一種靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的方法和裝置與流程
2023-04-24 01:40:36
本發明屬靜電紡微納米纖維成紗領域，涉及一種靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的方法和裝置。
背景技術：
靜電紡絲是目前批量製備直徑幾十納米至幾微米聚合物纖維的主要方法之一。靜電紡絲技術快速、高效。設備簡單，易於操作。易於控制製品的化學組分和物理性能。製得的纖維膜有孔隙率高、比表面積大、長徑比大等優點，廣泛應用於過濾介質材料、電子光學材料、超疏水性材料、生物醫用功能材料、增強複合材料、小直徑人造血管、神經導管等方面。靜電紡絲單根纖維及其纖維膜強力小，難以單獨應用。將靜電紡絲納米纖維加捻成紗線是實際應用的有效途徑之一。
目前的發明專利中，已公開的發明專利CN101033563 A採用共軛電紡的方法得到皮芯複合納米纖維紗線；已公開的發明專利CN104739473 A利用共軛電紡做成納米纖維紗線，進一步在紗線表面包覆一層膜，作神經導管用；已公開的發明專利CN103266365 A將靜電紡絲得到的纖維束經過凝固浴，並牽伸、加熱及氣流加捻成納米纖維紗線；已公開的發明專利CN102703998 A將兩個噴絲孔噴出的納米纖維集束後由氣流噴嘴加捻製得納米纖維紗。現有專利存在紗線質量可控性差，效率低的缺陷。
由此可見，目前公開的靜電紡納米纖維成紗的發明專利中，從成卷的納米纖維複合膜，到將膜切成細條，再到將細條中膜與基底剝離，最後加捻成紗的方法及相關裝置尚未見報導。
技術實現要素：
本發明的一個目的在於提供一種靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的方法，將靜電紡納米纖維膜/基布複合卷用餵入羅拉牽引退繞，並利用基布引導羅拉及剝離羅拉將靜電紡納米纖維膜與基布分離，再用雷射將靜電紡納米纖維膜切成條帶，然後加捻成紗線。
本發明解決其技術問題的方案是：一種靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的方法，用靜電紡的方法將納米纖維成膜狀複合在基布上，將複合有靜電紡納米纖維膜的基布卷繞成卷狀形成靜電紡納米纖維膜/基布複合卷，通過餵入羅拉將複合有靜電紡納米纖維膜的基布卷牽引、餵入切割區，進入切割區的基布與靜電紡納米纖維膜分離，基布被收集機構回收，靜電紡納米纖維膜被切割成條帶狀形成靜電紡納米纖維帶，經輸出羅拉輸出，在加捻機構的作用下捻合成紗，並卷繞在紗管上。
原料為靜電紡納米纖維膜/基布複合卷，該靜電紡納米纖維膜原料包括各種合成高聚物、再生纖維素，以及天然高聚物如絲素或羊毛蛋白等各種蛋白質類高聚物，也可以是有機/無機複合物。基布材料包括機織面料、針織面料、無紡布以及紙等。
所述靜電紡納米纖維膜中，靜電紡納米纖維可以是無規則分布，也可以是順著靜電紡納米纖維膜/基布複合卷退繞的方向取向排列。
所述靜電紡納米纖維帶的寬度是靜電紡納米纖維帶中纖維直徑的千倍以上。
所述靜電紡納米纖維膜切割成帶的方法包括雷射切割、高壓水流切割等。
所述的雷射噴嘴的數量至少一個，雷射噴嘴發出的雷射將靜電紡納米纖維膜切成條帶狀。
靜電紡納米纖維帶從輸出羅拉鉗口吐出後，受紗線捻回的傳遞在鉗口前卷繞形成加捻三角區。
本發明的另一個目的在於提供一種用於靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的裝置，主要包括餵入羅拉、基布引導羅拉、輸出羅拉、剝離羅拉、雷射噴嘴、加捻卷繞裝置，所述雷射噴嘴設置在退繞後的靜電紡納米纖維膜上側，將靜電紡納米纖維膜切割成多根條帶，並將靜電紡納米纖維條帶由羅拉鉗口吐出並經過加捻卷繞裝置加捻成紗，所述的加捻卷繞裝置由筒管、繞紗鉤、繞紗盤、錠杆組成，筒管插到錠杆上，由錠杆的摩擦傳動旋轉，錠杆同時傳動筒管作上下往復運動，運動的動程等於筒管上繞紗的長度，繞紗鉤固定在繞紗盤上，錠杆的旋轉給紗線軸向加上捻回，錠杆的速度快於繞紗盤，每根靜電紡納米纖維帶對應一套導紗環、筒管、繞紗鉤、繞紗盤、錠杆組成加捻卷繞裝置。
所述的餵入羅拉形成的鉗口握持住靜電紡納米纖維膜/基布，餵入羅拉的轉動使得靜電紡納米纖維膜/基布從卷中退繞。剝離羅拉及基布牽引羅拉的表面線速度與餵入羅拉的相同。基布牽引羅拉與剝離羅拉的轉動將基布與靜電紡納米纖維膜剝離，剝離後的基布由基布卷卷裝起來。基布卷的表面線速度與基布牽引羅拉的相同。
所述的雷射噴嘴的數量至少一個，雷射噴嘴發出的雷射將靜電紡納米纖維膜切成條帶狀。
所述的輸出羅拉形成的鉗口握持住靜電紡納米纖維帶，輸出羅拉與餵入羅拉的表面線速度相同，輸出羅拉的轉動將靜電紡納米纖維帶輸出。
所述的導紗環處於筒管的正上方，並低於輸出羅拉鉗口。導紗環將紗線引入到加捻卷繞裝置。
所述的加捻卷繞裝置由導紗環、筒管、繞紗鉤、繞紗盤、錠杆組成。筒管插到錠杆上，由錠杆的摩擦傳動旋轉。錠杆同時傳動筒管作上下往復運動，運動的動程等於筒管上繞紗的長度。繞紗鉤固定在繞紗盤上，每個繞紗盤上對稱固定兩個繞紗鉤，兩個繞紗鉤與繞紗盤結合點的連線經過繞紗盤的軸心。錠杆的旋轉給紗線軸向加上捻回。錠杆的速度快於繞紗盤，錠杆與繞紗盤的速度差使得紗線卷繞到筒管上。
所述的一種用於靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的裝置，每根靜電紡納米纖維帶對應一套導紗環、筒管、繞紗鉤、繞紗盤、錠杆組成加捻卷繞裝置。
在靜電紡納米纖維膜/基布複合卷中，納米纖維在基布上無規排列或沿靜電紡納米纖維膜/基布複合卷退繞方向取向排列。本發明中，靜電紡納米纖維膜/基布複合卷受餵入羅拉的牽引作用沿逆時針方向旋轉退繞，靜電紡納米纖維膜/基布複合卷的表面線速度保持恆定。基布卷順時針卷繞基布，基布牽引羅拉及剝離羅拉使得靜電紡納米纖維膜與基布分離，基布卷的表面線速度與靜電紡納米纖維膜/基布複合卷的一致。餵入羅拉鉗口及輸出羅拉鉗口對中間的納米纖維膜/帶起夾持作用。雷射噴嘴噴射雷射束，一排雷射束將靜電紡納米纖維膜切割成多根條帶。靜電紡納米纖維條帶受一對輸出羅拉鉗口的牽引，輸出羅拉、餵入羅拉、剝離羅拉及基布牽引羅拉的表面線速度與基布卷的一致。靜電紡納米纖維條帶從輸出羅拉鉗口吐出後，受筒管和繞紗鉤旋轉形成的捻回傳遞作用形成加捻三角區。加上捻度的靜電紡納米纖維紗線穿過導紗環，經過繞紗鉤，卷繞到筒管上。繞紗鉤安裝在繞紗盤上，沿逆時針方向迴轉。筒管安裝在錠杆上，沿逆時針方向迴轉。錠杆帶動筒管迴轉給紗線加捻；錠杆與繞紗鉤轉速差使得紗線卷繞到筒管上。錠杆在轉動的同時上下往復運動，使得紗線在筒管上均勻地卷繞。每個繞紗盤上安裝兩個繞紗鉤，從而在繞紗盤旋轉的時候保持平衡。
本發明實現的有益效果：靜電紡紡絲過程中噴射細流經過穩定階段後以螺旋形彎曲不穩定形狀散發開，形成的納米纖維散落面積較大。多噴頭靜電紡絲噴頭間電場相互幹擾導致納米纖維更加發散開。將靜電紡納米纖維直接收集起來加捻成紗線需藉助氣流或液體等媒介，相對本發明所述方法及裝置流程長且操作困難。本發明所述的一種靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的方法和裝置，將靜電紡納米纖維膜與基布剝離開，並切割成細條，因納米纖維直徑一般在微米以下，毫米寬度以上的靜電紡納米纖維帶中纖維的長徑比在一千以上。且靜電紡納米纖維帶比較柔軟，易於加捻形成紗線。本發明所述靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的方法和裝置穩定度高，效率高，適合於靜電紡納米纖維紗線的批量生產。
附圖說明
圖1為本發明一種靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的方法和裝置一實施例的原理示意圖；
圖2為製得的靜電紡PVDF-TrFE納米纖維紗線。
具體實施方式
以下結合實施例與附圖詳細描述本發明，本實施例的具體方法僅供說明本發明，本發明的範圍不受實施例的限制，本發明在應用中可以作各種形態與結構的修改與變動，這些基於本發明基礎上的等價形式同樣處於本發明申請權利要求保護範圍。
實施例
如圖1所示，靜電紡納米纖維帶加捻成紗線的裝置主要包括複合卷架1、靜電紡納米纖維膜/基布複合卷2、靜電紡納米纖維/基布複合膜3、上餵入羅拉4、下餵入羅拉5、剝離羅拉6、雷射噴嘴7、雷射8、基布9、上基布引導羅拉10、下基布引導羅拉11、靜電紡納米纖維帶12、雷射切割線13、基布卷架14、基布卷15、上輸出羅拉16、下輸出羅拉17、納米纖維帶加捻三角18、納米纖維紗線19、導紗環20、筒管21、繞紗鉤22、繞紗盤23、錠杆2。上餵入羅拉4和下餵入羅拉5形成的鉗口握持住靜電紡納米纖維/基布複合膜3，餵入羅拉的轉動將靜電紡納米纖維膜/基布複合卷2以恆定表面線速度從複合卷架1上轉動退繞。剝離羅拉6及上基布牽引羅拉10及下基布牽引羅拉11的表面線速度與上餵入羅拉4的相同。剝離羅拉6及上基布牽引羅拉10及下基布牽引羅拉11的轉動將基布9與靜電紡納米纖維膜剝離，剝離後的基布9由基布卷架14上的基布卷15卷裝起來。基布卷15的表面線速度與上基布牽引羅拉10的相同。一排雷射噴嘴7發出雷射8，將靜電紡納米纖維膜沿雷射切割線13切割成靜電紡納米纖維帶12。上輸出羅拉16與下輸出羅拉17形成的鉗口握持住靜電紡納米纖維帶12，並將靜電紡PVDF-TrFE納米纖維帶12以恆定表面線速度從羅拉鉗口輸出。靜電紡納米纖維帶12在靜電紡納米纖維紗線19捻回傳遞的作用下，在輸出羅拉鉗口輸出側形成靜電紡納米纖維帶加捻三角18。靜電紡納米纖維紗線19受導紗環20引導，再繞過繞紗鉤22並卷繞到筒管21上。筒管21受錠杆24的傳動旋轉，並給靜電紡納米纖維紗19軸向加上捻回；筒管21同時受錠杆24的傳動做直線往復運動，將靜電紡納米纖維紗19均勻卷繞到筒管21上。繞紗鉤22由繞紗盤23傳動旋轉，筒管21與繞紗鉤22之間的轉速差使得紗線卷繞到筒管21上。
具體的方法如下：用靜電紡的方法將PVDF-TrFE納米纖維成膜狀複合在基布上，將複合有靜電紡納米纖維膜的基布卷繞成卷狀形成靜電紡納米纖維膜/基布複合卷，通過餵入羅拉將複合有靜電紡納米纖維膜的基布卷牽引、餵入切割區，進入切割區的基布與靜電紡納米纖維膜分離，基布被收集機構回收，靜電紡納米纖維膜被切割成條帶狀形成靜電紡納米纖維帶，經輸出羅拉輸出，在加捻機構的作用下捻合成紗，並卷繞在紗管上。
該靜電紡納米纖維膜原料也可以為各種合成高聚物、再生纖維素，以及天然高聚物如絲素或羊毛蛋白等各種蛋白質類高聚物，也可以是有機/無機複合物。基布材料包括機織面料、針織面料、無紡布以及紙等。
所述靜電紡納米纖維膜中，靜電紡納米纖維可以是無規則分布，也可以是順著靜電紡納米纖維膜/基布複合卷退繞的方向取向排列。
所述靜電紡納米纖維帶的寬度是靜電紡納米纖維帶中纖維直徑的千倍以上。
所述靜電紡納米纖維膜切割成帶的方法包括雷射切割、高壓水流切割等。
所述的雷射噴嘴的數量至少一個，雷射噴嘴發出的雷射將靜電紡納米纖維膜切成條帶狀。
靜電紡納米纖維帶從輸出羅拉鉗口吐出後，受紗線捻回的傳遞在鉗口前卷繞形成加捻三角區。
製得的靜電紡PVDF-TrFE納米纖維紗線如圖2所示。