一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置的制作方法

本发明涉及一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，属于纳米纤维领域。

背景技术：

静电纺丝法是一种利用电场力使高分子溶液或者熔融体形成尖端喷射，进而形成液体状细流，针头处的聚合物溶液受到表面张力的作用，在电场作用下形成射流，固化形成纤维的纤维制备方法。静电纺丝分为溶液纺丝和熔体纺丝，其中熔体微分静电纺丝不仅可以制备出纳米级超细纤维，还可以避免溶液静电纺丝溶剂有毒的问题，利用该方法制造的超细捻线在高性能可穿戴织物、人造血管、手术缝合线、生物纳米传感器的制备等诸多方面应用广泛。

但是，对于静电纺丝制备加捻纤维的方法，目前的研究还有待进一步提升。中国专利(201510100625.x)竖直方向气流和切向气流耦合形成龙卷旋风直接对纤维进行加捻，此方法仅对一股纤维进行加捻，且制备的纳米纤维丝束结构取向度较低。teo(wee-eongteo,renugagopal,ramakrishnanramaseshan,等.adynamicliquidsupportsystemforcontinuouselectrospunyarnfabrication[j].polymer,48(12):3400-3405.)等提出水浴接收装置的基础上对装置结构进行创新，采用水流通过微孔时产生旋涡作用对纤维进行加捻制备纳米捻线。该装置实现纳米纤维捻线的连续制备，但是制备的纤维捻度不足，且在纺丝过程中水流速度和纺丝速度很难控制,所以会影响加捻的质量。

技术实现要素：

本发明针对现在可连续纤维丝束取向性较低的问题，提出一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置。本技术可以改变静电纺丝纳米纤维膜收集辊子转速、旋风发生器的风速。从而获得不同捻度的连续取向的纳米纤维。

实现上述目的的技术方案是，一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，主要包括：静电纺丝装置、收集辊子转轴、收集辊子、橡胶滚轮、丝束收集装置、旋风发生器、激光切割刀和纳米纤维带引导装置，静电纺丝装置制备出纳米纤维，静电纺丝装置位于收集辊子上方，静电纺丝纳米纤维膜收集辊子为锥形辊子，静电纺丝纳米纤维膜收集辊子靠近纺丝端的直径大于靠近收集端的直径，纳米纤维在收集辊子形成纳米纤维膜，橡胶滚轮位于收集辊子下方。激光切割刀位于纳米纤维膜上方，旋风发生器位于纳米纤维膜下方，丝束收集装置位于旋风发生器下方。静电纺丝装置制备的纳米纤维在静电纺丝喷头下方的收集辊子上收集成膜，然后通过橡胶滚轮摩擦作用使膜不断向收集辊子直径小一端移动，固定在收集辊子右侧上方的激光切割刀将纤维膜切割成宽度恒定的纳米纤维带，纳米纤维带通过纳米纤维带引导装置的引导，穿过旋风发生器会形成纳米丝束。

本发明一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，静电纺丝装置可以是熔体内锥形微分静电纺丝装置，可以是熔体外锥形微分静电纺丝装置。

本发明一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，静电纺丝电压范围为30kv到60kv。当电压低于30kv时，设备纺丝效果较差，影响产品质量。当电压高于60kv时，设备易击穿，对设备造成损害，甚至导致人身安全。

本发明一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，静电纺丝纳米纤维膜收集辊子倾斜角范围为3°到10°(即辊子的锥角为6°-20°)。当倾斜角小于3°时，纤维膜在橡胶滚轮的摩擦下移动困难，导致无法连续生产。当倾斜角大于10°时，纤维丝束力学性能较差，影响产品质量。

本发明一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，可以调节静电纺丝纳米纤维膜收集辊子转速、旋风发生器风速获得不同捻度的连续取向纳米丝束。

由上面的及技术方案的介绍，本发明与现有技术相比，其优势有：

(1)纤维制备后可直接可连续加捻。

(2)纳米纤维丝束制备加捻有取向，结构更加致密，力学性能提高。

(3)纳米纤维丝束捻度可调节。

(4)装置简易、操作简单，具有较高的经济性和操作性。

附图说明

图1为本发明一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置组成结构示意图。

图2为图1本发明一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置的左视图。

图中：1-静电纺丝装置；2-纳米纤维；3-纳米纤维膜；4-收集辊子转轴；5-收集辊子；6-橡胶滚轮；7-丝束收集装置；8-纳米丝束；9-旋风发生器；10-纳米纤维带；11-激光切割刀；12-纳米纤维带引导装置。

具体实施方式

本发明一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，如图1和图2所示，主要包括静电纺丝装置1、收集辊子转轴4、收集辊子5、橡胶滚轮6、丝束收集装置7、旋风发生器9、激光切割刀11和纳米纤维带引导装置12。静电纺丝装置1制备出纳米纤维2，静电纺丝装置1位于收集辊子5上方，纳米纤维2在收集辊子5形成纳米纤维膜3，橡胶滚轮6位于收集辊子5下方。激光切割刀11位于纳米纤维膜3上方，旋风发生器9位于纳米纤维膜3下方，丝束收集装置7位于旋风发生器9下方。

本发明一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，工作流程如下：先打开熔体微分静电纺丝装置，依次开启水泵、加热系统，待加热系统升温至设定温度后，开启挤出机，将挤出机转速调至30-50r/min，待纺丝喷头1流出的料稳定并无杂质时，将挤出机转速调至3-5r/min，开启高压静电发生器和空压机，开始进行产品生产。电纺丝装置1的喷头制备出纳米纤维2沉积在收集辊子5上形成纳米纤维膜3。纳米纤维膜3由于橡胶滚轮6的旋转摩擦作用，会将纳米纤维膜3不断向右移动，静电纺丝纳米纤维膜收集辊子5倾斜角为3°，收集辊子5不断旋转，激光切割刀11会将纳米纤维膜3切割为宽度恒定的纳米纤维带10。纳米纤维带10通过纳米纤维带引导装置12的引导，穿过旋风发生器9会形成纳米丝束8，纳米纤维带10通过收集辊子5右侧下方的旋风发生器9对其进行旋转，最终纳米丝束8在丝束收集装置7收集。

技术特征：

1.一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，其特征在于：主要包括静电纺丝装置、收集辊子转轴、收集辊子、橡胶滚轮、丝束收集装置、旋风发生器、激光切割刀和纳米纤维带引导装置，静电纺丝装置制备出纳米纤维，静电纺丝装置位于收集辊子上方，静电纺丝纳米纤维膜收集辊子为锥形辊子，静电纺丝纳米纤维膜收集辊子靠近纺丝端的直径大于靠近收集端的直径，纳米纤维在收集辊子上形成纳米纤维膜，橡胶滚轮位于收集辊子下方；激光切割刀位于纳米纤维膜上方，旋风发生器位于纳米纤维膜下方，丝束收集装置位于旋风发生器下方。

2.根据权利要求1所述的一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，其特征在于：静电纺丝装置是熔体内锥形微分静电纺丝装置，或是熔体外锥形微分静电纺丝装置。

3.根据权利要求1所述的一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，其特征在于：静电纺丝电压范围为30kv到60kv。

4.根据权利要求1所述的一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，其特征在于：静电纺丝纳米纤维膜收集辊子倾斜角范围为3°到10°。

技术总结
本发明公开一种熔体微分电纺取向纳米丝束制备收集装置，主要包括静电纺丝装置、收集辊子转轴、收集辊子、橡胶滚轮、丝束收集装置、旋风发生器、激光切割刀和纳米纤维带引导装置。静电纺丝装置制备的纳米纤维在静电纺丝喷头下方的收集辊子上收集成膜，然后通过橡胶滚轮摩擦作用使膜不断向收集辊子直径小一端移动，固定在收集辊子右侧上方的激光切割刀将纤维膜切割成宽度恒定的纳米纤维带，纳米纤维带通过纳米纤维带引导装置的引导，穿过旋风发生器会形成纳米丝束。本发明纤维制备后可直接可连续加捻，纳米纤维丝束制备加捻有取向，纤维丝束结构更加致密，力学性能提高；纳米纤维丝束捻度可调节；装置结构简易、操作简单，具有较高经济性和操作性。

技术研发人员：李好义;李相男;张有忱;谢超;姚子琪;刘宇健;丁玉梅;杨卫民
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2019.12.31
技术公布日：2020.09.25