球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置及其使用方法与流程

本发明属纳米静电纺丝和纺织机械技术领域，特别是涉及一种球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置及其使用方法。

背景技术：

当将聚合物纤维直径从微米尺度降至亚微米尺度或纳米尺度时，就会出现一系列惊奇的特性。如非常大的体积比表面积，纳米纤维的体积比表面积基本是微米纤维的1000倍；可以灵活地进行表面功能化；与其他已知材料形式相比所表现出优越的效应和机械性能，如表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和量子隧道效应及刚度、抗张强度等。这些杰出的性能使得纳米纤维成为许多重要应用的首选材料，在高效过滤、生物医用、智能传感等领域极具发展潜力。综合考虑操作可行性、稳定可控性(包括纤维直径及其分布)、加工材料范围、加工耗时等，静电纺丝加工技术就成为目前唯一一种可以制造连续的聚合物纳米纤维的方法。随着纳米材料科学的兴起和快速发展，利用静电纺丝方法制备纳米纤维及纳米纤维集合体成为工程材料科学界的研究热点。

传统的单针头静电纺丝装置较为简单，主要由高压电源系统、供液系统和收集系统三部分组成。供液系统包括微量注射泵、医用针管及平口金属针头，高聚物溶液流量由微量注射泵控制，高压电源的正极与平口金属针头连接，收集系统是金属平板并接地。高压电源电压逐渐增大，金属针头的液滴逐渐形成泰勒锥，当高压电源电压进一步增大，电场力会克服高聚物溶液的表面张力、黏滞力等作用形成微小的直线射流而后会出现鞭动现象到达接地金属收集板，在这个过程中，溶剂挥发，高聚物固化形成纳米纤维沉积在金属收集板上。

利用传统的静电纺丝方法制备的纳米纤维是以杂乱无章的纤维毡形式沉积在金属收集板上，这种无取向的纳米纤维毡极大地限制了纳米纤维在组织工程支架、细胞诱导生长方面的应用。另外，传统的静电纺丝装置得到的纳米纤维产量很低，很难满足纳米纤维在大量应用时的需求，单针头静电纺丝装置还存在针头容易堵塞的问题，这会严重影响到纳米纤维纺丝过程的顺利进行。

受限于纳米纤维束及纳米纱线难以结构控制和大批量生产，纳米纤维束及纳米纤维纱线的应用研究目前仍处于起步阶段，但现有应用研究表明纳米纤维束及纳米纤维纱线在创敷材料、组织工程、灵敏传感器、电子器件方面极具应用前景。

目前国内外采用无针式静电纺丝装置产生大量纳米纤维来集束成纱的技术并无报道，主要是因为目前的无针式静电纺丝装置出丝量大但纤维落点及沉积半径不可控。

当前纳米纱线批量化制备国内外也有一些报道。中国专利201610308336.3公开了一种高速离心一步成型纳米纤维纱线装置，该装置通过在旋转离心柱外壁设置与离心柱中心腔体相连的多个喷嘴在旋转过程中收集高取向的纳米纤维束，再经加捻形成纳米纱线。这种方法一定程度上提高了纳米纱线的产量，同时有良好的取向效果，但离心力作用形成的纳米纤维直径较粗分布较宽；中国专利201610455645.3公开了一种纳米纤维纱线加工装置及方法，该装置将多股长丝穿过静电纺丝区域以吸附纳米纤维，再将长丝浸泡溶解，加捻纳米纤维成纱。这种方法可以实现纳米纤维的批量化连续制备，但操作复杂，原料选择有限；中国专利201510149182.3公开了一种转环型静电纺纳米纤维纱线制备装置，利用中空圆环汇集纳米纤维形成一根连续纳米纤维纱线，这种方法的生产速度因单根纳米纤维纱线强力较低而受限，难以批量化生产纳米纤维纱线。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置及其使用方法，解决了目前纳米纤维纱线生产速度较低、纳米纤维纱线结构不可调控、纳米纤维纱线强力较低、纳米纤维纱线易断头难以连续化生产等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置，包括本体和底座，其中所述底座中间设有十字交叉的楔形槽，所述本体沿着第一楔形槽对称设置在第二楔形槽上，所述本体包括供液系统、分离电场控制系统、球形刷式喷丝系统、纳米纤维纱线成纱系统和纳米纤维纱线收集系统，所述供液系统包括气瓶、纺丝液贮液瓶、油浴槽和导液管，所述纺丝液贮液瓶设置在的油浴槽内，所述纺丝液贮液瓶与导液管到刷液槽形成连通器结构，所述纺丝液贮液瓶通过气管与气瓶连接，所述气管上、靠近气瓶处依次设有总阀和减压阀，所述分离电场控制系统包括高压发生器、金属圆环、圆柱座和支座，所述安装座设置在底座的第二楔形槽上，所述安装座上设有与刷液槽对应的供液道，用于穿过导液管，所述支座设置在安装座上，所述圆柱座设置支座上，所述金属圆环套装在圆柱座上，所述高压发生器的正负极分别与底座上两侧本体上的金属圆环连接，所述球形刷式喷丝系统包括球形喷头、下球座、上球座、传动轴和传动电机组，所述下球座设置在圆柱座上端，所述下球座中间设有直径大于球形喷头直径的的半球槽，所述上球座的上平面与球形喷头的球心相平，所述上球座安装在下球座上，所述球形喷头设置在上球座与下球座之间、且与下球座之间形成刷液槽，所述传动电机组通过传动轴与球形喷头连接，且传动电机组通过传动轴驱动球形喷头转动，所述纳米纤维纱线成纱系统包括金属圆盘座、成纱三角金属圆盘、引纱孔座、水平移动座和纱座，所述纱座设置在第一楔形槽上、两个本体中间，所述金属圆盘座通过垫块设置在纱座上，所述成纱三角金属圆盘通过旋转轴安装在金属圆盘座上，且旋转轴通过皮带传动旋转，所述水平移动座设置在纱座上，所述水平移动座上端竖直设有引纱孔座，所述引纱孔座侧面设有与成纱三角金属圆盘对应的引纱孔，所述纳米纤维纱线收集系统包括罗拉和纱筒，所述罗拉和纱筒依次设置在引纱孔座外侧、纱座上端。

本发明的进一步技术特征是，所述纺丝液贮液瓶、导液管、圆柱座、下球座、上球座、传动轴和油浴槽材质均为聚四氟乙烯材料。

本发明的又进一步技术特征是，所述油浴槽内装有硅油。

本发明的再进一步技术特征是，所述纺丝贮液瓶内部设有竖直板，所述竖直板与纺丝贮液瓶侧壁之间设有活塞，所述活塞上端与气管连接。

本发明的再进一步技术特征是，所述导液管直径为2mm-10mm、长度为500mm-1200mm，所述导液管中间设有开关，用于控制高聚物溶液由贮液瓶向刷液槽自由流动。

本发明的再进一步技术特征是，所述金属圆环材质为金属铜材料、直径为50mm-300mm，且金属圆环套在圆柱座部分壁厚均匀为1mm-20mm、高度为50mm-200mm，所述金属圆环高出圆柱座部分壁的纵截面为三角形、壁厚从1mm-20mm收窄到三角形上顶点0、且向外有0°-80°的倾角、高度为10mm-20mm。

本发明的再进一步技术特征是，所述下球座为圆柱状、上平面为一个挖空的下半球，所述下半球的直径大于球形喷头直径0.5mm-5mm，所述上球座为圆柱状、下平面是一个挖空的上半球，所述上半球的直径略大于球形喷头的直径0.5mm-3mm。

本发明的再进一步技术特征是，所述球形喷头材质为金属铜、玻璃或聚四氟乙烯中的一种。

本发明的更进一步技术特征是，所述成纱三角金属圆盘由电机传动皮带带动旋转，且转速调速范围为0r/min-150r/min。

一种球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置的使用方法，其中包括以下步骤：

(a)在纺丝液贮液瓶中加入的高聚物溶液，将导液管穿过供液道连接纺丝液贮液瓶与刷液槽；

(b)分别调节第一楔形槽两侧本体的安装座在纳米纱线装置底座上的第二楔形槽的位置；

(c)分别调节第一楔形槽两侧本体的金属圆环在圆柱座上的高度，使其顶部与球形喷头的顶部距离为固定值；

(d)调节纱座在底座上的第一楔形槽的位置；

(e)调节金属圆盘座的高度，调节引纱孔座的高度，同时，调节水平移动座，使球形刷式喷头、金属圆盘座、引纱孔三者间的空间位置相对应；

(f)在油浴槽中加入硅油，并用热台加热至设置的温度；

(g)打开导液管中间开关，打开气瓶的总阀，调节减压阀推动活塞使得高聚物溶液经过导液管缓慢流入刷液槽内，使得高聚物溶液以一定量存在于刷液槽中；

(h)打开电机，通过传动轴驱动球形喷头旋转，使高聚物溶液以一定厚度均匀覆盖于球形喷头表面；

(i)将高压发生器的正、负极分别与第一楔形槽两侧本体上的金属圆环连接；

(j)打开高压发生器的电源，调节电压旋钮，分别设置高压发生器的正极电压和负极电压，缓慢增加电压至预定值后，两侧球形喷头的上表面将出现多股射流，两侧的射流在飞向成纱三角金属圆盘的过程中，射流被拉伸，溶剂挥发，高聚物固化，形成纳米纤维沉积在成纱三角金属圆盘上；

(k)打开成纱三角金属圆盘的驱动电机，带动成纱三角金属圆盘旋转；

(l)从成纱三角金属圆盘中心将纳米纤维束引出，形成圆锥形的加捻三角区，成纱三角金属圆盘对纳米纤维束进行加捻，形成纳米纤维纱线；

(m)将引出的纳米纤维纱线穿过引纱孔，经输送罗拉至纱筒卷绕收集。

有益效果

本发明的有益效果在于：

1、采用气压连通器供液系统可实现高聚物溶液的自动供给，简单易行、操作方便；

2、球形刷式喷丝系统避免了一般无针式喷头因自由液面大在静电纺丝过程中出现的待纺溶液溶剂容易挥发的问题，避免了无针式喷头自由液面纺丝液溶剂挥发而浓度波动的问题，从而避免喷头自由液面中待纺纺丝液浓度变化对所纺纤维直径分布宽的影响，提高了纺丝质量，同时也提高了溶液的使用效率；

3、球形旋转刷式喷丝结构球面喷头处形成自由液面很薄，在旋转刷上纺丝液的过程中，溶液即供即纺，可在三维空间中全方位安置纺丝，有利于纳米纤维可控集束与成纱；

4、通过分离电场控制系统可以调控纳米纤维的落点及沉积半径，进而可控纳米纤维集束与成纱；

5、两组球形喷头相对安放，大量纳米纤维沉积在金属圆盘上形成加捻三角区极大地提高了纳米纤维纱线的生产速度，实现了纳米纤维纱线的快速连续化制备。

附图说明

图1为本发明供液及静电纺丝部分示意图。

图2为本发明静电纺丝及纳米纤维成纱部分示意图。

图3为图2主视图。

图4为图2左视图。

图5为图2俯视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

如图1至图5所示，一种球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置，包括本体23和底座6，其中所述底座6中间设有十字交叉的楔形槽1、5，所述本体23沿着第一楔形槽1对称设置在第二楔形槽5上，所述本体23包括供液系统、分离电场控制系统、球形刷式喷丝系统、纳米纤维纱线成纱系统和纳米纤维纱线收集系统，所述供液系统包括气瓶30、纺丝液贮液瓶34、油浴槽36和导液管37，所述纺丝液贮液瓶30设置在的油浴槽36内，所述纺丝液贮液瓶30与导液管37到刷液槽21形成连通器结构，所述纺丝液贮液瓶34通过气管25与气瓶30连接，所述气管25上、靠近气瓶30处依次设有总阀29和减压阀28，所述分离电场控制系统包括高压发生器4、金属圆环14、圆柱座13和支座39，所述安装座7设置在底座6的第二楔形槽5上，所述安装座7上设有与刷液槽21对应的供液道9，用于穿过导液管37，所述支座39设置在安装座7上，所述圆柱座13设置支座39上，所述金属圆环14套装在圆柱座13上，所述高压发生器4的正负极分别与底座6上两侧本体23上的金属圆环14连接，所述球形刷式喷丝系统包括球形喷头12、下球座26、上球座27、传动轴15和传动电机组20，所述下球座26设置在圆柱座13上端，所述下球座26中间设有直径大于球形喷头12直径的的半球槽，所述上球座27的上平面与球形喷头12的球心相平，所述上球座27安装在下球座26上，所述球形喷头12设置在上球座27与下球座26之间、且与下球座26之间形成刷液槽21，所述传动电机组20通过传动轴15与球形喷头12连接，且传动电机组20通过传动轴15驱动球形喷头12转动，所述纳米纤维纱线成纱系统包括金属圆盘座19、成纱三角金属圆盘16、引纱孔座10、水平移动座22和纱座8，所述纱座8设置在第一楔形槽1上、两个本体23中间，所述金属圆盘座19通过垫块设置在纱座8上，所述成纱三角金属圆盘16通过旋转轴17安装在金属圆盘座19上，且旋转轴17通过皮带传动旋转，所述水平移动座22设置在纱座8上，所述水平移动座22上端竖直设有引纱孔座10，所述引纱孔座10侧面设有与成纱三角金属圆盘16对应的引纱孔11，所述纳米纤维纱线收集系统包括罗拉18和纱筒24，所述罗拉18和纱筒24依次设置在引纱孔座10外侧、纱座8上端。

所述纺丝液贮液瓶34、导液管37、圆柱座13、下球座26、上球座27、传动轴15和油浴槽36材质均为聚四氟乙烯材料，所述油浴槽36内装有硅油32，由热台加热至所需温度。

所述纺丝贮液瓶34内部设有竖直板，所述竖直板与纺丝贮液瓶侧壁之间设有活塞31，所述活塞31上端与气管25连接。

所述导液管37直径为2mm-10mm、长度为500mm-1200mm，所述导液管37中间设有开关35，用于控制高聚物溶液33由贮液瓶向刷液槽自由流动。

所述金属圆环14材质为金属铜材料、直径为50mm-300mm，且金属圆环14套在圆柱座13部分壁厚均匀为1mm-20mm、高度为50mm-200mm，所述金属圆环14高出圆柱座13部分壁的纵截面为三角形、壁厚从1mm-20mm收窄到三角形上顶点0、且向外有0°-80°的倾角、高度为10mm-20mm。

所述下球座26为圆柱状、上平面为一个挖空的下半球，所述下半球的直径大于球形喷头12直径0.5mm-5mm，所述上球座27为圆柱状、下平面是一个挖空的上半球，所述上半球的直径略大于球形喷头的直径0.5mm-3mm。

所述球形喷头20材质为金属铜、玻璃或聚四氟乙烯中的一种，所述球形喷头为球体，直径为10mm-300mm，所述球形喷头采用多种不同粗糙度加工，所述球形喷头的转速由电机调节，调节范围为0r/min-200r/min。

所述成纱三角金属圆盘材质为不锈钢，圆柱状，直径为40mm-400mm，高度为5mm-15mm，所述成纱三角金属圆盘16由电机传动皮带带动旋转，且转速调速范围为0r/min-150r/min，所述成纱三角金属圆盘安装在金属圆盘座上，金属圆盘座的高度可调，所述成纱三角金属圆盘应对纳米纤维纯纺纱线和纳米纤维包芯纱设计为两种易更换的圆盘，一种中间无孔，另一种中间有4mm-10mm的长孔。

所述圆柱座直径为50mm-300mm，轴向中空，中空部分直径为20mm-50mm，高度为150mm-300mm，所述圆柱座顶部相对球心高度距离范围为0mm-100mm。

所述引纱孔为中空圆柱状，直径4mm-10mm，壁厚4mm-6mm，高度为50mm-120mm，所述引纱孔安装在引纱孔座上，引纱孔座高度可调。

所述罗拉为纳米纤维纱线的输出罗拉，下罗拉为皮辊，上罗拉为滚花罗拉，所述金属圆盘座、引纱孔座均安装在成纱座上，成纱三角金属圆盘与引纱孔的位置活动，相对距离可调。

所述球形静电纺丝座两组，安装在纳米纱线装置底座上，两组喷头相对安装。球形静电纺丝座与底座有配套的槽结构，位置可以活动调整和固定。

一种球形对喷刷式批量化纳米纤维纱线加工装置的使用方法，其中包括以下步骤：

1、在纺丝液贮液瓶34中加入的高聚物溶液33，将导液管37穿过供液道9连接纺丝液贮液瓶34与刷液槽21；

2、分别调节第一楔形槽1两侧本体23的安装座7在纳米纱线装置底座6上的第二楔形槽5的位置；

3、分别调节第一楔形槽1两侧本体23的金属圆环14在圆柱座13上的高度，使其顶部与球形喷头的顶部距离为固定值；

4、调节纱座8在底座6上的第一楔形槽1的位置；

5、调节金属圆盘座19的高度，调节引纱孔座10的高度，同时，调节水平移动座22，使球形刷式喷头12、金属圆盘座19、引纱孔11三者间的空间位置相对应；

6、在油浴槽36中加入硅油32，并用热台加热至设置的温度；

7、打开导液管中间开关3，打开气瓶30的总阀29，调节减压阀28推动活塞31使得高聚物溶液33经过导液管37缓慢流入刷液槽21内，使得高聚物溶液33以一定量存在于刷液槽21中；

8、打开电机20，通过传动轴15驱动球形喷头12旋转，使高聚物溶液以一定厚度均匀覆盖于球形喷头表面；

9、将高压发生器4的正、负极分别与第一楔形槽1两侧本体23上的金属圆环14连接；

10、打开高压发生器4的电源2，调节电压旋钮3，分别设置高压发生器4的正极电压和负极电压，缓慢增加电压至预定值后，两侧球形喷头的上表面将出现多股射流38，两侧的射流38在飞向成纱三角金属圆盘16的过程中，射流38被拉伸，溶剂挥发，高聚物固化，形成纳米纤维沉积在成纱三角金属圆盘上16；

11、打开成纱三角金属圆盘16的驱动电机，带动成纱三角金属圆盘16旋转；

12、从成纱三角金属圆盘16中心将纳米纤维束引出，形成圆锥形的加捻三角区37，成纱三角金属圆盘16对纳米纤维束进行加捻，形成纳米纤维纱线；

13、将引出的纳米纤维纱线穿过引纱孔11，经输送罗拉18至纱筒24卷绕收集。

实施例1

下面采用聚丙烯腈(PAN)与N-N二甲基甲酰胺(DMF)所配制的高聚物溶液制备纳米纤维。配制PAN高聚物溶液的质量分数为12％。将配置好的PAN/DMF高聚物溶液注入在纺丝贮液瓶34中，用导液管37穿过供液道9连接好贮液瓶34与刷液槽21；分别调节两侧球形刷式纺丝装置23的安装座7在纳米纱线装置底座6上第二楔形槽5的位置使得两安装座的距离为20cm；分别调节两球形纺丝装置的金属圆环14在圆柱座13上的高度使其顶部与球形喷头12的顶部距离为40mm；调节成纱座8在纳米纱线装置底座6上第一楔形槽1的位置；调节金属圆盘座19的高度，调节引纱孔座10的高度，调节引纱孔水平移动座22，确定球形刷式喷头12、成纱三角金属圆盘16、引纱孔11三者间的空间相对位置，使得成纱三角金属圆盘、引纱孔的轴心与球形刷式喷头球形在同一水平面上；在油浴槽36中加入硅油32，并用热台加热至30℃；打开导液管37中间开关35，打开气瓶30的总阀29，调节减压阀28推动活塞31使得高聚物溶液33经过导液管37缓慢流入刷液槽21内，使得高聚物溶液33以一定量存在于刷液槽21中；打开电机20通过传动轴15驱动球形喷头12以10r/min的转速旋转。高聚物溶液33以一定厚度均匀覆盖于球形喷头表面；以上步骤分别对球形刷式旋转纳米纤维纱线装置两侧的球形刷式静电纺丝装置20进行操作。将一侧球形纺丝装置的金属圆环与高压发生器4正极相连，另一侧球形纺丝装置的金属圆环与高压发生器4负极相连。打开高压发生器4的电源2，调节电压旋钮3，分别设置高压发生器的正极电压30KV和负极电压-30KV。缓慢增加电压至设定值后，两侧球形喷头12的上表面将出现多股射流38，两侧的射流38在飞向成纱三角金属圆盘16的过程中，射流38被拉伸，溶剂挥发，高聚物固化，形成纳米纤维沉积在成纱三角金属圆盘16上；打开成纱三角金属圆盘16的驱动电机，通过皮带带动旋转轴17以30r/min转速旋转；从圆盘中心将纳米纤维束引出，形成圆锥形的加捻三角区37，成纱三角金属圆盘对纳米纤维束进行加捻，形成纳米纤维纱线；将引出的纳米纤维纱线穿过引纱孔11，经输送罗拉39至纱筒40卷绕收集。

实施例2

下面采用聚丙烯腈(PAN)与N-N二甲基甲酰胺(DMF)所配制的高聚物溶液制备纳米纤维。配制PAN高聚物溶液的质量分数为10％。将配置好的PAN/DMF高聚物溶液注入在贮液瓶34中，用导液管37穿过供液道9连接好贮液瓶34与刷液槽21；分别调节两侧球形刷式纺丝装置23的安装座7在纳米纱线装置底座6上第二楔形槽5的位置使得两安装座的距离为20cm；分别调节两球形纺丝装置的金属圆环14在圆柱座13上的高度使其顶部与球形喷头12的顶部距离为40mm；调节成纱座8在纳米纱线装置底座6上第一楔形槽1的位置；调节金属圆盘座19的高度，调节引纱孔座10的高度，调节引纱孔水平移动座22，确定球形刷式喷头12、成纱三角金属圆盘16、引纱孔11三者间的空间相对位置，使得成纱三角金属圆盘、引纱孔的轴心与球形刷式喷头球形在同一水平面上；在油浴槽36中加入硅油32，并用热台加热至40℃；打开导液管37中间开关35，打开气瓶30的总阀29，调节减压阀28推动活塞31使得高聚物溶液33经过导液管37缓慢流入刷液槽21内，使得高聚物溶液33以一定量存在于刷液槽21中；打开电机20通过传动轴15驱动球形喷头12以10r/min的转速旋转。高聚物溶液33以一定厚度均匀覆盖于球形喷头表面；以上步骤分别对球形刷式旋转纳米纤维纱线装置两侧的球形刷式静电纺丝装置20进行操作。将一侧球形纺丝装置的金属圆环与高压发生器4正极相连，另一侧球形纺丝装置的金属圆环与高压发生器4负极相连。打开高压发生器4的电源2，调节电压旋钮3，分别设置高压发生器的正极电压30KV和负极电压-30KV。缓慢增加电压至设定值后，两侧球形喷头12的上表面将出现多股射流38，两侧的射流38在飞向成纱三角金属圆盘16的过程中，射流38被拉伸，溶剂挥发，高聚物固化，形成纳米纤维沉积在成纱三角金属圆盘16上；打开成纱三角金属圆盘16的驱动电机，通过皮带带动旋转轴17以30r/min转速旋转；从圆盘中心将纳米纤维束引出，形成圆锥形的加捻三角区37，成纱三角金属圆盘对纳米纤维束进行加捻，形成纳米纤维纱线；将引出的纳米纤维纱线穿过引纱孔11，经输送罗拉39至纱筒40卷绕收集。

实施例3

下面采用聚丙烯腈(PAN)与N-N二甲基甲酰胺(DMF)所配制的高聚物溶液制备纳米纤维。配制PAN高聚物溶液的质量分数为12％。将配置好的PAN/DMF高聚物溶液注入在贮液瓶34中，用导液管37穿过供液道9连接好贮液瓶34与刷液槽21；分别调节两侧球形刷式纺丝装置23的安装座7在纳米纱线装置底座6上第二楔形槽5的位置使得两安装座的距离为20cm；分别调节两球形纺丝装置的金属圆环14在圆柱座13上的高度使其顶部与球形喷头12的顶部距离为40mm；调节成纱座8在纳米纱线装置底座6上第一楔形槽1的位置；调节金属圆盘座19的高度，调节引纱孔座10的高度，调节引纱孔水平移动座22，确定球形刷式喷头12、成纱三角金属圆盘16、引纱孔11三者间的空间相对位置，使得成纱三角金属圆盘、引纱孔的轴心与球形刷式喷头球形在同一水平面上；在油浴槽36中加入硅油32，并用热台加热至30℃；打开导液管37中间开关35，打开气瓶30的总阀29，调节减压阀28推动活塞31使得高聚物溶液33经过导液管37缓慢流入刷液槽21内，使得高聚物溶液33以一定量存在于刷液槽21中；打开电机20通过传动轴15驱动球形喷头12以10r/min的转速旋转。高聚物溶液33以一定厚度均匀覆盖于球形喷头表面；以上步骤分别对球形刷式旋转纳米纤维纱线装置两侧的球形刷式静电纺丝装置20进行操作。将一侧球形纺丝装置的金属圆环与高压发生器4正极相连，另一侧球形纺丝装置的金属圆环与高压发生器4负极相连。打开高压发生器4的电源2，调节电压旋钮3，分别设置高压发生器的正极电压40KV和负极电压-40KV。缓慢增加电压至设定值后，两侧球形喷头12的上表面将出现多股射流38，两侧的射流38在飞向成纱三角金属圆盘16的过程中，射流38被拉伸，溶剂挥发，高聚物固化，形成纳米纤维沉积在成纱三角金属圆盘16上；打开成纱三角金属圆盘16的驱动电机，通过皮带带动旋转轴17以30r/min转速旋转；从圆盘中心将纳米纤维束引出，形成圆锥形的加捻三角区37，成纱三角金属圆盘对纳米纤维束进行加捻，形成纳米纤维纱线；将引出的纳米纤维纱线穿过引纱孔11，经输送罗拉39至纱筒40卷绕收集。

实施例4

下面采用聚丙烯腈(PAN)与N-N二甲基甲酰胺(DMF)所配制的高聚物溶液制备纳米纤维。配制PAN高聚物溶液的质量分数为12％。将配置好的PAN/DMF高聚物溶液注入在贮液瓶34中，用导液管37穿过供液道9连接好贮液瓶34与刷液槽21；分别调节两侧球形刷式纺丝装置23的安装座7在纳米纱线装置底座6上第二楔形槽5的位置使得两安装座的距离为20cm；分别调节两球形纺丝装置的金属圆环14在圆柱座13上的高度使其顶部与球形喷头12的顶部距离为40mm；调节成纱座8在纳米纱线装置底座6上第一楔形槽1的位置；调节金属圆盘座19的高度，调节引纱孔座10的高度，调节引纱孔水平移动座22，确定球形刷式喷头12、成纱三角金属圆盘16、引纱孔11三者间的空间相对位置，使得成纱三角金属圆盘、引纱孔的轴心与球形刷式喷头球形在同一水平面上；在油浴槽36中加入硅油32，并用热台加热至40℃；打开导液管37中间开关35，打开气瓶30的总阀29，调节减压阀28推动活塞31使得高聚物溶液33经过导液管37缓慢流入刷液槽21内，使得高聚物溶液33以一定量存在于刷液槽21中；打开电机20通过传动轴15驱动球形喷头12以15r/min的转速旋转。高聚物溶液33以一定厚度均匀覆盖于球形喷头表面；以上步骤分别对球形刷式旋转纳米纤维纱线装置两侧的球形刷式静电纺丝装置20进行操作。将一侧球形纺丝装置的金属圆环与高压发生器4正极相连，另一侧球形纺丝装置的金属圆环与高压发生器4负极相连。打开高压发生器4的电源2，调节电压旋钮3，分别设置高压发生器的正极电压30KV和负极电压-30KV。缓慢增加电压至设定值后，两侧球形喷头12的上表面将出现多股射流38，两侧的射流38在飞向成纱三角金属圆盘16的过程中，射流38被拉伸，溶剂挥发，高聚物固化，形成纳米纤维沉积在成纱三角金属圆盘16上；打开成纱三角金属圆盘16的驱动电机，通过皮带带动旋转轴17以40r/min转速旋转；从圆盘中心将纳米纤维束引出，形成圆锥形的加捻三角区37，成纱三角金属圆盘对纳米纤维束进行加捻，形成纳米纤维纱线；将引出的纳米纤维纱线穿过引纱孔11，经输送罗拉39至纱筒40卷绕收集。