CN111621886B - 用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置，包括：供液***，用于为纺丝***提供纺丝溶液；纺丝***，在电场力作用下，将流出金属喷丝针头的纺丝溶液牵伸成纳米纤维，并将产生的纳米纤维束喷射至收集***；收集***，用于对接收到的纳米纤维束进行加捻成型后进行收集；驱动***，用于驱动收集***进行工作；纺丝***包括：用于喷射纳米纤维束的金属喷丝针头，金属喷丝针头与交流高压发生器连接，形成高压电场；本发明具有生产效率高、生产工艺容易控制的有益效果，适用于静电纺丝领域。

Description

用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置及方法

技术领域

本发明涉及静电纺丝的技术领域，具体涉及一种用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置及利用该装置制备纳米纤维纱的方法。

背景技术

利用静电纺丝技术制备的纳米纤维由于具有比表面积大、孔隙率高等特性，在过滤材料、组织工程、复合材料等领域具有巨大的应用潜力，但是无规则排列的纳米纤维膜的再加工性和机械性能都较差，限制了其在某些领域的应用和发展。因此，将纳米纤维加工成纳米纤维纱的形式，对于扩大纳米纤维的应用范围具有十分重要的意义。

目前，静电纺纳米纤维的成纱方法主要有间隙集束机械加捻成纱、静电纺圆盘集束机械加捻成纱、相分离集束水流加捻成纱、静电纺气流集束机械加捻成纱、静电纺电场集束机械加捻成纱和静电纺共轭集束机械加捻成纱等。此外，还有纳米纤维包芯纱技术也有学者在研究，其研究方法大致可分为两大类：静电纺无规则纳米纤维包覆技术和静电纺取向纳米纤维包覆技术。但是上述方法普遍利用传统的直流电压进行纺丝的静电纺丝技术，存在出丝产量低、射流之间相互干扰等问题，造成纳米纤维纱生产效率低、生产工艺难控制。

发明内容

针对相关技术中存在的不足，本发明所要解决的技术问题在于：提供一种用于高效制备纳米纤维纱的生产效率高、生产工艺容易控制的静电纺丝装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置，包括：供液***，用于为纺丝***提供纺丝溶液；纺丝***，用于在电场作用下，将供给的纺丝溶液进行牵伸，从而形成纳米纤维，并将产生的纳米纤维束喷射至收集***；收集***，用于对接收到的纳米纤维束进行加捻成型后进行收集；驱动***，用于驱动收集***进行工作；所述纺丝***包括：用于接收纺丝溶液、产生并喷射纳米纤维束的金属喷丝针头，所述金属喷丝针头与交流高压发生器通过导线连接。

优选地，所述收集***包括：转动杆，一端与所述驱动***的驱动端固定连接，另一端与接收部件固定连接；接收部件，两端开口且口径各异，大口径端正对所述金属喷丝针头头端，小口径端与所述转动杆固定连接；锭翼，固定设置于所述转动杆上，并靠近所述接收部件；套筒，套设于所述转动杆上，并位于所述锭翼与所述驱动***的驱动端之间；导纱钩，设置于所述锭翼的一个翼臂上；在所述转动杆上，位于接收部件与套筒之间的部分为中空结构，中空结构上靠近导纱钩的位置处开有导纱孔，所述导纱孔、中空结构和接收部件相互连通；所述收集***还包括：牵引线，一端固定在所述套筒上，另一端依次通过导纱钩、导纱孔以及转动杆的中空结构之后穿过所述接收部件的小口径端。

优选地，所述导纱钩包括：安装部和钩状部，所述安装部滑动设置于所述锭翼的滑槽中，所述滑槽设置于所述锭翼的一个翼臂上；且所述导纱钩的数量为两个或两个以上，所有导纱钩在锭翼的翼臂上呈间隔设置。

优选地，所述驱动***包括：第一齿轮，为所述驱动***的驱动端，与所述转动杆固定连接，以带动转动杆转动；第二齿轮，通过传送带与所述第一齿轮连接，以带动第一齿轮转动；电机，其转轴与所述第二齿轮固定连接，以驱动第二齿轮转动。

优选地，所述转动杆上设置有垫片和固定阀，所述套筒位于所述垫片和所述固定阀之间，且所述垫片位于所述套筒与所述第一齿轮之间。

优选地，所述供液***包括：注射器，通过导液管与所述金属喷丝针头连通；并设置于微量注射泵上。

优选地，所述接收部件的大口径端与所述金属喷丝针头头端之间的水平距离为100mm～200mm，所述交流高压发生器在工作时对金属喷丝针头施加的电压为10kV～30kV，所述微量注射泵在工作时的对纺丝溶液的推进速度为0.5mL/h～1.0mL/h。

相应地，利用如上所述的静电纺丝装置来制备纳米纤维纱的方法，包括：步骤1：配制不同浓度的纺丝溶液，将其注入供液***中；步骤2：调整收集***的安装位置，检查驱动***是否正常；步骤3：启动供液***，调节交流高压发生器的电压，使纺丝***达到稳定纺丝；步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束呈有序、规则的柱状结构时，调整收集***和纺丝***之间的相对位置，确保柱状纳米纤维束能够被收集***接收到；步骤5：启动驱动***，驱动收集***对接收到的纳米纤维束进行加捻成型后进行收集。

优选地，所述的制备纳米纤维纱的方法，具体包括：步骤1：将聚合物溶解于适当的溶剂中，通过充分搅拌，配制成不同浓度的纺丝溶液，将其注入注射器中；步骤2：在室温和相对湿度为40%～60%的环境中，将接收部件和金属喷丝针头之间的距离调整为100mm～200mm，调节导纱钩的位置，检查齿轮传动***是否正常；步骤3：开启微量注射泵，将纺丝溶液的推进速度调整为0.5mL/h～1.0mL/h，待纺丝溶液从金属喷丝针头中均匀流出时，开启交流高压发生器，调节其电压为10kV～30kV，使金属喷丝针头尖端在电场力作用下产生稳定射流；步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束呈有序、规则的柱状结构时，调整接收部件和金属喷丝针头之间的距离，确保柱状结构的纳米纤维束能够顺利地进入接收部件、与牵引线搭接；步骤5：开启电机，使得电机通过驱动由第二齿轮、传送带和第一齿轮组成的齿轮传动***，来驱动转动杆转动，进而将纳米纤维束加捻成纳米纤维纱，并卷绕收集在套筒上。

本发明的有益技术效果在于：

1、本发明的静电纺丝装置包括供液***、纺丝***、收集***和驱动***，供液***为纺丝***提供纺丝溶液，主要由金属喷丝针头和高压发生器组成的纺丝***，将流出金属喷丝头的纺丝溶液，在电场作用下，牵伸成纳米纤维，并将产生的纳米纤维束喷射至收集***，收集***在接收到的纳米纤维束后，在驱动***的驱动下对纳米纤维束进行加捻成型后进行收集；本发明中，由于采用交流高压发生器对金属喷丝针头施加电场，使得从针头喷射出的纳米纤维带有不同的电荷，射流之间相互干扰程度较小，有利于纳米纤维束的集聚，提高了纳米纤维纱的生产效率，生产工艺容易控制。

2、本发明的收集***包括转动杆、接收部件、锭翼、套筒、导纱钩和牵引线，驱动***包括第一齿轮和第二齿轮，供液***包括注射器和微量注射泵；工作时，纺丝溶液被加入注射器中，微量注射泵控制注射器将溶液推入金属喷丝针头，纺丝溶液会从金属喷丝针头中流出，此时交流高压发生器给金属喷丝针头施加一定的电压，金属喷丝针头的液滴在电场的作用下会由半球形变为圆锥形，接着金属喷丝针头的尖端产生射流得到纤维细丝，最终金属喷丝针头能够喷射出有序的、规则的柱状纳米纤维束，纳米纤维束朝着接收部件喷射并进入接收部件中与牵引线搭接；电机开始工作，带动第二齿轮转动，第二齿轮通过传送带带动第一齿轮转动，第一齿轮带动转动杆转动；此时，转动杆、锭翼、接收部件均一起转动，而套筒不转动，因此，从金属喷丝针头喷射出的纳米纤维束在牵引线的牵引下，在穿过接收部件的小口径端、转动杆上的中空结构、中空结构上的导纱孔、锭翼上的导纱钩的过程中被加捻成纳米纤维纱，最终卷绕在套筒上。通过上述结构，使得喷射出的纳米纤维不仅连续性较好，还能够被紧密地加捻卷绕，并且可通过电机来调节转动杆的转动速度，控制得到的纳米纤维纱结构的紧密程度及细度，使得最终制备出的纳米纤维纱的结构较为紧密且强力较好。

3、本发明中的导纱钩是滑动设置于锭翼的滑槽中的，可在滑槽中自由滑动，也就是可沿着套筒的轴向方向自由滑动；通过调节导纱钩的位置，可以调节纳米纤维纱在套筒上的卷绕位置，使得卷绕在套筒上的纳米纤维纱分布均匀。此外，本发明的导纱钩可为两个，两个导纱钩间隔设置于锭翼上，间隔距离可调节，这样通过所有导纱钩进行导纱的方式，不仅无需限定锭翼与套筒之间的垂直距离，使得本装置具有较大的灵活性，还在一定程度上保证了纳米纤维束的连续性。

4、本发明在套筒靠近第一齿轮的一端设置了垫片，在另一端设置了固定阀，使得转动杆在转动的过程中既能保持套筒不被带动旋转，又能保证套筒不能在转动杆上水平滑动以致影响整个纳米纤维束的加捻成型以及收集。

附图说明

图1是本发明实施例提供的用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的导纱钩的结构示意图；

图中：101为金属喷丝针头，102为交流高压发生器，103为转动杆，1031为中空结构，104为接收部件，105为锭翼，106为套筒，107为导纱钩 ，1071为安装部，1072为钩状部，108为导纱孔，109为牵引线，110为第一齿轮，111为传送带，112为第二齿轮，113为电机，114为注射器，115为微量注射泵，116为垫片，117为固定阀，118为纳米纤维束，119为纳米纤维纱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

以下结合附图详细说明所述的用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置的一个实施例。

图1为本实施例提供的用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置的结构示意图，如图1所示，所述的用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置，可包括：

供液***，用于为纺丝***提供纺丝溶液。

纺丝***，用于在电场作用下，将供给的纺丝溶液进行牵伸，从而形成纳米纤维，并将产生的纳米纤维束喷射至收集***。

收集***，用于对接收到的纳米纤维束118进行加捻成型后进行收集。

驱动***，用于驱动收集***进行工作。

所述纺丝***包括：用于接收纺丝溶液、产生并喷射纳米纤维束118的金属喷丝针头101，所述金属喷丝针头101通过金属线与交流高压发生器102通过导线连接。

本发明的静电纺丝装置可包括供液***、纺丝***、收集***和驱动***，供液***为纺丝***提供纺丝溶液，主要由金属喷丝针头101和高压发生器102组成的纺丝***接收纺丝溶液后在电场作用下进行静电纺丝，并将产生的纳米纤维束118喷射至收集***，收集***在接收到的纳米纤维束118后，在驱动***的驱动下对纳米纤维束118进行加捻成型后进行收集；本发明中，由于采用交流高压发生器102对金属喷丝针头101施加电场，使得从针头喷射出的纳米纤维带有不同的电荷，射流之间相互干扰程度较小，有利于纳米纤维束118的集聚，提高了纳米纤维纱119的生产效率，生产工艺容易控制。

进一步地，所述所述收集***可包括：

转动杆103，一端与所述驱动***的驱动端固定连接，另一端与接收部件104固定连接。

接收部件104，两端开口且口径各异，大口径端正对所述金属喷丝针头101头端，小口径端与所述转动杆103固定连接。

锭翼105，固定设置于所述转动杆103上，并靠近所述接收部件104。

套筒106，套设于所述转动杆103上，并位于所述锭翼105与所述驱动***的驱动端之间。

导纱钩107，设置于所述锭翼105的一个翼臂上。

所述转动杆103上位于接收部件104与套筒106之间的部分为中空结构1031，中空结构1031上靠近导纱钩107的位置处开有导纱孔108，所述导纱孔108、中空结构1031和接收部件104相互连通。

所述收集***还可包括：

牵引线109，一端固定在所述套筒106上，另一端依次通过导纱钩107、导纱孔108以及转动杆103的中空结构1031之后穿过所述接收部件104的小口径端。

进一步地，所述驱动***可包括：

第一齿轮110，为所述驱动***的驱动端，与所述转动杆103固定连接，以带动转动杆103转动。

第二齿轮112，通过传送带111与所述第一齿轮110连接，以带动第一齿轮110转动。

电机113，其转轴与所述第二齿轮112固定连接，以驱动第二齿轮112转动。

进一步地，所述供液***可包括：

注射器114，通过导液管与所述金属喷丝针头101连，并设置于微量注射泵115上。

本实施例的收集***包括转动杆103、接收部件104、锭翼105、套筒106、导纱钩107和牵引线109，驱动***包括第一齿轮110和第二齿轮112，供液***包括注射器114和微量注射泵115；工作时，纺丝溶液被加入注射器114中，微量注射泵115控制注射器114将溶液推入金属喷丝针头101，纺丝溶液会从金属喷丝针头101中流出，此时交流高压发生器102给金属喷丝针头101施加一定的电压，金属喷丝针头101的液滴在电场的作用下会由球形变为圆锥形，接着金属喷丝针头101的尖端产生射流得到纤维细丝，最终金属喷丝针头101能够喷射出有序的、规则的柱状纳米纤维束118，纳米纤维束118朝着接收部件104喷射并进入接收部件104中与牵引线109搭接；电机113开始工作，带动第二齿轮112转动，第二齿轮112通过传送带带动第一齿轮110转动，第一齿轮110带动转动杆103转动；此时，转动杆103、锭翼105、接收部件104均一起转动，而套筒106不转动，因此，从金属喷丝针头101喷射出的纳米纤维束118在牵引线109的牵引下，在穿过接收部件104的小口径端、转动杆103上的中空结构1031、中空结构1031上的导纱孔108、锭翼105上的导纱钩107的过程中被加捻成纳米纤维纱119，最终卷绕在套筒106上。通过上述结构，使得喷射出的纳米纤维不仅连续性较好，还能够被紧密地加捻卷绕，并且可通过电机113来调节转动杆103的转动速度，控制得到的纳米纤维纱119结构的紧密程度及细度，使得最终制备出的纳米纤维纱119的结构较为紧密且强力较好。

在具体实施中，为了使得整个装置的结构较为合理、性能较佳：

所述接收部件104可为喇叭状结构，其大口径端的直径应足够大，能够尽量充分地接收从金属喷丝针头101喷射而来的纳米纤维束118。所述金属喷丝针头101应尽量与所述接收部件104同轴心安装，尽可能使从针头尖端喷射出去的纳米纤维束118朝着接收部件104的中心聚集。所述牵引线109的长度可以根据其一端固定在套筒106上的位置来进行调整，但是其另一端理应至少穿过接收部件104的小口径端后，或位于接收部件104内部，或位于接收部件104外，这样才能保证当纳米纤维束118喷射进接收部件104中后能够被快速、准确地牵引。所述导纱孔108的开设位置应该位于套筒106和导纱钩107之间的中空结构1031上，这样能够使得纳米纤维束118在被牵引过程中“不走弯路”，能够直接、顺畅地被牵引至导纱钩107上。而导纱钩107的安装载体只需为锭翼105的一个翼臂即可，但是导纱孔108的开设位置理应与安装导纱钩107的翼臂相对应，导纱孔108的开口应朝向安装导纱钩107的翼臂，这样同样能达到使纳米纤维束118在被牵引过程中“不走弯路”的目的。第一齿轮110的直径可小于第二齿轮112的直径，第一齿轮110与转动杆103之间、第二齿轮112与电机113的转轴之间，可通过铆钉来固定连接。

更进一步地，所述导纱钩107可包括：安装部1071和钩状部1072，所述安装部1071滑动设置于所述锭翼105的滑槽中，所述滑槽设置于所述锭翼105的一个翼臂上；

且所述导纱钩107的数量为两个或两个以上，所有导纱钩107在锭翼105的翼臂上呈间隔设置。

在具体实施中，实际上导纱钩107的数量可无需限制数量，但是设置为两个或两个以上是较为合理且优选的，因为若只设置一个，在实际应用时则需要考虑锭翼105与套筒106之间的垂直距离、牵引线109在套筒106上的固定位置等因素。而本实施例中的导纱钩107是滑动设置于锭翼105的滑槽中的，可在滑槽中自由滑动，也就是可沿着套筒106的轴向方向自由滑动；通过调节导纱钩107的位置，可以调节纳米纤维纱119在套筒106上的卷绕位置，使得卷绕在套筒106上的纳米纤维纱119分布均匀。此外，本发明的倒钩纱107可为两个，两个倒钩纱107间隔设置于锭翼105上，间隔距离可调节，这样通过两个或两个以上的导纱钩107进行导纱的方式，不仅无需限定锭翼105与套筒106之间的垂直距离，使得本装置具有较大的灵活性，还在一定程度上保证了纳米纤维束118的连续性。

更进一步地，所述转动杆103上可设置有垫片116和固定阀117，所述套筒106位于所述垫片116和所述固定阀117之间，，且所述垫片116位于所述套筒106与所述第一齿轮110之间。

本实施例在套筒106靠近第一齿轮110的一端设置了垫片116，在另一端设置了固定阀117，使得转动杆在转动的过程中既能保持套筒106不被带动旋转，又能保证套筒106不能在转动杆上水平滑动以致影响整个纳米纤维束118的加捻成型以及收集。

更进一步地，所述接收部件104的大口径端与所述金属喷丝针头101尖端之间的水平距离可为100mm～200mm，所述交流高压发生器102在工作时对金属喷丝针头101施加的电压可为10kV～30kV，所述微量注射泵115在工作时的对纺丝溶液的推进速度可为0.5mL/h～1.0mL/h。

在具体实施中，接收部件104与金属喷丝针头101之间的水平距离会影响金属喷丝针头101喷射出的呈柱状的纳米纤维束118是否能顺利被接收部件104所接收，距离太近，接收部件104接收到的不是有序的、规则的，连续的柱状纳米纤维束118，而是无序的、不规则的纳米纤维团，而距离太远，接收部件104又无法接收到金属喷丝针头101喷射而来的纳米纤维束118；交流高压发生器102所施加的电压会影响金属喷丝针头101的喷丝连续性；微量注射泵115对纺丝溶液的推进速度会影响金属喷丝针头101是否能喷射出连续性较好的纳米纤维束118。

因此，上述三个参数的确定对整个纺丝结果具有十分重要的意义，经过大量的创造性试验表明，上述三个参数为下列数值时最佳：所述接收部件104的大口径端与所述金属喷丝针头101尖端之间的水平距离为100mm，所述交流高压发生器102在工作时对金属喷丝针头101施加的电压为25kV，所述微量注射泵115在工作时的对纺丝溶液的推进速度可为0.5mL/h。

本发明还提供了利用如上所述的静电纺丝装置来制备纳米纤维纱的方法，所述方法可包括：

步骤1：配制不同浓度的纺丝溶液，将其注入供液***中；

步骤2：调整收集***的安装位置，检查驱动***是否正常；

步骤3：启动供液***，调节交流高压发生器102的电压，使纺丝***达到稳定纺丝；

步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束118呈有序、规则的柱状结构时，调整收集***和纺丝***之间的相对位置，确保柱状纳米纤维束118能够被收集***接收到；

步骤5：启动驱动***，驱动收集***对接收到的纳米纤维束118进行加捻成型后进行收集。

进一步地，利用所述的静电纺丝装置来制备纳米纤维纱的方法，可具体包括：

步骤1：将聚合物溶解于适当的溶剂中，通过充分搅拌，配制成不同浓度的纺丝溶液，将其注入注射器114中；

步骤2：在室温和相对湿度为40%～60%的环境中，将接收部件104和金属喷丝针头101之间的距离调整为100mm～200mm，调节导纱钩107的位置，检查齿轮传动***是否正常；

步骤3：开启微量注射泵115，将纺丝溶液的推进速度调整为0.5mL/h～1.0mL/h，待纺丝溶液从金属喷丝针头101中均匀流出时，开启交流高压发生器102，调节其电压为10kV～30kV，使金属喷丝针头101头端在电场力作用下产生稳定射流；

步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束118呈有序、规则的柱状结构时，调整接收部件104和金属喷丝针头101之间的距离，确保柱状结构的纳米纤维束118能够顺利地进入接收部件104、与牵引线109搭接；

步骤5：开启电机113，使得电机113通过驱动由第二齿轮112、传送带111和第一齿轮110组成的齿轮传动***，来驱动转动杆103转动，进而将纳米纤维束118加捻成纳米纤维纱119，并卷绕收集在套筒106上。

以下详细说明利用所述的静电纺丝装置来制备纳米纤维纱的方法的几个实施例。

实施例一

利用所述的静电纺丝装置来制备纳米纤维纱的方法，按照以下步骤进行：

步骤1：将聚丙烯腈（PAN）溶解在N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中，通过充分搅拌，配制成浓度为12wt%的纺丝溶液，将其注入注射器114中；

步骤2：在室温和相对湿度为40%的环境中，将接收部件104和金属喷丝针头101之间的距离调整为100mm～200mm，调节导纱钩107的位置，检查齿轮传动***是否正常；

步骤3：开启微量注射泵115，将纺丝溶液的推进速度调整为0.5mL/h，待纺丝溶液从金属喷丝针头101中均匀流出时，开启交流高压发生器102，调节其电压为25kV，使金属喷丝针头101头端在电场力作用下产生稳定射流；

步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束118呈有序、规则的柱状结构时，调整接收部件104和金属喷丝针头101之间的距离100mm，确保柱状结构的纳米纤维束118能够顺利地进入接收部件104、与牵引线109搭接；

步骤5：开启电机113，调节转动杆103的转速为100rpm，使得电机113通过驱动由第二齿轮112、传送带111和第一齿轮110组成的齿轮传动***，来驱动转动杆103转动，进而将纳米纤维束118加捻成纳米纤维纱119，并卷绕收集在套筒106上。

实施例二

利用所述的静电纺丝装置来制备纳米纤维纱的方法，按照以下步骤进行：

步骤1：将聚丙烯腈（PAN）溶解在N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中，通过充分搅拌，配制成浓度为12wt%的纺丝溶液，将其注入注射器114中；

步骤2：在室温和相对湿度为40%的环境中，将接收部件104和金属喷丝针头101之间的距离调整为100mm～200mm，调节导纱钩107的位置，检查齿轮传动***是否正常；

步骤3：开启微量注射泵115，将纺丝溶液的推进速度调整为0.5mL/h，待纺丝溶液从金属喷丝针头101中均匀流出时，开启交流高压发生器102，调节其电压为25kV，使金属喷丝针头101尖端在电场力作用下产生稳定射流；

步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束118呈有序、规则的柱状结构时，调整接收部件104和金属喷丝针头101之间的距离100mm，确保柱状结构的纳米纤维束118能够顺利地进入接收部件104、与牵引线109搭接；

步骤5：开启电机113，调节转动杆103的转速为200rpm，使得电机113通过驱动由第二齿轮112、传送带111和第一齿轮110组成的齿轮传动***，来驱动转动杆103转动，进而将纳米纤维束118加捻成纳米纤维纱119，并卷绕收集在套筒106上。

实施例三

利用所述的静电纺丝装置来制备纳米纤维纱的方法，按照以下步骤进行：

步骤1：将聚丙烯腈（PAN）溶解在N，N-二甲基甲酰胺（DMF）中，通过充分搅拌，配制成浓度为12wt%的纺丝溶液，将其注入注射器114中；

步骤2：在室温和相对湿度为40%的环境中，将接收部件104和金属喷丝针头101之间的距离调整为100mm～200mm，调节导纱钩107的位置，检查齿轮传动***是否正常；

步骤3：开启微量注射泵115，将纺丝溶液的推进速度调整为0.5mL/h，待纺丝溶液从金属喷丝针头101中均匀流出时，开启交流高压发生器102，调节其电压为25kV，使金属喷丝针头101尖端在电场力作用下产生稳定射流；

步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束118呈有序、规则的柱状结构时，调整接收部件104和金属喷丝针头101之间的距离100mm，确保柱状结构的纳米纤维束118能够顺利地进入接收部件104、与牵引线109搭接；

步骤5：开启电机113，调节转动杆103的转速为300rpm，使得电机113通过驱动由第二齿轮112、传送带111和第一齿轮110组成的齿轮传动***，来驱动转动杆103转动，进而将纳米纤维束118加捻成纳米纤维纱119，并卷绕收集在套筒106上。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语 “上”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

可以理解的是，上述装置方法种的相关特征可以相互参考。另外，上述实施例中的“一”、“二”等是用于区分各实施例，而并不代表各实施例的优劣。

所述领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置，其特征在于：包括：

供液***，用于为纺丝***提供纺丝溶液；

纺丝***，用于在电场作用下，将供给的纺丝溶液进行牵伸，从而形成纳米纤维，并将产生的纳米纤维束（118）喷射至收集***；

收集***，用于对接收到的纳米纤维束（118）进行加捻成型后进行收集；

驱动***，用于驱动收集***进行工作；

所述纺丝***包括：用于接收纺丝溶液、产生并喷射纳米纤维束（118）的金属喷丝针头（101），所述金属喷丝针头（101）与交流高压发生器（102）通过导线连接；

所述收集***包括：

转动杆（103），一端与所述驱动***的驱动端固定连接，另一端与接收部件（104）固定连接；

接收部件（104），两端开口且口径各异，大口径端正对所述金属喷丝针头（101）头端，小口径端与所述转动杆（103）固定连接；

锭翼（105），固定设置于所述转动杆（103）上，并靠近所述接收部件（104）；

套筒（106），套设于所述转动杆（103）上，并位于所述锭翼（105）与所述驱动***的驱动端之间；

导纱钩（107），设置于所述锭翼（105）的一个翼臂上；

在所述转动杆（103）上，位于接收部件（104）与套筒（106）之间的部分为中空结构（1031），中空结构（1031）上靠近导纱钩（107）的位置处开有导纱孔（108），所述导纱孔（108）、中空结构（1031）和接收部件（104）相互连通；

所述收集***还包括：

牵引线（109），一端固定在所述套筒（106）上，另一端依次通过导纱钩（107）、导纱孔（108）以及转动杆（103）的中空结构（1031）之后穿过所述接收部件（104）的小口径端；

所述导纱钩（107）包括：安装部（1071）和钩状部（1072），所述安装部（1071）滑动设置于所述锭翼（105）的滑槽中，所述滑槽设置于所述锭翼（105）的一个翼臂上；且所述导纱钩（107）的数量为两个或两个以上，所有导纱钩（107）在锭翼（105）的翼臂上呈间隔设置；所述导纱孔（108）的开设位置位于套筒（106）和导纱钩（107）之间的中空结构（1031）上，且其开口朝向安装导纱钩（107）的翼臂；

所述驱动***包括：

第一齿轮（110），为所述驱动***的驱动端，与所述转动杆（103）固定连接，以带动转动杆（103）转动；

第二齿轮（112），通过传送带（111）与所述第一齿轮（110）连接，以带动第一齿轮（110）转动；

电机（113），其转轴与所述第二齿轮（112）固定连接，以驱动第二齿轮（112）转动；

所述转动杆（103）上设置有垫片（116）和固定阀（117），所述套筒（106）位于所述垫片（116）和所述固定阀（117）之间，且所述垫片（116）位于所述套筒（106）与所述第一齿轮（110）之间。

2.根据权利要求1所述的用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置，其特征在于：所述供液***包括：

注射器（114），通过导液管与所述金属喷丝针头（101）连通，并设置于微量注射泵（115）上。

3.根据权利要求2所述的用于高效制备纳米纤维纱的静电纺丝装置，其特征在于：所述接收部件（104）的大口径端与所述金属喷丝针头（101）头端之间的水平距离为100mm～200mm，所述交流高压发生器（102）在工作时对金属喷丝针头（101）施加的电压为10kV～30kV，所述微量注射泵（115）在工作时的对纺丝溶液的推进速度为0.5mL/h～1.0mL/h。

4.利用如权利要求1~3任一所述的静电纺丝装置来制备纳米纤维纱的方法，其特征在于：包括：

步骤1：配制不同浓度的纺丝溶液，将其注入供液***中；

步骤2：调整收集***的安装位置，检查驱动***是否正常；

步骤3：启动供液***，调节交流高压发生器（102）的电压，使纺丝***达到稳定纺丝；

步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束（118）呈有序、规则的柱状结构时，调整收集***和纺丝***之间的相对位置，确保柱状纳米纤维束（118）能够被收集***接收到；

步骤5：启动驱动***，驱动收集***对接收到的纳米纤维束（118）进行加捻成型后进行收集。

5.根据权利要求4所述的制备纳米纤维纱的方法，其特征在于：具体包括：

步骤1：将聚合物溶解于适当的溶剂中，通过充分搅拌，配制成不同浓度的纺丝溶液，将其注入注射器（114）中；

步骤2：在室温和相对湿度为40%～60%的环境中，将接收部件（104）和金属喷丝针头（101）之间的距离调整为100mm～200mm，调节导纱钩（107）的位置，检查齿轮传动***是否正常；

步骤3：开启微量注射泵（115），将纺丝溶液的推进速度调整为0.5mL/h～1.0mL/h，待纺丝溶液从金属喷丝针头（101）中均匀流出时，开启交流高压发生器（102），调节其电压为10kV～30kV，使金属喷丝针头（101）尖端在电场力作用下产生稳定射流；

步骤4：观察纳米纤维的漂浮状态，当纳米纤维束（118）呈有序、规则的柱状结构时，调整接收部件（104）和金属喷丝针头（101）之间的距离，确保柱状结构的纳米纤维束（118）能够顺利地进入接收部件（104）、与牵引线（109）搭接；

步骤5：开启电机（113），使得电机（113）通过驱动由第二齿轮（112）、传送带（111）和第一齿轮（110）组成的齿轮传动***，来驱动转动杆（103）转动，进而

将纳米纤维束（118）加捻成纳米纤维纱（119），并卷绕收集在套筒（106）上。

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