CN105220246A - 一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置，主要包括喷丝装置、摩擦辊、金属棒、导纱装置和卷绕装置。喷丝装置由溶液室和沿溶液室两侧对称排列的多个气室构成，溶液室下方设有一组沿同一轴线排列的喷丝孔，喷丝装置与高压发生器正极相连，喷丝装置下方是两个平行排列的金属摩擦辊，两个摩擦辊的一端通过齿轮与电机相连，另一端通过抽气管与涡流风机相连，摩擦辊下方是与高压发生器负极相连的金属棒，摩擦辊两端分别设有导纱器和卷绕装置。本发明的多股喷气摩擦静电纺成纱装置制备工艺简单、纳米纤维纱产量高，且适用于各种高聚物纺丝溶液，能够满足纳米纤维纱线规模化和连续化制备。

Description

一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置及制备方法

技术领域

本发明属于纺织领域，涉及一种静电纺纳米纤维成纱装置和方法，具体涉及一种可规模化连续制备静电纺纳米纤维纱线的多股喷气摩擦成纱装置和方法。

背景技术

静电纺丝是一种制备纳米纤维简单而又有效的方法。传统静电纺丝的基本原理，即在强电场中，聚合物溶液液滴在喷丝头处形成“泰勒锥”，当静电场力超过液滴表面张力阈值，溶液液滴被抽长、拉细形成带电射流，经溶剂挥发固化形成无规取向的纳米纤维毡。静电纺纳米纤维因其超细尺度、高表面积和孔隙率等特点，已在服装、生物医用、复合材料、过滤材料和传感器等多领域显示广阔的应用前景。然而，传统的静电纺丝方法只能得到无规排列的纳米纤维无纺毡，产品形式单一，产量较低，纳米纤维毡的二次加工性和机械性能较差，极大限制了其应用。因此，静电纺丝加工得到的纳米纤维只有加工成连续的纱线，才能运用机织、针织、编织等纺织技术加工，从而将纳米纤维融合到更广阔、更有意义的市场中。此外，纳米纤维纱中纤维沿轴取向可赋予材料独特的光学、电学、力学性能，因而有更高附加值的运用。

近年来，有关静电纺连续纳米纤维成纱的报道相继出现。Smit[EugeneSmit,Polymer,2005,46,2419]和Teo[Wee-EongTeo,Polymer,2007,48,3400]等利用凝固浴，使纳米纤维以薄膜的形式沉积在凝固浴液体的表面，得到连续的纳米纤维纱。这种可以实现纳米纤维的连续成纱，但是纱线中纤维的平行度较差，且只适用凝固浴是导电的聚合物纳米纤维。Gu[BKGu,AppliedPhysicsLetters,2007,90,263902]等利用安放在针头和接地收集板之间的多边形电极创造一个旋转的电场来加捻纳米纤维，这种成纱机理可以形成有捻纱，纤维在电极表面的粘连，且只能形成很短长度的纳米纤维纱。Dabirian[FDabirian,Fibers&Polymers,2011,12,610]和Ali[UsmanAli,JournaloftheTextileInstitute,2012,103,80]等发展了一种共轭加捻法，就是在两个极性相反的喷头中间配置旋转的金属圆盘或喇叭集聚和加捻纤维束，实现了纳米纤维连续成纱。这些纺纱采用的均是传统的单针头静电纺丝***，存在产量低，细度小，纺纱过程不稳定的局限。此外，这些方法不能纺丝过程中射流的稳定运动，不能实现纳米纤维的定向凝聚。Tonin[CTonin,Sci.Dir.,2007,43,2792]等在喷丝头和接收装置间放置一个绝缘圆柱腔，利用切向射入圆柱腔的旋转气流带动纳米纤维向接收装置移动，最后形成纳米纤维纱，但未提供纳米纤维纱的电镜图片。Li[NLi,Mater.Lett.,2012,79,245]等通过对漏斗形接收装置抽气，利用负压将纳米纤维吸入接收装置内，得到不连续的纳米纤维纱。

发明内容

本发明目的是提供一种静电纺纳米纤维纱线的多股喷气摩擦成纱装置，可连续规模化制备纤维定向排列和条干均匀度较好的纳米纤维纱线，提供上述多股喷气摩擦成纱装置制备纳米纤维纱线的方法。

本发明技术方案是：一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置，它包括喷丝装置，喷丝装置通过输液管与供液装置相连接。喷丝装置正下方设有两个平行排列的摩擦辊，两个摩擦辊的一端通过齿轮与电机相连，另一端通过抽气管与涡流风机相连，摩擦辊两端分别设有导纱器和卷绕装置，摩擦辊下方装有金属棒，高压发生器正、负极分别与喷丝装置和金属棒相连接。所述摩擦辊、金属棒和导纱器均安装在基座上。

所述喷丝装置由溶液室和沿溶液室两侧对称排列的多个气室构成，所述溶液室下方设有一排沿同一轴线排列的喷丝孔，所述喷丝孔直径0.01-5mm，间距0.01-10mm，数量大于等于1个。所述多个气室分别通过进气管与气泵相连接，每个气室下方设有角度不同的气道，气道均为狭长型斜槽，气道在喷丝孔两侧对称排列，气道与水平面夹角从邻近喷丝孔开始由内至外逐步增加，最外侧气道角度￡89°，与喷丝孔相邻的最内侧气道角度为10-70°，气道数量大于等于1个。

所述摩擦辊为表面带孔的圆管。两个摩擦辊均采用金属材质，摩擦辊直径1-1000mm，壁厚0.1-50mm，摩擦辊表面孔径0.01-10mm，孔间距0.01-10mm，所述两个摩擦辊平行排列，摩擦辊之间狭缝宽度（注：两个摩擦辊表面最小距离）0.01-5mm，两个摩擦辊一端与电机相连，电机转速10-1000r/min；另一端与涡流风机相连，涡流风机压力-0.5-0Mpa，所述的电机与涡流风机均用绝缘材料包覆，避免纺丝电场的干扰。

所述金属棒位于两个摩擦辊之间狭缝的正下方，直径1-20mm，长度与摩擦辊长度相同。

所述导纱器位于两个摩擦辊的两端，高度与两个摩擦辊之间狭缝处于同一水平线。

所述卷绕装置位于导纱器正下方，卷绕装置直径是20-30mm，长度80-100mm。

所述喷丝装置的喷丝孔的轴线和正下方两个摩擦辊的狭缝相对应并相互平行。

所述喷丝装置与金属棒垂直间距1-50cm。

所述喷丝装置和金属棒分别与高压发生器的正极和负极相连接，所述高压发生器的电压3-50kV。

本发明所述的一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置制备静电纺纳米纤维纱线的方法，它的步骤如下：

（1）供液装置匀速定量地将纺丝溶液通过进液口输入溶液室；

（2）打开每个气室相对应的气泵，气泵压力从邻近溶液室开始由内至外依次递增；

（3）打开摩擦辊的控制电机，使两个摩擦辊同向转动，转速控制在10-1000r/min，且两个摩擦辊的转速比控制在0-20；

（4）打开摩擦辊的控制涡流风机，使涡流风机的压力控制在-0.5-0Mpa；

（5）打开高压发生器，电压控制在5-20kV，从喷丝孔挤出的液滴在气流力和静电力的共同作用下牵伸成纳米纤维，因为多个气室喷出的气流其角度依次增加、气压依次增大，同时涡流风机抽气会在摩擦缝隙间形成强大负压，因此这些形成的纳米纤维会定向凝聚在两个摩擦辊之间的狭缝中，形成纳米纤维束；

（6）步骤（5）集聚的纳米纤维束在两个同向转动的摩擦辊的作用下加捻，形成纳米纤维纱线；

（7）步骤（6）得到的纳米纤维纱线通过预先放置在狭缝中的纱线引出经导纱器卷绕到卷绕装置上，通过控制两个摩擦辊的不同转速比获得不同捻度的纱线。

本发明所述的一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置制备静电纺纳米纤维包芯纱的方法，它的步骤如下：

（1）预先将一端卷绕辊的纱线从导纱器引出经过两个摩擦辊的狭缝卷绕到另一端的卷绕装置上；

（2）供液装置匀速定量地将纺丝溶液通过进液口输入溶液室；

（3）打开每个气室相对应的气泵，气泵压力从邻近溶液室开始由内至外依次递增；

（4）打开摩擦辊的控制电机，使两个摩擦辊同向转动，转速控制在10-1000r/min，且两个摩擦辊的转速比控制在0-20；

（5）打开摩擦辊的控制涡流风机，使涡流风机的压力控制在-0.5-0Mpa；

（6）打开高压发生器，电压控制在5-20kV，从喷丝孔挤出的液滴在气流力和静电力的共同作用下牵伸成纳米纤维，因为多个气室喷出的气流其角度依次增加、气压依次增大，同时涡流风机抽气会在摩擦缝隙间形成强大负压，因此这些形成的纳米纤维定向凝聚在两个摩擦辊之间的狭缝中，包覆在预先放置的纱线的表面；

（7）步骤（6）包覆纳米纤维的纱线在两个同向转动的摩擦辊的作用下加捻，形成纳米纤维包芯纱；

（8）步骤（7）得到的纳米纤维包芯纱经导纱器卷绕到卷绕装置上，通过控制两个摩擦辊的不同转速比获得不同捻度的纳米纤维包芯。

本发明的有益效果是：本发明以新的视角集喷丝、集聚、加捻和卷绕于一体，可连续制备有捻的静电纺纳米纤维纱线。本发明设计一种无针多股喷气静电纺的喷丝方法为纳米纤维纺纱提供可集聚的批量纤维来源；同时提出利用阶梯流场和负压吸动耦合作用实现批量纳米纤维的定向集聚和连续成束；最后通过带有速度差的摩擦辊同向转动，对集聚的纳米纤维摩擦加捻，完成连续有捻的纳米纤维成纱。本发明的多股喷气摩擦静电纺成纱装置制备工艺简单、纳米纤维纱产量高，且适用于各种高聚物纺丝溶液，能够满足纳米纤维纱线规模化和连续化制备。同时可制备纳米纤维包芯纱，获得的纱线不仅具备传统纱线的力学性能及可加工型，而且具有功能性，提高传统纱线的附加值。

附图说明

图1为多股喷气摩擦静电纺成纱装置图；

图2为为喷丝装置结构示意图；

图3为喷丝装置底端平面图；

图4滚筒结构示意图；

图5多股喷气摩擦静电纺纳米纤维成纱过程示意图；

图6多股喷气摩擦静电纺纳米纤维包芯纱成纱过程示意图。

其中：1-高压发生器；2-喷丝装置；3-输液管；4-供液装置；5-摩擦辊；6-齿轮；7-导纱器；8-卷绕装置；9-电机；10-金属棒；11-涡流风机；12-抽气管；13-纳米纤维；14-纳米纤维纱线；15-芯纱；16-纳米纤维包芯纱。

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。

实施例1

参照附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置，它包括高压发生器1、喷丝装置2、供液装置4、摩擦辊5、金属棒10、导纱器7、卷绕装置8、电机9和涡轮风机11。

喷丝装置2通过输液管3与供液装置4相连接。喷丝装置正下方设有两个平行排列的摩擦辊5，两个摩擦辊5的一端通过齿轮6与电机9相连，另一端通过抽气管12与涡流风机11相连。摩擦辊5两端分别设有导纱器7和卷绕装置8，摩擦辊5下方装有金属棒10。高压发生器1正、负极分别与喷丝装置2和金属棒10相连接。所述摩擦辊5、金属棒10和导纱器7均安装在基座上。

喷丝装置2由溶液室14和沿溶液室两侧对称排列的1组气室16构成。溶液室下方设有一排沿同一轴线排列的喷丝孔18。喷丝孔直径0.5mm，间距3mm，数量50个。2个气室分别通过进气管15与气泵相连接，每个气室16下方设有一个气道17，气道均为狭长型斜槽，气道在喷丝孔18两侧对称排列，气道17与水平面夹角60°。

摩擦辊5为表面带孔的圆管。两个摩擦辊5均采用金属材质。摩擦辊直径150mm，壁厚0.1mm。摩擦辊表面孔径1mm，孔间距2mm。两个摩擦辊5平行排列，摩擦辊之间狭缝宽度0.5mm。两个摩擦辊5一端与电机9相连，电机转速分别是100和300r/min；另一端与涡流风机11相连，涡流风机压力-0.3Mpa。电机9与涡流风机11均用绝缘材料包覆，避免纺丝电场的干扰。

金属棒10位于两个摩擦辊5之间狭缝的正下方，直径5mm，长度与摩擦辊长度相同。

导纱器7位于两个摩擦辊5的两端，高度与两个摩擦辊5之间狭缝处于同一水平线。

卷绕装置8位于导纱器7正下方，卷绕装置直径是25mm，长度100mm。

喷丝装置2的喷丝孔18的轴线和正下方两个摩擦辊5的狭缝相对应并相互平行。

喷丝装置2与金属棒10垂直间距15cm。

喷丝装置2和金属棒10分别与高压发生器1的正极和负极相连接，高压发生器1的电压15kV。

一种利用实施例1的静电纺纳米纤维多股喷气摩擦成纱装置制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维纱线的方法，包括以下步骤：

（1）供液装置4匀速定量地将PAN纺丝溶液通过进液口13输入溶液室14；

（2）打开气室16相对应的气泵，气泵压力调至0.5Mpa；

（3）打开摩擦辊5的控制电机9，使两个摩擦辊5同向转动，转速分别控制在100和300r/min；

（4）打开摩擦辊5的控制涡流风机11，使涡流风机的压力控制在-0.3Mpa；

（5）打开高压发生器1，电压控制在15kV。从喷丝孔18挤出的液滴在气流力和静电力的共同作用下牵伸成纳米纤维13，因为对称的两个气室16喷出的气流作用，同时涡流风机11抽气会在摩擦缝隙间形成强大负压，因此这些形成的纳米纤维会定向凝聚在两个摩擦辊5之间的狭缝中，形成纳米纤维束；

（6）步骤（5）集聚的纳米纤维束在两个同向转动的摩擦辊5的作用下加捻，形成纳米纤维纱线14；

（7）步骤（6）得到的纳米纤维纱线14通过预先放置在狭缝中的纱线引出经导纱器7卷绕到卷绕装置8上，通过控制两个摩擦辊的不同转速比获得不同捻度的纱线。

实施例2

参照附图1、附图2、附图3、附图4和附图5，一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置，它包括高压发生器1，喷丝装置2、供液装置4、摩擦辊5、金属棒10、导纱器7、卷绕装置8、电机9和涡轮风机11。

喷丝装置2通过输液管3与供液装置4相连接。喷丝装置正下方设有两个平行排列的摩擦辊5，两个摩擦辊5的一端通过齿轮6与电机9相连，另一端通过抽气管12与涡流风机11相连。摩擦辊5两端分别设有导纱器7和卷绕装置8，摩擦辊5下方装有金属棒10。高压发生器1正、负极分别与喷丝装置2和金属棒10相连接。所述摩擦辊5、金属棒10和导纱器7均安装在基座上。

喷丝装置2由溶液室14和沿溶液室两侧对称排列的4组气室16构成。所述溶液室下方设有一排沿同一轴线排列的喷丝孔18。喷丝孔直径0.5mm，间距3mm，数量50个。4组气室分别通过进气管15与气泵相连接，每个气室16下方设有角度不同的气道17，气道均为狭长型斜槽，气道在喷丝孔18两侧对称排列，气道17与水平面夹角从邻近喷丝孔18开始由内至外逐步增加，角度依次是81.99°、79.81°、76.05°、60°，气道数量8个。

摩擦辊5为表面带孔的圆管。两个摩擦辊5均采用金属材质。摩擦辊直径150mm，壁厚0.1mm。摩擦辊表面孔径1mm，孔间距2mm。两个摩擦辊5平行排列，摩擦辊之间狭缝宽度0.5mm。两个摩擦辊5一端与电机9相连，电机转速分别是300和500r/min；另一端与涡流风机11相连，涡流风机压力-0.3Mpa。电机9与涡流风机11均用绝缘材料包覆，避免纺丝电场的干扰。

金属棒10位于两个摩擦辊5之间狭缝的正下方，直径5mm，长度与摩擦辊长度相同。

导纱器7位于两个摩擦辊5的两端，高度与两个摩擦辊5之间狭缝处于同一水平线。

卷绕装置8位于导纱器7正下方，卷绕装置直径是25mm，长度100mm。

喷丝装置2的喷丝孔18的轴线和正下方两个摩擦辊5的狭缝相对应并相互平行。

喷丝装置2与金属棒10垂直间距15cm。

喷丝装置2和金属棒10分别与高压发生器1的正极和负极相连接，高压发生器1的电压10kV。

一种利用实施例2的静电纺纳米纤维多股喷气摩擦成纱装置制备聚乳酸（PLA）纳米纤维纱线的方法，包括以下步骤：

（1）供液装置4匀速定量地将PLA纺丝溶液通过进液口13输入溶液室14；

（2）打开每个气室16相对应的气泵，气泵压力从邻近喷丝孔开始从内至外依次调为0.3、0.4、0.5和0.6Mpa；

（3）打开摩擦辊5的控制电机9，使两个摩擦辊5同向转动，转速分别控制在300和500r/min；

（4）打开摩擦辊5的控制涡流风机11，使涡流风机的压力控制在-0.3Mpa；

（5）打开高压发生器（1），电压控制在10kV。从喷丝孔（18）挤出的液滴在气流力和静电力的共同作用下牵伸成纳米纤维13，因为4组气室喷出气流角度依次增加、气压依次增大，同时涡流风机11抽气会在摩擦缝隙间形成强大负压，因此这些形成的纳米纤维会定向凝聚在两个摩擦辊5之间的狭缝中，形成纳米纤维束；

（6）步骤（5）集聚的纳米纤维束在两个同向转动的摩擦辊5的作用下加捻，形成纳米纤维纱线14；

（7）步骤（6）得到的纳米纤维纱线14通过预先放置在狭缝中的纱线引出经导纱器7卷绕到卷绕装置8上，通过控制两个摩擦辊的不同转速比获得不同捻度的纱线。

实施例3

参照附图1、附图2、附图3、附图4和附图6，一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置，它包括高压发生器1、喷丝装置2、供液装置4、摩擦辊5、金属棒10、导纱器7、卷绕装置8、电机9和涡轮风机11。

喷丝装置2通过输液管3与供液装置4相连接。喷丝装置正下方设有两个平行排列的摩擦辊5，两个摩擦辊5的一端通过齿轮6与电机9相连，另一端通过抽气管12与涡流风机11相连。摩擦辊5两端分别设有导纱器7和卷绕装置8，摩擦辊5下方装有金属棒10。高压发生器1正、负极分别与喷丝装置2和金属棒10相连接。所述摩擦辊5、金属棒10和导纱器7均安装在基座上。

喷丝装置2由溶液室14和沿溶液室两侧对称排列的1组气室16构成。溶液室下方设有一排沿同一轴线排列的喷丝孔18。喷丝孔直径0.5mm，间距3mm，数量50个。2个气室分别通过进气管15与气泵相连接，每个气室16下方设有一个气道17，气道均为狭长型斜槽，气道在喷丝孔18两侧对称排列，气道17与水平面夹角60°。

摩擦辊5为表面带孔的圆管。两个摩擦辊5均采用金属材质。摩擦辊直径150mm，壁厚0.1mm。摩擦辊表面孔径1mm，孔间距2mm。两个摩擦辊5平行排列，摩擦辊之间狭缝宽度0.5mm。两个摩擦辊5一端与电机9相连，电机转速分别是100和300r/min；另一端与涡流风机11相连，涡流风机压力-0.3Mpa。电机9与涡流风机11均用绝缘材料包覆，避免纺丝电场的干扰。

金属棒10位于两个摩擦辊5之间狭缝的正下方，直径5mm，长度与摩擦辊长度相同。

导纱器7位于两个摩擦辊5的两端，高度与两个摩擦辊5之间狭缝处于同一水平线。

卷绕装置8位于导纱器7正下方，卷绕装置直径是25mm，长度100mm。

喷丝装置2的喷丝孔18的轴线和正下方两个摩擦辊5的狭缝相对应并相互平行。

喷丝装置2与金属棒10垂直间距15cm。

喷丝装置2和金属棒10分别与高压发生器1的正极和负极相连接，高压发生器1的电压15kV。

一种利用实施例3的静电纺纳米纤维多股喷气摩擦成纱装置制备聚丙烯腈（PAN）纳米纤维包芯纱的方法，包括以下步骤：

（1）预先将一端卷绕辊的黏胶芯纱15从导纱器7引出经过两个摩擦辊5的狭缝卷绕到另一端的卷绕装置8上；

（2）供液装置4匀速定量地将PAN纺丝溶液通过进液口13输入溶液室14；

（3）打开气室16相对应的气泵，气泵压力调至0.5Mpa；

（4）打开摩擦辊5的控制电机9，使两个摩擦辊5同向转动，转速分别控制在100和300r/min；

（5）打开摩擦辊5的控制涡流风机11，使涡流风机的压力控制在-0.3Mpa；

（6）打开高压发生器1，电压控制在15kV。从喷丝孔18挤出的液滴在气流力和静电力的共同作用下牵伸成纳米纤维13。因为对称的两个气室16喷出的气流作用，同时涡流风机11抽气会在摩擦缝隙间形成强大负压，因此这些形成的纳米纤维定向凝聚在两个摩擦辊5之间的狭缝中，包覆在预先放置的纱线的表面；

（7）步骤（6）包覆纳米纤维的纱线在两个同向转动的摩擦辊的作用下加捻，形成纳米纤维包芯纱16；

（8）步骤（7）得到的纳米纤维包芯纱经导纱器7卷绕到卷绕装置8上，通过控制两个摩擦辊的不同转速比获得不同捻度的纳米纤维包芯。

实施例4

参照附图1、附图2、附图3、附图4和附图6，一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置，它包括高压发生器1、喷丝装置2、供液装置4、摩擦辊5、金属棒10、导纱器7、卷绕装置8、电机9和涡轮风机11。

喷丝装置2通过输液管3与供液装置4相连接。喷丝装置正下方设有两个平行排列的摩擦辊5，两个摩擦辊5的一端通过齿轮6与电机9相连，另一端通过抽气管12与涡流风机11相连。摩擦辊5两端分别设有导纱器7和卷绕装置8，摩擦辊5下方装有金属棒10。高压发生器1正、负极分别与喷丝装置2和金属棒10相连接。所述摩擦辊5、金属棒10和导纱器7均安装在基座上。

喷丝装置2由溶液室14和沿溶液室两侧对称排列的4组气室16构成。所述溶液室下方设有一排沿同一轴线排列的喷丝孔18。喷丝孔直径0.5mm，间距3mm，数量50个。4组气室分别通过进气管15与气泵相连接，每个气室16下方设有角度不同的气道17，气道均为狭长型斜槽，气道在喷丝孔18两侧对称排列，气道17与水平面夹角从邻近喷丝孔18开始由内至外逐步增加，角度依次是81.99°、79.81°、76.05°、60°，气道数量8个。

摩擦辊5为表面带孔的圆管。两个摩擦辊5均采用金属材质。摩擦辊直径150mm，壁厚0.1mm。摩擦辊表面孔径1mm，孔间距2mm。两个摩擦辊5平行排列，摩擦辊之间狭缝宽度0.5mm。两个摩擦辊5一端与电机9相连，电机转速分别是300和500r/min；另一端与涡流风机11相连，涡流风机压力-0.3Mpa。电机9与涡流风机11均用绝缘材料包覆，避免纺丝电场的干扰。

金属棒10位于两个摩擦辊5之间狭缝的正下方，直径5mm，长度与摩擦辊长度相同。

导纱器7位于两个摩擦辊5的两端，高度与两个摩擦辊5之间狭缝处于同一水平线。

卷绕装置8位于导纱器7正下方，卷绕装置直径是25mm，长度100mm。

喷丝装置2的喷丝孔18的轴线和正下方两个摩擦辊5的狭缝相对应并相互平行。

喷丝装置2与金属棒10垂直间距15cm。

喷丝装置2和金属棒10分别与高压发生器1的正极和负极相连接，高压发生器1的电压10kV。

一种利用实施例4的静电纺纳米纤维多股喷气摩擦成纱装置制备聚偏氟乙烯（PVDF）纳米纤维包芯纱的方法，包括以下步骤：

（1）预先将一端卷绕辊的黏胶芯纱15从导纱器7引出经过两个摩擦辊5的狭缝卷绕到另一端的卷绕装置8上；

（2）供液装置4匀速定量地将PVDF纺丝溶液通过进液口13输入溶液室14；

（3）打开每个气室16相对应的气泵，气泵压力从邻近喷丝孔开始从内至外依次调为0.3、0.4、0.5和0.6Mpa；

（4）打开摩擦辊5的控制电机9，使两个摩擦辊5同向转动，转速分别控制在300和500r/min；

（5）打开摩擦辊5的控制涡流风机11，使涡流风机的压力控制在-0.3Mpa；

（6）打开高压发生器1，电压控制在10kV。从喷丝孔18挤出的液滴在气流力和静电力的共同作用下牵伸成纳米纤维13。因为4组气室喷出气流角度依次增加、气压依次增大，同时涡流风机11抽气会在摩擦缝隙间形成强大负压，因此这些形成的纳米纤维会定向凝聚在两个摩擦辊5之间的狭缝中，形成纳米纤维束；

（7）步骤（6）集聚的纳米纤维束在两个同向转动的摩擦辊5的作用下加捻，形成纳米纤维纱线（14）；

（8）步骤（7）得到的纳米纤维纱线14通过预先放置在狭缝中的纱线引出经导纱器7卷绕到卷绕装置8上。通过控制两个摩擦辊的不同转速比获得不同捻度的纱线。

Claims (10)

1.一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置，其特征在于：它包括喷丝装置（2），喷丝装置通过输液管（3）与供液装置（4）相连接，喷丝装置正下方设有两个平行排列的摩擦辊（5），两个摩擦辊（5）的一端通过齿轮（6）与电机（9）相连，另一端通过抽气管（12）与涡流风机（11）相连，摩擦辊（5）两端分别设有导纱器（7）和卷绕装置（8），摩擦辊（5）下方装有金属棒（10），高压发生器（1）正、负极分别与喷丝装置（2）和金属棒（10）相连接，所述摩擦辊（5）、金属棒（10）和导纱器（7）均安装在基座上。

2.根据权利要求1所述的多股喷气摩擦静电纺成纱装置，其特征在于：所述喷丝装置（2）由溶液室（14）和沿溶液室两侧对称排列的多个气室（16）构成，所述溶液室下方设有一排沿同一轴线排列的喷丝孔（18），所述喷丝孔直径0.01-5mm，间距0.01-10mm，数量大于等于1个，所述多个气室分别通过进气管（15）与气泵相连接，每个气室（16）下方设有角度不同的气道（17），气道均为狭长型斜槽，气道在喷丝孔（18）两侧对称排列，气道（17）与水平面夹角从邻近喷丝孔（18）开始由内至外逐步增加，最外侧气道角度￡89°，与喷丝孔（18）相邻的最内侧气道角度为10°-70°，气道数量大于等于1个。

3.根据权利要求1所述的多股喷气摩擦静电纺成纱装置，其特征在于：所述摩擦辊（5）为表面带孔的圆管，两个摩擦辊（5）均采用金属材质，摩擦辊直径1-1000mm，壁厚0.1-50mm，摩擦辊表面孔径0.01-10mm，孔间距0.01-10mm，所述两个摩擦辊（5）平行排列，摩擦辊之间狭缝宽度0.01-5mm，两个摩擦辊（5）一端与电机（9）相连，电机转速10-1000r/min；另一端与涡流风机（11）相连，涡流风机压力-0.5-0Mpa，所述的电机（9）与涡流风机（11）均用绝缘材料包覆，避免纺丝电场的干扰。

4.根据权利要求1或3所述的多股喷气摩擦静电纺成纱装置，其特征在于：所述金属棒（10）位于两个摩擦辊（5）之间狭缝的正下方，直径1-20mm，长度与摩擦辊长度相同。

5.根据权利要求1或3所述的一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置，其特征在于：所述导纱器（7）位于两个摩擦辊（5）的两端，高度与两个摩擦辊（5）之间狭缝处于同一水平线。

6.根据权利要求1或5所述的一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置，其特征在于：所述卷绕装置（8）位于导纱器（7）正下方，卷绕装置直径是20-30mm，长度80-100mm。

7.根据权利要求2或3所述的一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置，其特征在于：所述喷丝装置（2）的喷丝孔（18）的轴线和正下方两个摩擦辊（5）的狭缝相对应并相互平行，所述喷丝装置（2）与金属棒（10）垂直间距1-50cm。

8.根据权利要求1、2、4或7所述的多股喷气摩擦静电纺成纱装置，其特征在于：所述喷丝装置（2）和金属棒（10）分别与高压发生器（1）的正极和负极相连接，所述高压发生器（1）的电压3-50kV。

9.根据权利要求1-8任一项所述的多股喷气摩擦静电纺成纱装置制备静电纺纳米纤维纱线的方法，其特征在于，它的步骤如下：

（1）供液装置（4）匀速定量地将纺丝溶液通过进液口（13）输入溶液室（14）；

（2）打开每个气室（16）相对应的气泵，气泵压力从邻近溶液室（14）开始由内至外依次递增；

（3）打开摩擦辊（5）的控制电机（9），使两个摩擦辊（5）同向转动，转速控制在10-1000r/min，且两个摩擦辊的转速比控制在0-20；

（4）打开摩擦辊（5）的控制涡流风机（11），使涡流风机的压力控制在-0.5-0Mpa；

（5）打开高压发生器（1），电压控制在5-20kV，从喷丝孔（18）挤出的液滴在气流力和静电力的共同作用下牵伸成纳米纤维（13），因为多个气室（16）喷出的气流其角度依次增加、气压依次增大，同时涡流风机（11）抽气会在摩擦缝隙间形成强大负压，因此这些形成的纳米纤维会定向凝聚在两个摩擦辊（5）之间的狭缝中，形成纳米纤维束；

（6）步骤（5）集聚的纳米纤维束在两个同向转动的摩擦辊（5）的作用下加捻，形成纳米纤维纱线（14）；

（7）步骤（6）得到的纳米纤维纱线（14）通过预先放置在狭缝中的纱线引出经导纱器（7）卷绕到卷绕装置（8）上，通过控制两个摩擦辊的不同转速比获得不同捻度的纱线。

10.根据权利要求1-8任一项所述的一种多股喷气摩擦静电纺成纱装置制备静电纺纳米纤维包芯纱的方法，其特征在于，它的步骤如下：

（1）预先将一端卷绕辊的纱线（15）从导纱器（7）引出经过两个摩擦辊（5）的狭缝卷绕到另一端的卷绕装置（8）上；

（2）供液装置（4）匀速定量地将纺丝溶液通过进液口（13）输入溶液室（14）；

（3）打开每个气室（16）相对应的气泵，气泵压力从邻近溶液室（14）开始由内至外依次递增；

（4）打开摩擦辊（5）的控制电机（9），使两个摩擦辊（5）同向转动，转速控制在10-1000r/min，且两个摩擦辊的转速比控制在0-20；

（5）打开摩擦辊（5）的控制涡流风机（11），使涡流风机的压力控制在-0.5-0Mpa；

（6）打开高压发生器（1），电压控制在5-20kV，从喷丝孔（18）挤出的液滴在气流力和静电力的共同作用下牵伸成纳米纤维（13）；因为多个气室（16）喷出的气流其角度依次增加、气压依次增大，同时涡流风机（11）抽气会在摩擦缝隙间形成强大负压，因此这些形成的纳米纤维定向凝聚在两个摩擦辊（5）之间的狭缝中，包覆在预先放置的纱线的表面；

（7）步骤（6）包覆纳米纤维的纱线在两个同向转动的摩擦辊的作用下加捻，形成纳米纤维包芯纱（16）；

（8）步骤（7）得到的纳米纤维包芯纱经导纱器（7）卷绕到卷绕装置（8）上，通过控制两个摩擦辊的不同转速比获得不同捻度的纳米纤维包芯纱。