本发明属于纱线加捻卷绕的技术领域，特别是涉及一种纳米纤维纱线加捻卷绕装置及其使用方法。
背景技术：
纳米纤维的最大特点是小直径和大比表面积，随着纤维直径变细，表面原子数、表面张力和表面能急剧增强，从而在物理化学方面表现出特异性。因此尝试将纳米技术与传统的纺织产业相结合，以期改善纺织产业的现状，加工出具有高附加值的功能性纺织品是很多纺织研究学者和纤维科学家一直以来的奋斗目标。纳米纤维的制备方法有很多，而静电纺丝的加工工艺简单，自antonformhals1934年获得美国专利以来，这种借助静电场作用进行纺丝的方法一直受到人们的广泛关注。到目前为止，大多数静电纺纳米纤维是以无纺布的形式或松散的取向纤维束收集到的，由于其杂乱无章的结构、较低的力学性能、缺乏缝编性以及量产困难等，无法与传统纺织纤维材料(机织物、针织物等)有同等的广泛应用，极大地限制其在各个领域的应用。因此将纳米纤维制备成连续的纳米纤维纱线，使其具备更为优良的力学性能及可编织性是近年来的发展方向。根据纺织相关理论，加捻是提高纱线强力最为有效的方法，可以制备出具有较高力学性能的纱线。
目前，有关静电纺纳米纤维成纱的装置陆续出现并取得了一些突破性的成果，纳米纤维纱线加捻的方法也相应的改变。teo[teowe,polymer,2007,48,3400-3405]等利用液体凝固浴制备连续取向纳米纤维纱线，该方法是靠液体的涡流作用对纤维进行加捻。专利cn102703998a公开了一种气流喷嘴加捻纳米纤维的方法。[afifiam,macromolmatereng,2010(295),660-665]等、dalton[daltonpd,polymer,2005(46),611-614]等、lee[leejh，polymer,2016,84,52-58]、专利cn201310058070.8等分别利用漏斗型靶、圆形、圆环形等收集装置制备连续取向纳米纤维纱线，这些方法是利用收集装置相对于卷绕装置的旋转对纱线进行加捻。这些加捻方法由于无法控制液体的涡流、气流以及纳米纤维的强力限制了收集装置的旋转速度等原因，无法做到调控纳米纤维纱线的加捻参数。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米纤维纱线加捻卷绕装置及其使用方法，实现对纳米纤维纱线加捻参数的调控，提高加捻过程的稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种纳米纤维纱线加捻卷绕装置，包括传动机构、捻笼机构、引纱罗拉和卷绕罗拉，所述引纱罗拉与卷绕罗拉对应设置，所述捻笼机构包括两个空心外滚筒、两个气流集聚内套筒、隔离网和抽气设备，所述两个空心外滚筒水平对称设置、中间形成加捻间隙，所述空心外滚筒沿周向设有矩阵式分布的气孔，所述隔离网覆盖于空心外滚筒的表面，所述两个空心外滚筒分别通过传动机构驱动转动，所述两个气流集聚内套筒分别固定设置于两个空心外滚筒内部，所述气流集聚内套筒内设气腔并沿侧面开有集气口，所述两个气流集聚内套筒的集气口相对设置，所述两个气流集聚内套筒分别与抽气设备连接进行抽气，所述引纱罗拉对应加捻间隙设置于两个空心外滚筒的端部。
所述气流集聚内套筒为两端带有连接杆的近圆柱中空筒结构，所述抽气设备与气流集聚内套筒一端的连接杆连接且与抽气设备连接的连接杆内开有与气腔连通的气道。
所述空心外滚筒的两端分别安装有端盖，所述端盖与气流集聚内套筒的连接杆之间通过轴承同轴装配。
所述气流集聚内套筒的集气口与水平方向的倾角为10°～60°。
所述加捻间隙的宽度为10μm～0.5mm。
所述两个气流集聚内套筒(分别通过两套独立的抽气设备进行抽气。
所述气孔的大小为0.1mm～5mm，相邻气孔之间的间距为0.1mm～5mm。
所述两个空心外滚筒分别通过两套独立的传动机构驱动转动，所述传动机构包括电机和传动带，所述空心外滚筒通过电机驱动和传动带传动带动转动。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种上述的纳米纤维纱线加捻卷绕装置的使用方法，包括以下步骤：
a)开启传动机构分别带动两个空心外滚筒沿相同方向转动，并通过传动机构分别控制两个空心外滚筒的转速，所述两个空心外滚筒的转速之间存在速度差；
b)开启抽气设备分别对两个气流集聚内套筒进行抽气使加捻间隙处形成集聚气流；
c)将纳米纤维束喂入两个空心外滚筒之间的加捻间隙，所述纳米纤维束的喂入方向与竖直面倾斜，所述纳米纤维束沿加捻间隙加捻得到纳米纤维纱；
d)将纳米纤维纱从加捻间隙中引出并通过引纱罗拉牵引至卷绕罗拉进行卷绕。所述纳米纤维束的喂入方向与竖直面之间的倾斜夹角为15°～30°。
有益效果
在本发明中，纳米纤维束通过两个空心外滚筒的间隙配合作用和加捻间隙处的集聚气流的吸附作用限位于加捻间隙中而不掉落，通过两个空心外滚筒相同转向产生的两个方向相反的摩擦力(f1和f2)作用，纤维束被加捻成纱，通过控制两个空心外滚筒的转速，可以对摩擦力的大小进行调节，从而实现对纳米纤维纱线加捻参数的调控。同时，纳米纤维束于加捻间隙中进行加捻，加捻三角区小，从而能够提高加捻过程的稳定性。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图。
图2为本发明的平面结构示意图。
图3为本发明气流集聚内套筒的结构示意图。
图4为本发明气流集聚内套筒与空心外滚筒的位置关系示意图。
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。
如图1和图2所示的一种纳米纤维纱线加捻卷绕装置，包括传动机构、捻笼机构、引纱罗拉1和卷绕罗拉2。
捻笼机构包括两个空心外滚筒3、两个气流集聚内套筒4、隔离网5和抽气设备6。两个空心外滚筒3水平对称设置，中间形成加捻间隙，加捻间隙的宽度为10μm～0.5mm。空心外滚筒3沿周向设有矩阵式分布的气孔7，气孔7的大小为0.1mm～5mm，相邻气孔7之间的间距为0.1mm～5mm。隔离网5采用防静电吸附材料制成，且表面具有一定的粗糙度，其目数范围为100目～10000目，隔离网5覆盖于空心外滚筒3的表面。空心外滚筒3的两端分别安装有端盖11，两端盖11通过螺钉与空心外滚筒3固定。
如图3所示，气流集聚内套筒4为两端带有连接杆的近圆柱中空筒结构，气流集聚内套筒4内设气腔并沿侧面开有集气口8。抽气设备6与气流集聚内套筒4一端的连接杆连接，且与抽气设备6连接的连接杆内开有与气腔连通的气道。
两个气流集聚内套筒4分别固定设置于两个空心外滚筒3内部，空心外滚筒3两端的端盖11与气流集聚内套筒4的连接杆之间通过轴承同轴装配。如图4所示，两个气流集聚内套筒4的集气口8相对设置，使得两个空心外滚筒3之间形成一个气流楔形区，气流集聚内套筒4的集气口8与水平方向的倾角为10°～60°。
两个空心外滚筒3分别通过两套独立的传动机构驱动转动。传动机构包括电机9和传动带10，空心外滚筒3通过电机9驱动和传动带10传动带动转动，电机9的转速范围为1r/min～1000r/min。
两个气流集聚内套筒4分别与两套独立的抽气设备6连接并分别进行抽气，抽气设备6与气流集聚内套筒4的连接杆之间通过气管接口14连接，抽气设备6所能产生的最大负压为-20mpa。
引纱罗拉1对应加捻间隙设置于两个空心外滚筒3的端部，用于对加捻成型的纳米纤维纱13进行牵引，卷绕罗拉2与引纱罗拉1对应设置，用于对纳米纤维纱13卷绕成筒。
下面提供一种利用上述装置进行纳米纤维纱线加捻卷绕的方法，包括以下步骤：
a)开启传动机构分别带动两个空心外滚筒3沿相同方向转动，并通过传动机构分别控制两个空心外滚筒3的转速，如图4所示，其中w1为105r/min，w2为100r/min。
b)开启抽气设备6分别对两个气流集聚内套筒4进行抽气产生负压，使加捻间隙处的楔形区域形成集聚气流。
c)将纳米纤维束12喂入两个空心外滚筒3之间的加捻间隙，纳米纤维束12的喂入方向与竖直面倾斜成15°的倾角，纳米纤维束12沿加捻间隙加捻得到纳米纤维纱13。
d)将纳米纤维纱13从加捻间隙中引出并通过引纱罗拉1牵引至卷绕罗拉2进行卷绕。