一种静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法和装置与流程

本发明属静电纺微纳米纤维成纱领域，涉及一种静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法和装置。

背景技术：

静电纺丝是目前批量制备直径几十纳米至几微米聚合物纤维的主要方法之一。静电纺丝技术快速、高效。设备简单，易于操作。易于控制制品的化学组分和物理性能。制得的纤维膜有孔隙率高、比表面积大、长径比大等优点，广泛应用于过滤介质材料、电子光学材料、超疏水性材料、生物医用功能材料、增强复合材料、小直径人造血管、神经导管等方面。静电纺丝单根纤维及其纤维膜强力小，难以单独应用。将静电纺丝纳米纤维加捻成纱线是实际应用的有效途径之一。

目前的发明专利中，已公开的发明专利CN101033563 A采用共轭电纺的方法得到皮芯复合纳米纤维纱线；已公开的发明专利CN104739473 A利用共轭电纺做成纳米纤维纱线，进一步在纱线表面包覆一层膜，作神经导管用；已公开的发明专利CN103266365 A将静电纺丝得到的纤维束经过凝固浴，并牵伸、加热及气流加捻成纳米纤维纱线；已公开的发明专利CN102703998 A将两个喷丝孔喷出的纳米纤维集束后由气流喷嘴加捻制得纳米纤维纱。现有专利存在纱线质量可控性差，效率低的缺陷。

由此可见，目前公开的静电纺纳米纤维成纱的发明专利中，从成卷的纳米纤维复合膜，到将膜切成细条，再到将细条中膜与基底剥离，最后加捻成纱的方法及相关装置尚未见报导。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法，将静电纺纳米纤维膜/基布复合卷用喂入罗拉牵引退绕，并利用基布引导罗拉及剥离罗拉将静电纺纳米纤维膜与基布分离，再用激光将静电纺纳米纤维膜切成条带，然后加捻成纱线。

本发明解决其技术问题的方案是：一种静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法，用静电纺的方法将纳米纤维成膜状复合在基布上，将复合有静电纺纳米纤维膜的基布卷绕成卷状形成静电纺纳米纤维膜/基布复合卷，通过喂入罗拉将复合有静电纺纳米纤维膜的基布卷牵引、喂入切割区，进入切割区的基布与静电纺纳米纤维膜分离，基布被收集机构回收，静电纺纳米纤维膜被切割成条带状形成静电纺纳米纤维带，经输出罗拉输出，在加捻机构的作用下捻合成纱，并卷绕在纱管上。

原料为静电纺纳米纤维膜/基布复合卷，该静电纺纳米纤维膜原料包括各种合成高聚物、再生纤维素，以及天然高聚物如丝素或羊毛蛋白等各种蛋白质类高聚物，也可以是有机/无机复合物。基布材料包括机织面料、针织面料、无纺布以及纸等。

所述静电纺纳米纤维膜中，静电纺纳米纤维可以是无规则分布，也可以是顺着静电纺纳米纤维膜/基布复合卷退绕的方向取向排列。

所述静电纺纳米纤维带的宽度是静电纺纳米纤维带中纤维直径的千倍以上。

所述静电纺纳米纤维膜切割成带的方法包括激光切割、高压水流切割等。

所述的激光喷嘴的数量至少一个，激光喷嘴发出的激光将静电纺纳米纤维膜切成条带状。

静电纺纳米纤维带从输出罗拉钳口吐出后，受纱线捻回的传递在钳口前卷绕形成加捻三角区。

本发明的另一个目的在于提供一种用于静电纺纳米纤维带加捻成纱线的装置，主要包括喂入罗拉、基布引导罗拉、输出罗拉、剥离罗拉、激光喷嘴、加捻卷绕装置，所述激光喷嘴设置在退绕后的静电纺纳米纤维膜上侧，将静电纺纳米纤维膜切割成多根条带，并将静电纺纳米纤维条带由罗拉钳口吐出并经过加捻卷绕装置加捻成纱，所述的加捻卷绕装置由筒管、绕纱钩、绕纱盘、锭杆组成，筒管插到锭杆上，由锭杆的摩擦传动旋转，锭杆同时传动筒管作上下往复运动，运动的动程等于筒管上绕纱的长度，绕纱钩固定在绕纱盘上，锭杆的旋转给纱线轴向加上捻回，锭杆的速度快于绕纱盘，每根静电纺纳米纤维带对应一套导纱环、筒管、绕纱钩、绕纱盘、锭杆组成加捻卷绕装置。

所述的喂入罗拉形成的钳口握持住静电纺纳米纤维膜/基布，喂入罗拉的转动使得静电纺纳米纤维膜/基布从卷中退绕。剥离罗拉及基布牵引罗拉的表面线速度与喂入罗拉的相同。基布牵引罗拉与剥离罗拉的转动将基布与静电纺纳米纤维膜剥离，剥离后的基布由基布卷卷装起来。基布卷的表面线速度与基布牵引罗拉的相同。

所述的激光喷嘴的数量至少一个，激光喷嘴发出的激光将静电纺纳米纤维膜切成条带状。

所述的输出罗拉形成的钳口握持住静电纺纳米纤维带，输出罗拉与喂入罗拉的表面线速度相同，输出罗拉的转动将静电纺纳米纤维带输出。

所述的导纱环处于筒管的正上方，并低于输出罗拉钳口。导纱环将纱线引入到加捻卷绕装置。

所述的加捻卷绕装置由导纱环、筒管、绕纱钩、绕纱盘、锭杆组成。筒管插到锭杆上，由锭杆的摩擦传动旋转。锭杆同时传动筒管作上下往复运动，运动的动程等于筒管上绕纱的长度。绕纱钩固定在绕纱盘上，每个绕纱盘上对称固定两个绕纱钩，两个绕纱钩与绕纱盘结合点的连线经过绕纱盘的轴心。锭杆的旋转给纱线轴向加上捻回。锭杆的速度快于绕纱盘，锭杆与绕纱盘的速度差使得纱线卷绕到筒管上。

所述的一种用于静电纺纳米纤维带加捻成纱线的装置，每根静电纺纳米纤维带对应一套导纱环、筒管、绕纱钩、绕纱盘、锭杆组成加捻卷绕装置。

在静电纺纳米纤维膜/基布复合卷中，纳米纤维在基布上无规排列或沿静电纺纳米纤维膜/基布复合卷退绕方向取向排列。本发明中，静电纺纳米纤维膜/基布复合卷受喂入罗拉的牵引作用沿逆时针方向旋转退绕，静电纺纳米纤维膜/基布复合卷的表面线速度保持恒定。基布卷顺时针卷绕基布，基布牵引罗拉及剥离罗拉使得静电纺纳米纤维膜与基布分离，基布卷的表面线速度与静电纺纳米纤维膜/基布复合卷的一致。喂入罗拉钳口及输出罗拉钳口对中间的纳米纤维膜/带起夹持作用。激光喷嘴喷射激光束，一排激光束将静电纺纳米纤维膜切割成多根条带。静电纺纳米纤维条带受一对输出罗拉钳口的牵引，输出罗拉、喂入罗拉、剥离罗拉及基布牵引罗拉的表面线速度与基布卷的一致。静电纺纳米纤维条带从输出罗拉钳口吐出后，受筒管和绕纱钩旋转形成的捻回传递作用形成加捻三角区。加上捻度的静电纺纳米纤维纱线穿过导纱环，经过绕纱钩，卷绕到筒管上。绕纱钩安装在绕纱盘上，沿逆时针方向回转。筒管安装在锭杆上，沿逆时针方向回转。锭杆带动筒管回转给纱线加捻；锭杆与绕纱钩转速差使得纱线卷绕到筒管上。锭杆在转动的同时上下往复运动，使得纱线在筒管上均匀地卷绕。每个绕纱盘上安装两个绕纱钩，从而在绕纱盘旋转的时候保持平衡。

本发明实现的有益效果：静电纺纺丝过程中喷射细流经过稳定阶段后以螺旋形弯曲不稳定形状散发开，形成的纳米纤维散落面积较大。多喷头静电纺丝喷头间电场相互干扰导致纳米纤维更加发散开。将静电纺纳米纤维直接收集起来加捻成纱线需借助气流或液体等媒介，相对本发明所述方法及装置流程长且操作困难。本发明所述的一种静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法和装置，将静电纺纳米纤维膜与基布剥离开，并切割成细条，因纳米纤维直径一般在微米以下，毫米宽度以上的静电纺纳米纤维带中纤维的长径比在一千以上。且静电纺纳米纤维带比较柔软，易于加捻形成纱线。本发明所述静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法和装置稳定度高，效率高，适合于静电纺纳米纤维纱线的批量生产。

附图说明

图1为本发明一种静电纺纳米纤维带加捻成纱线的方法和装置一实施例的原理示意图；

图2为制得的静电纺PVDF-TrFE纳米纤维纱线。

具体实施方式

以下结合实施例与附图详细描述本发明，本实施例的具体方法仅供说明本发明，本发明的范围不受实施例的限制，本发明在应用中可以作各种形态与结构的修改与变动，这些基于本发明基础上的等价形式同样处于本发明申请权利要求保护范围。

实施例

如图1所示，静电纺纳米纤维带加捻成纱线的装置主要包括复合卷架1、静电纺纳米纤维膜/基布复合卷2、静电纺纳米纤维/基布复合膜3、上喂入罗拉4、下喂入罗拉5、剥离罗拉6、激光喷嘴7、激光8、基布9、上基布引导罗拉10、下基布引导罗拉11、静电纺纳米纤维带12、激光切割线13、基布卷架14、基布卷15、上输出罗拉16、下输出罗拉17、纳米纤维带加捻三角18、纳米纤维纱线19、导纱环20、筒管21、绕纱钩22、绕纱盘23、锭杆2。上喂入罗拉4和下喂入罗拉5形成的钳口握持住静电纺纳米纤维/基布复合膜3，喂入罗拉的转动将静电纺纳米纤维膜/基布复合卷2以恒定表面线速度从复合卷架1上转动退绕。剥离罗拉6及上基布牵引罗拉10及下基布牵引罗拉11的表面线速度与上喂入罗拉4的相同。剥离罗拉6及上基布牵引罗拉10及下基布牵引罗拉11的转动将基布9与静电纺纳米纤维膜剥离，剥离后的基布9由基布卷架14上的基布卷15卷装起来。基布卷15的表面线速度与上基布牵引罗拉10的相同。一排激光喷嘴7发出激光8，将静电纺纳米纤维膜沿激光切割线13切割成静电纺纳米纤维带12。上输出罗拉16与下输出罗拉17形成的钳口握持住静电纺纳米纤维带12，并将静电纺PVDF-TrFE纳米纤维带12以恒定表面线速度从罗拉钳口输出。静电纺纳米纤维带12在静电纺纳米纤维纱线19捻回传递的作用下，在输出罗拉钳口输出侧形成静电纺纳米纤维带加捻三角18。静电纺纳米纤维纱线19受导纱环20引导，再绕过绕纱钩22并卷绕到筒管21上。筒管21受锭杆24的传动旋转，并给静电纺纳米纤维纱19轴向加上捻回；筒管21同时受锭杆24的传动做直线往复运动，将静电纺纳米纤维纱19均匀卷绕到筒管21上。绕纱钩22由绕纱盘23传动旋转，筒管21与绕纱钩22之间的转速差使得纱线卷绕到筒管21上。

具体的方法如下：用静电纺的方法将PVDF-TrFE纳米纤维成膜状复合在基布上，将复合有静电纺纳米纤维膜的基布卷绕成卷状形成静电纺纳米纤维膜/基布复合卷，通过喂入罗拉将复合有静电纺纳米纤维膜的基布卷牵引、喂入切割区，进入切割区的基布与静电纺纳米纤维膜分离，基布被收集机构回收，静电纺纳米纤维膜被切割成条带状形成静电纺纳米纤维带，经输出罗拉输出，在加捻机构的作用下捻合成纱，并卷绕在纱管上。

该静电纺纳米纤维膜原料也可以为各种合成高聚物、再生纤维素，以及天然高聚物如丝素或羊毛蛋白等各种蛋白质类高聚物，也可以是有机/无机复合物。基布材料包括机织面料、针织面料、无纺布以及纸等。

所述静电纺纳米纤维膜中，静电纺纳米纤维可以是无规则分布，也可以是顺着静电纺纳米纤维膜/基布复合卷退绕的方向取向排列。

所述静电纺纳米纤维带的宽度是静电纺纳米纤维带中纤维直径的千倍以上。

所述静电纺纳米纤维膜切割成带的方法包括激光切割、高压水流切割等。

所述的激光喷嘴的数量至少一个，激光喷嘴发出的激光将静电纺纳米纤维膜切成条带状。

静电纺纳米纤维带从输出罗拉钳口吐出后，受纱线捻回的传递在钳口前卷绕形成加捻三角区。

制得的静电纺PVDF-TrFE纳米纤维纱线如图2所示。