纳米纤维纱线制备装置及方法
技术领域
本发明涉及纺织设备和方法领域，特别是涉及一种纳米纤维纱线制备装置及方法。
背景技术
纳米纤维由于其纤维尺寸小，具有多种因量子效应产生的性能，其具有独特的光、热、电、磁性能，另外还具有性能修改的特性，在过滤工业、生物医疗、传感器等领域都有良好的应用，因此广受关注。
目前，纺丝加工法是目前最具前景的加工方法，一般包括静电纺丝法、双组份复合纺丝法、熔喷法等。然而，由于通常的纺丝加工方法制备的纳米纤维采用无纺布的形式收集，其机械强度较差，还无法满足较高机械强度下的应用场合。目前纳米纤维纱线的研究方兴未艾，其生产效率有待提高和生产稳定性都有待提高。因此，如何实现纳米纤维的高效低成本的生产以及提高机械性能是实现纳米纤维广泛应用必须克服的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述提到的至少一个问题，提供一种纳米纤维纱线制备装置及方法。
一种纳米纤维纱线制备装置，包括静电发生器、纺丝机构、集束机构和收集机构；所述纺丝机构包括电机和喷丝器，所述电机水平放置，所述电机上的转轴通过联轴器带动所述喷丝器绕轴旋转；所述喷丝器的喷丝盘上均匀设有若干个喷丝孔；所述喷丝器与所述静电发生器的正极电连接；所述集束机构包括集束器、风机和至少两个风淋头，所述风机与所述风淋头连通；风淋头均匀设置在所述电机的转轴圆周；集束器采用管状导电体，并与所述静电发生器的负极电连接；所述集束器中心轴线、喷丝器的喷丝盘中心轴线和电机转轴中心线在同一直线上；所述卷绕收集机构包括导纱罗拉和卷绕罗拉，导纱罗拉位于集束器的管口一侧。
在其中一个实施例中，所述集束器的长度为5～8cm。
在其中一个实施例中，所述风淋头可向内旋转至少45°。
在其中一个实施例中，所述联轴器包括圆柱状的弹性件和绝缘件；弹性件的顶部固定安装在电机转轴的末端，所述弹性件的底部与所述绝缘件一端连接；所述绝缘件另一端与所述喷丝器的顶部连接。
在其中一个实施例中，所述集束器设置在可伸缩支架上。
在其中一个实施例中，所述集束器与所述喷丝器之间的间距为15～30cm。
在其中一个实施例中，所述风淋头设有四个。
本发明同时提供一种纳米纤维纱线制备方法，采用如上述的纳米纤维纱线制备装置，执行下列步骤：
将纺丝液注入喷丝器；
启动静电发生器以在喷丝器和集束器之间形成静电场，所述静电发生器的电压范围0～50kV；
启动电机并控制转速为1000-5000rpm/min，使纺丝液从喷丝器的喷丝孔喷出形成纳米纤维；
启动风机并调整各风淋头的内旋角度，同时调整集束器与所述喷丝器之间的间距，使所述纳米纤维形成纳米纤维纱；
由导纱罗拉牵引出所述纳米纤维纱，再由卷绕罗拉卷绕成纱筒。
本发明提供的纳米纤维纱线制备装置仅包括简单的三个主体部分，采用静电离心纺的方法制备纳米纤维，设备结构简单，操作方便，生产效率高，另外可纺纤维原料选择范围宽，原料来源广泛，能耗低，节能性好。
附图说明
图1为本发明一实施例中纳米纤维纱线制备装置的结构示意图；
图2为本发明一实施例中纳米纤维纱线制备方法的方法流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明一实施例中提供了一种纳米纤维纱线制备装置，如图1所示，其至少包括静电发生器100、纺丝机构200、集束机构300和收集机构400。其中纺丝机构200包括电机210和喷丝器220，特别的，其中电机210水平放置，水平放置的电机210能够使设备整体体积较小，对于生产场地的要求较小，构建成本较低。而电机210上的转轴通过联轴器211带动喷丝器220绕轴旋转，另外喷丝器220的喷丝盘上均匀设有若干个喷丝孔。联轴器211包括圆柱状的弹性件和绝缘件。喷丝器220与静电发生器100的正极电连接，集束机构300包括集束器310、风机320和至少两个风淋头321，优选采用四个风淋头321，其中风机320与风淋头321连通，具体通过风管与风淋头321连通以提供一定速度的风。风淋头321均匀设置在电机210的转轴圆周，集束器310采用管状导电体，并与静电发生器100的负极电连接，优选的，集束器310的长度为5～8cm，以便于充分使纳米纤维纱线被电场充分作用。集束器310中心轴线、喷丝器220的喷丝盘中心轴线和电机210转轴中心线在同一直线上，由此纳米纤维纱线可由喷丝器220喷出后经集束器310与喷丝器220的电场处理，并经电机210卷捻。卷绕收集机构400包括导纱罗拉410和卷绕罗拉420，导纱罗拉410位于集束器310的管口一侧。
另外，所述风淋头321可设置为能向内旋转至少45°，优选60°。
再者，所述联轴器211包括圆柱状的弹性件和绝缘件，其中弹性件的顶部固定安装在电机210转轴的末端，而弹性件的底部与绝缘件的一端连接，而绝缘件的另一端与喷丝器220的顶部连接。
在其中一个实施例中，集束器310设置在可伸缩支架上。优选的，集束器310与所述喷丝器220之间的间距为15～30cm。将集束器310设置在可伸缩支架上能够实现集束器310与喷丝器220之间的间距灵活可调。
本发明同时提供一种纳米纤维纱线制备方法，采用如上述的纳米纤维纱线制备装置，如图2所示，执行下列步骤：
步骤S10：将纺丝液注入喷丝器220。
步骤S20：启动静电发生器100以在喷丝器220和集束器310之间形成静电场，所述静电发生器100的电压范围0～80kV。使纺丝液从喷丝器220的喷丝孔喷出，纺丝液细流在离心力与静电场力的共同作用下形成纳米纤维。
步骤S30：启动电机210并控制转速为3000-5000rpm/min，使纺丝液从喷丝器220的喷丝孔喷出形成纳米纤维。
步骤S40：启动风机320并调整各风淋头321的内旋角度，同时调整集束器310与所述喷丝器220之间的间距，使所述纳米纤维形成纳米纤维纱。纳米纤维在气流约束和离心旋转作用下集束同时实现自加捻，形成纳米纤维纱。
步骤S50：由导纱罗拉410牵引出所述纳米纤维纱，再由卷绕罗拉420卷绕成纱筒。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
