导电溶液的剪切式牵伸静电纺直纺微米纱装置、方法及用图
【技术领域】
[0001] 本发明涉及静电纺丝、静电纺纱和纳米纤维纺丝机械领域，特别是涉及一种静电 直纺微米纱的纺纱技术。
【背景技术】
[0002] 近年来随着纳米技术的发展，静电纺丝技术获得了快速发展。目前静电纺丝得到 的纳米纤维尺度大多在亚微米尺度（100~l〇〇〇nm)，而小于100nm的真正纳米纤维较少。 则如何将亚微米粗细的纤维缩小到纳米尺度纤维是有待学者研宄的问题。
[0003] 静电纺纤维在环境、能源、生物医学、光电等领域均有应用，然而目前研宄的静电 纺纳米纤维主要以纤维直接堆砌的膜或毡的形式出现，是二维无序的纤维集合体，严重阻 碍了这种材料的拓展应用。通常纱线可用于梭织、针织或编织，但直接以散纤维是不能用于 针织、梭织和编织的，更不用说采用纳米散纤维体。同时目前的静电纺纤维的粗细偏粗、强 度偏低或很低，几乎难以满足实用织物的要求，甚至无法直接织造成布。因此，将所成纳米 纤维束直接纺成微米的纱，进而应用于机织、针织或编织，制备出多种结构及形状的织物， 提供静电纺丝的单丝强度、细化单丝到纳米尺寸和粗细均匀化，是静电纺纳米技术中亟待 解决的问题，也是纳米纤维应用发展的基础。同时，也出现一些添加剂纺丝液静电纺丝和静 电纺丝直纺纱线的报道。
[0004]如Lee[Lee，SyntheticMetalsl54. 1(2005) :209_212]等研宄了PAMPA溶液中 加入NaCl和不加盐对静电纺丝纳米纤维形态的影响，结果表明导电溶液得到的静电纺纳 米纤维更均勾，分布更好。Matabola[P.MatabolaK，JournalofMaterialsScience， 2013,48(16) ：5475-5482(8)],Wang[WangB,InternationalJournalofHeat&Mass Transfer，2014,73(3) :533-541]也有相似研宄。张幼珠[张幼珠，丝绸，2006，（1):20-23. D0I: 10. 3969/j.issn. 1001-7003. 2006. 01. 008]等在再生丝素 / 甲酸纺丝液中加Lifo和 Na2B407等电解质后进行静电纺丝，与纯丝素电纺丝比较分析，结果表明LiBr和Na2B407的电 纺丝形成细而均勾的规整纤维。Li[LiN，PolymerEngineering&Science，2011，51(ll): 2178-2183]等研宄了滚筒转速和不同浓度的LiCl添加剂对静电纺纳米纤维形态和力学 性能的影响，结果得到在适宜含量LiCl的导电溶液下得到纳米纤维网的力学性能较好。 Kimura[KimuraN，PolymerInternational，2014,63(2) :266_272]等研宄不同含量Fe2+ 的PA6导电溶液制得的静电纺纳米纤维网，最终静电纺纳米纤维网的力学性能一定程度取 决于Fe2+的含量。
[0005]Dalton[DaltonPD，Polymer，2005,46,611-614]等利用双圆碟装置收集到并 形成取向排列的微米纱，此方法制备纱线条干和取向好，但纤维只有静电场牵伸，而无 任何机械牵伸，故单丝在亚微米尺度且强度低，纤维成纱偏粗、强度亦低。Li[中国专利 ZL201110205027. 0]公开了一种静电纺纳米纤维纱线的方法和装置，利用漏斗接收装置，对 漏斗后端的圆柱管道切向抽真空，形成气流进行装置，但是后面既无牵伸又无加捻卷绕装 置无法实现连续成纱。Li[LiN，MaterialsLetters，2012:245-247]等自制一种装有高速 气流的漏斗型收集装置，气流作为动力载体可形成多种纤维集合体和连续纱线，漏斗收集 器分为漏斗和圆柱两个部分，但高速气流只能对纳米纤维实现加捻作用，无纱线连续收集 装置而最终纤维束不带有捻度。
[0006] 覃小红，吴韶华[中国专利ZL201310058070. 8]公开了一种取向静电纺连续纱线 制备装置及方法，其利用相对配置并接正负极喷头和金属圆形靶的旋转实现纳米纤维纺纱 的连续生产，取向度和产量虽高，但亦不存在对丝束牵伸，单丝偏粗，强度无法改善，成纱 细度变细受限制，强度较差。UsmanAli[UsmanAli，TheTextileInstitute，2012(1): 80-88] ；He[HeJ,JournalofAppliedPolymerScience,2014,131(8)] ；He[HeJ,Polymer International，2014,63 (7) : 1288-1294]等也有相关研宄，未涉及剪切牵伸，且喇叭口仅 为收集外侧喷纺得到的亚微米纤维旋转加捻直接返回卷绕成纱的机构。原理与本发明完全 不同。覃小红，吴韶华[中国专利ZL201320083418. 4]公开了一种涡流纺成纱装置，利用喇 叭形输送管道正对喷丝头并与涡流管输送孔相连，利用涡流作用加捻成纱，虽可连续制备 纳米线纱线生产效率较高，但仍无剪切牵伸，则纤维取向和强度不足。
[0007]Li[LiJie，PolymerEngineering&Science，2013, 54,1618-1624]公开了 一 种 聚酰胺6、66共聚物长丝纱连续静电纺丝方法。纤维束集于表面活性剂浴液中，集束的纤 维经卷绕成初纺纱，再经过加热和二次牵伸得长丝纱，为了牵伸卷绕不易断裂需控制液 体收集装置浴液，适用范围有所限制。EugeneSmit[EugeneSmit，Polymer，2005(46): 2419-2423]、俞昊[中国专利ZL201908162]也有相似的研宄工作。其在静电纺过程上无牵 伸装置，既非直纺成纱，且纺成纱中纤维细度粗、强度低且损伤大、工序多、能耗大，是不争 的事实。
[0008] 综上，现有的静电纺直纺成纱有均未添加K0CN电解质并产生剪切牵伸方法来实 现对静电纺丝的牵伸变细并能达到真正纳米尺寸和单丝强度提升的直接成纱（直纺）技 术。
【发明内容】
[0009] 本发明要解决的技术问题是提供一种添加新的电解质K0CN的导电聚合物溶液在 旋转锥筒对喇叭喷头喷射出的亚微米静电丝实现剪切牵伸的静电直纺机构与直接成纱方 法，以此来获得细度更细、强度更强的纳米丝和成形的微米纱。
[0010] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种导电溶液剪切式牵伸静电 纺直纺微米纱装置，其特征在于：包括
[0011] 用于将导电溶液进行伞状喷射形成亚微米粗细的液态丝的喇叭形的喷头；
[0012] 用于接收液态丝并对其实施剪切牵伸，使液态丝进一步细化成纳米丝的锥筒；
[0013]用于将已固化分布在锥筒上并旋转的纳米丝剥离汇聚并集束加捻成微米纱的集 束器；
[0014] 用于向喷头提供导电溶液的注液腔；
[0015] 用于在喷头和锥筒之间形成负高压电场，从而使从喷头喷出的喷射流牵伸变细落 在锥筒的前端口内侧，形成伞状分布的液态丝的负高压源；
[0016] 用于将已集束成形的微米纱卷取成形的卷绕机构；
[0017] 用于驱动锥筒高速旋转从而剪切牵伸液态丝的驱动机构。
[0018] 优选地，所述喷头由与所述负高压源相连的喇叭喷头、用于封闭与屏蔽的环套和 与贮存导电溶液的所述注液腔相连通的注入管依次连接构成；导电溶液为在高聚物溶液中 添加K0CN电解质形成的静电