圆形，出气口的横截面积为50cm2，每根热气流喷管4的出气口与对应的直径较小的储液管之间的距离为10cm；接收装置5采用滚筒型接收装置，转速为120r/min，接收装置5与每根热气流喷管4的出气口距离均为80cm。
具体的使用过程如下：
将浓度为12％的聚酰胺66溶液作为一种纺丝液注入两侧的两根直径较小的储液管中，在同轴结构中，向直径较大的储液管中注入浓度为10％的聚丙烯腈溶液，向直径较小的储液管中注入浓度为8％的聚乙烯醇溶液；高温高速气流发生装置2与热气流喷管4连接，能产生的温度为120℃，速度为200m/s的气流；经热气流喷管4喷出的气流能对经每根储液管输出的聚合物多气泡进行吹拉细化，并使产物飞落在接收装置5上，采用以上方式可以一步法制备出三明治式的核-壳型复合纳米纤维，并且通过后处理，可以得到中空的复合纳米纤维，纤维平均直径为500nm。
本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置，其根据气泡表面张力小、气泡破裂会产生大量射流碎片的原理以及气流在加工速度、生产成本和环境保护与清洁的独特优势，利用一定温度、速度的气流通过克服多组储液管中聚合物溶液生成的气泡薄膜的表面张力，使多组气泡被拉伸破裂，且其碎片射流之间相互抱合、碰撞与缠结，并在气流作用下被进一步拉伸细化，形成复合纳米纤维的技术。此外，本发明气流多气泡纺制备复合纳米纤维的装置不仅仅限于单一结构，可以根据实际需要变化不同的结构，适用于生产多种结构的符合纳米纤维。