转环型静电纺纳米纤维纱线制备装置及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种静电纺纳米纤维成纱装置和方法，具体涉及一种可连续化制备静电纺纳米纤维纱线并且加捻的装置和方法，属于静电纺丝装置领域。
【背景技术】
[0002]纳米纤维在最近十年已取得巨大的人气。它们可以通过拉伸，模板合成，离心力纺丝，自组装，和相分离和静电纺丝几种技术制备。静电纺丝制备纳米纤维已经引起特别关注，因为其具有多样性，灵活性和易于形成均匀的纤维网。静电纳米纤维具有巨大潜在各种领域包括过滤，生物医学，控制药物释放，催化，传感器，防护服，能量存储和产生，等等。
[0003]静电纳米纤维通常收集成纤维无纺布的形式，强度小。近来静电纺纳米纤维被制成加捻的连续纤维束，即纳米纤维纱线，目的是制备三维(3D)纳米纤维结构和改善机械性能。(3D)纳米纤维结构将有可能赋予新功能。在一些情况下，可以通过加捻纳米纤维束或纳米纤维条。或通过直接使用液槽，固体表面和漏斗或管作为收集器连续生产纳米纤维纱线。
[0004]最初报道溶液槽收集非加捻的纳米纤维束。在液体表面上沉积的纳米纤维直接卷绕以获得非加捻纤维束。当涡流在液体浴的底部产生，可以获得加捻纳米纤维纱。液体收集有助于去除纤维上所带的电荷。然而，纤维形貌，成分和取向可能受到液体浴的影响，并且只有不溶解在液体中的聚合物可以被处理。它也难以控制纱线均匀度和使用涡流控制捻度。
[0005]不使用溶液槽收集器而直接收集电纺纳米纤维成连续加捻纱线具有高度应用前景。最近一些报导使用固体表面收集纳米纤维纱线的方法，以及纳米纤维纱线显示提高强的机械性能。
[0006]中国发明专利申请《一种取向静电纺纳米纤维纱线连续制备装置及方法》(申请号201310058070.8，公开号CN103088478A)，公开了一种取向静电纺纳米纤维纱线连续制备装置及方法。
[0007]以及其他现有技术，概括为图1情形。纳米纤维纱线连续制备装置的核心部件包括:纺丝头、收集器60、收集器传动装置70、卷绕装置8、卷绕传动装置9。
[0008]如图1所示，纺丝头包括:负极纺丝头3和正极纺丝头5。负极纺丝头3和正极纺丝头5分别喷出射流I 18、射流II 19。
[0009]收集器60和导纱杆21，收集器60为金属圆形靶中心或者圆锥形，金属圆形靶中心和绝缘杆的一端相连，绝缘杆由电机I驱动旋转，导纱杆21前部金属尖端对准金属圆形革巴中心，导纱杆21和纱筒相互垂直布置，纱筒由电机II驱动旋转，金属圆形靶中心、绝缘杆、电机1、导纱杆21布置在同一条中心线上。
[0010]收集器60和导纱杆21的左右两侧布置有相互对称的负极纺丝头3和正极纺丝头5。负极纺丝头3与高压静电正极接线柱101连接，正极纺丝头5和高压静电负极接线柱102连接。
[0011]在静电纺纱线的过程中，纳米纤维被诱导在漏斗收集器的圆周形成锥形纳米纤维束23。随着漏斗的转动，纤维从纤维锥体的顶点拉出，加捻形成纱线，将其绕在一个转辊式卷绕机。这个装置可以控制纤维/纱线直径和捻度。由于纳米纤维的生成和纱线卷绕是在同一区域进行，已经加捻的纱线的质量容易被后来纺出的纳米纤维影响。其结果是形成混合结构或弯曲纳米纤维从而降低了纱线的质量。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于，提供一种转环型静电纺纳米纤维纱线制备装置及其制备方法，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。为了提高纺丝效率，最近无针静电纺丝纳米纤维生产技术开始出现。它的产量是针纺设备效率的几十倍到上百倍，其纺丝质量也有很大的提高。尽管如此，其生产效率和目前生产微米纤维的熔喷技术相比还有一定的差距，还有进一步提高效率降低成本的空间。因此本发明为了解决上述问题，使生产过程更加高效、环保和安全。
[0013]本发明所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现:
[0014]作为本发明的第一方面，转环型静电纺纳米纤维纱线制备装置，其特征在于，包括:高压电源、负极溶液槽、负极纺丝头、正极溶液槽、正极纺丝头、圆环收集器、圆环收集器传动装置、卷绕装置；
[0015]所述高压电源的负正两级分别连接到负极纺丝头和正极纺丝头；
[0016]所述负极溶液槽和正极溶液槽分别向负极纺丝头和正极纺丝头供液；
[0017]所述收集器传动装置和圆环收集器连接，并设置在正极溶液槽、正极纺丝头的上方；
[0018]所述卷绕装置与卷绕传动装置连接，并设置在和圆环收集器上方。
[0019]其中，所述负极纺丝头和正极纺丝头设置为圆形结构，由圆盘和圆盘中间的杆子连接组成，杆子带动圆盘转动；圆盘的直径在5毫米?300毫米，圆盘的边缘厚度在0.2毫米?20毫米。
[0020]其中，所述负极纺丝头和正极纺丝头设置为弹簧结构，由金属丝绕成的弹簧和中间的杆子连接组成，所述杆子带动弹簧转动；所述弹簧的金属丝直径为0.2毫米?20毫米，所述弹簧的直径为20毫米到200毫米，所述弹簧金属丝之间的间距为10毫米?200毫米。
[0021]其中，所述负极纺丝头和正极纺丝头设置为螺杆结构，所述螺杆结构由螺旋叶片和中间的杆子连接组成，所述杆子带动螺旋叶片转动；所述螺旋叶片的边缘直径为0.2毫米?20毫米，所述螺旋叶片的直径为20毫米?200毫米，所述螺旋叶片之间的间距为10毫米?200毫米。
[0022]其中，所述负极纺丝头和正极纺丝头设置为中空针状结构，所述中空针状结构由中空针头和液体推进器组成，所述中空针头内的直径在0.05毫米?30毫米。
[0023]其中，所述负极纺丝头和正极纺丝头加载高电压，具有发射溶液功能。
[0024]其中，所述负极溶液槽和正极溶液槽用于存储溶液并向负极纺丝头和正极纺丝头供液，为开放式或封闭式槽体结构。
[0025]其中，所述圆环收集器，是由一个中间是空的圆形环组成，由圆环收集器传动装置驱动旋转；圆环收集器将整个工作区间分为下方的纺丝区域和上方的收集区域。
[0026]其中，所述圆形收集器宽度为I毫米?200毫米，外径在30毫米?300毫米，内经在28毫米?290毫米；圆形收集器水平安装在纺丝区域和收集区域中间。
[0027]进一步，所述圆形收集器由收集器传动装置驱动旋转，旋转速度为每分钟400转?2000转。
[0028]更进一步，所述收集器传动装置由动力装置与皮带、链条、齿轮等传动机构组成并与圆形收集器连接。
[0029]其中，所述卷绕装置为一转辊，转辊上设置有便于整齐收集纱线的导纱槽；卷绕装置位于圆环收集器的上方正中，距离圆环收集器中心的直线距离为5毫米?800毫米。
[0030]进一步，所述卷绕传动装置由动力机构与皮带、链条、齿轮传动机构组成并与卷绕装置连接。
[0031]其中，所述负极溶液槽和负极纺丝头和正极溶液槽正极纺丝头一起设置在圆环收集器下方纺丝区域，它们与圆环收集器左右呈对称布置，上下呈不对称布置；
[0032]所述负极纺丝头和正极纺丝头同时放在圆环收集器的下方纺丝区域，负极纺丝头距离圆环收集器的直线距离在20毫米?200毫米，所述正极纺丝头距离圆环收集器的直线距离在30毫米?300毫米；所述负极纺丝头和正极纺丝头加载高电压，具有发射溶液功能。
[0033]其中，所述负极纺丝头在圆环收集器上方的收集区域，所述负极纺丝头是中空针状结构，距离圆环收集器的直线距离在30毫米?200毫米；所述正极纺丝头在圆环收集器的下方纺丝区域，所述正极纺丝头为圆盘结构，距离圆环收集器的直线距离在50毫米?300晕米。
[0034]其中，所述收集区域的负极溶液槽提供液体或气体，通过所述负级纺丝头制造带负电的滴液或负离子气体。
[0035]作为本发明的第二方面，一种转环型静电纺纳米纤维纱线制备装置的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0036](