专利名称：一种将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置的制作方法电纺丝是一种制备直径在亚微米尺度的高分子纤维及其复合材料纤维的新技术。 到目前为止，已经报道的有大约100种聚合物利用静电纺丝技术制备超细或者纳米纤维， 科研工作者还研究了聚合物静电纺丝的影响因素、纤维聚集体的形貌及其在生物组织工 程、药物缓释释放、以及薄膜过滤材料等领域的潜在应用。其中，纳米纤维聚集体结构形式 对纳米纤维的性能及应用具有重要的影响。通过静电纺丝技术制备微结构有序的微米绞 线是实现纳米纤维在纺织等领域应用的重要中间步骤，因此，近些年绞线的制备得到了广 泛的关注。与传统纤维组成的绞线相比较，由纳米纤维构成的微米绞线具有非常好的柔韧 性，质量轻、大表面积等特点，特别适于轻质、柔软、保暖、防水等多种功能应用需求的新型 纺织织物材料的技术需求。由于纳米纤维的小尺寸结构特点，传统加捻装置对纳米纤维会 造成结构破坏。因此，发明新的方法装置制备微结构有序、长度连续的微米绞线非常重要， 可以极大的扩展静电纺丝法的应用前景。如何能制备长度连续的、结构有序的微米绞线一 直是静电纺丝研究关注的重点。最早的报道可见文献Electrospirming with dual rings Polym. Commun. 46(2005)611 及 One-step electrospun nanofiber-based composite ropes, Applied Physics Letters 90，(2007)083108，虽然其中的方法得到了有序度高 的微米绞线，但绞线的制备从技术上无法实现连续制备。在文献Continuous polymer nanofiber yarns prepared by self-bundling electrospinning method， Polymer 49(2008)2755-2761中，单根绞线的长度已经可以做到10米以上，但绞线的微结构的有序 性很差，且对所用静电纺丝溶剂的电导率有着较为苛刻的限制。文献Novel mechanism for spinning continuous twisted composite nanofiber yarns,European Polymer Journal 44 (2008) 1-12的提出了制备纳米纤维绞线的新思路，绞线中纳米纤维的有序度得到了一定 的提高，且能保证其连续性。但纤维在绞线中扭转角度无法控制；而且结构无序的纤维会同 时收集，并导致绞线无法进一步从收集装置上分离。可以看出，目前各种静电纺丝装置，还无法通过一步法制备连续的、由纳米纤维组 成的微结构有序的微米绞线。本发明的目的在于提供一种发明方法和装置，使其能实现连 续地制备新型聚合物及其复合物的微米绞线，拓展静电纺丝法在生物、纺织、材料、电子等 工业中的应用。本发明还涉及一种通过在电场中进行静电纺丝而制备连续微米绞线的装置。使用 两组合电机代替了传统的接地金属板。连接在电机1上的圆形接地金属圈4用作对形成的 纳米纤维束加捻，加捻后的纳米纤维绞线经电机3上的引导管6缠绕至电机2上的收集管 5，实现连续绞线的制备。装置工作稳定后，安置保护罩9，以尽量减少无序纤维的引入。制 备结束后，从卸下的收集管5上可获得连续结构的微米绞线。由于使用组合电机代替了传统的接地金属板，电场的形状发生了改变，纳米电纺 丝连续的沉积在旋转的接地金属管和引导管之间。当组合电机的转速相对搭配时，纳米纤 维聚集体被捻成绞线收集起来。
本发明的目的是提供一种可制备长度连续、微结构有限的由纳米纤维组成的微米 绞线的将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置，。本发明的技术方案如下本发明提供的将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置，其包括一第一电机；安装于所述第一电机的电机轴端部的圆形接地金属圈，所述圆形接地金属圈的环 形端面垂直于水平面，并通过导线接地；一第二电机；安装于所述第二电机的电机轴端部的收集管；一第三电机；安装于所述第三电机的电机轴端部的引导管；所述圆形接地金属圈、所述收集管和所述引导管位于静电纺丝装置纺出的纤维丝 的收集区内；所述圆形接地金属圈的上边缘距静电纺丝装置的电极的距离为7 12cm ；所述收集管和所述引导管垂直相交于A点，所述收集管位于远离所述圆形接地金 属圈的引导管的外侧；所述引导管直径与收集管直径相同；所述第一电机电机轴轴心与所述A点的连线同时垂直于所述收集管和所述引导 管；所述A点与圆形接地金属圈的外缘呈20-120°锥角；所述收集管和引导管同时作相对于A点的相对旋转或同时作远离A点的相向旋 转；所述收集管和引导管在所述A点处的线速度相同； 所述第一电机的旋转速度大于所述第三电机的旋转速度。本发明的将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置，还可包括一将所述收集管 和引导管罩于其下的保护罩。所述保护罩为环氧树脂材质或玻璃材质的保护罩。所述第一电机的转速为IOOOrpm到6000rpm。所述收集管和引导管于所述A点处的线速度为lOcm/min lOOcm/min。所述圆形接地金属圈的直径为4 6cm。所述圆形接地金属圈相距引导管的距离为5 25mm。所述引导管直径与收集管直径为1 2cm。所述第二电机转速与第三电机转速均为0. 5 8rpm。本发明的机制是用两个转动方向相互垂直的电机代替了静电纺丝装置传统的用 于收集电纺丝的接地金属板，静电纺丝装置纺出的纳米电纺丝连续地沉积在旋转的圆形接 地金属圈和引导管之间；当圆形接地金属圈的线速度大于引导管线速度时，纳米电纺丝聚 被加捻成绞线收集在收集管上。静电纺丝纤维及绞线的结构可由本装置的工作参数调节设第一电机1转速与第 二电机2转速的比(或第一电机1转速与第三电机转速的比)为r ；当圆形接地金属圈4与 引导管6的距离一定时，r越大，绞线的扭转角度越大，反之越小；绞线的直径由注射器10 的速度控制，速度越快，绞线的直径越大，反之越小。本发明将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置与现有技术相比具有下列优点 ·本发明的将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置，实际上是一种静电纺丝收 集装置，使用组合电机代替了传统的接地金属板，从而可制备连续的由纳米电纺丝组成的 微米绞线；拓展了静电纺丝在生物、纺织、材料、电子等工业中的广泛应用。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置所制备的PVA纳米纤 维绞线的电子显微镜(SEM)照片。

所述第一电机1的转速为IOOOrpm到6000rpm。所述收集管5和引导管6于所述A点处的线速度为lOcm/min lOOcm/min。所述圆形接地金属圈4的直径为4 6cm。所述圆形接地金属圈4相距引导管5的距离为5 25mm。所述引导管5直径与收集管6直径为1 2cm。所述第二电机2转速与第三电机3转速均为0. 5 8rpm。实施例1 图1中的标号8为电极，标号7为电源，标号10为喷射器；电极8、电源7和喷射器 10构成传统的静电纺丝装置，本发明的将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置中的圆 形接地金属圈4、收集管5和引导管6位于静电纺丝装置纺出的纤维丝的收集区内；配制浓度为9wt%PVA/H20溶液，工作时，将PVA/H20溶液装于喷射器10中，由喷射 器10喷出进行电纺丝；纺出的纳米电纺丝连续地沉积在旋转的圆形接地金属圈4和引导管 5之间；当圆形接地金属圈4的线速度大于引导管5线速度时，纳米电纺丝被加捻成绞线收 集在收集管上；本实施例的将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置的工作参数如下电纺工作电压(高压电源7) 10 15kV ；高压电极8到圆形接地金属圈4的上边缘的距离为7 12cm ；圆形接地金属圈4的直径在4 6cm;圆形接地金属圈4相距引导管5 IOmm;引导管5直径与收集管6为1 2cm ；第一电机1的转速为5000 6000rpm ；第二电机2与第三电机3的转速均为6 8rpm ；在上述参数条件下，可以连续的制备PVA的纳米纤维绞线；PVA纳米纤维的平均直 径在200 400nm之间；所制绞线的直径在15 25微米之间，扭转角度在40度到60度 (为A点与圆形接地金属圈4的外缘所呈锥角的一半)。实施例2 配置PAN/DMF溶液；工作时，将PVA/H20溶液装于喷射器10中，由喷射器10 喷出进行电纺丝；纺出的纳米电纺丝连续地沉积在旋转的圆形接地金属圈4和引导管5之 间；当圆形接地金属圈4的线速度大于引导管5线速度时，纳米电纺丝被加捻成绞线收集在 收集管上；所述的工作参数为电纺工作电压(电源7)8 IlkV ；电极8到圆形接地金属圈4的上边缘的距离为7 12cm。圆形接地金属圈4的直径在4 6cm，圆形接地金属圈4相距引导管5的距离为 10 20mm ；引导管5与收集管6的直径相同，在1 2cm之间；第一电机1转速为3000 4000rpm，第二电机2转速与第三电机3转速均为5 7rpm ；在上述参数条件下，可以连续的制备PAN的纳米纤维绞线；PAN纳米纤维的平均直 径在400 600nm之间。绞线的直径在7 15微米之间，扭转角度在30度到50度之间 (为A点与圆形接地金属圈4的外缘所呈锥角的一半)。
实施例3 配置8wt% PMMA/DMF溶液，工作时，将PVA/H20溶液装于喷射器10中，由喷射器10 喷出进行电纺丝；纺出的纳米电纺丝连续地沉积在旋转的圆形接地金属圈4和引导管5之 间；当圆形接地金属圈4的线速度大于引导管5线速度时，纳米电纺丝被加捻成绞线收集在 收集管上；其工作参数为电纺工作电压(电源7) 12 16kV电极8到圆形接地金属圈4的上边缘的距离为8 10cm。圆形接地金属圈4的直径在4 6cm，圆形接地金属圈4的上边缘的距离相距引导 管15 25mm ；引导管5与收集管6直径相同，在1 2cm。第一电机1转速为1000 2000rpm，第二电机2与第三电机3转速为4 6rpm ；在上述参数条件下，可以连续的制备PMMA的纳米纤维绞线；PMMA纳米纤维的平均 直径在400 500nm之间；绞线直径在10 20微米之间，扭转角度在10度到30度之间 (为A点与圆形接地金属圈4的外缘所呈锥角的一半)。实施例4 配置42wt% PVP/5wt% SWNT/Ethnol溶液；工作时，将PVA/H20溶液装于喷射器10 中，由喷射器10喷出进行电纺丝；纺出的纳米电纺丝连续地沉积在旋转的圆形接地金属圈 4和引导管5之间；当圆形接地金属圈4的线速度大于引导管5线速度时，纳米电纺丝被加 捻成绞线收集在收集管上；其工作参数为电纺工作电压(电源7) 10 15kV ；电极8到圆形接地金属圈4的上边缘的距离为10 12cm ；圆形接地金属圈4直径在4 6cm ；圆形接地金属圈4相距引导管5 IOmm ；引导 管5与收集管6直径相同，在1 2cm。第一电机1转速为1200 1600rpm，第二电机2转速和第三电机3转速均为0. 5 5rpm ；在上述参数条件下，可以连续的制备PVP单壁碳纳米管的纳米纤维绞线；PVP复合 纳米纤维的平均直径在800 1400nm之间；绞线的直径在100 150微米之间，扭转角度 在10度到60度之间(为A点与圆形接地金属圈4的外缘所呈锥角的一半)。实施例5 配置12wt% PVDF/1 Owt % SiO2纳米颗粒/DMF溶液；工作时，将PVA/H20溶液装于 喷射器10中，由喷射器10喷出进行电纺丝；纺出的纳米电纺丝连续地沉积在旋转的圆形接 地金属圈4和引导管5之间；当圆形接地金属圈4的线速度大于引导管5线速度时，纳米电 纺丝被加捻成绞线收集在收集管上；其工作参数为电纺工作电压(电源7) 11 13kV ；电极8到圆形接地金属圈4的上边缘的距离为7 12cm ；圆形接地金属圈4直径在4 6cm ；圆形接地金属圈4相距引导管5的距离为10 20mm ；引导管5直径与收集管6直径相同，在1 2cm。第一电机1的转速为3000 4000rpm ；第二电机2转速与第三电机3转速均为 5 7rpm ；
在上述参数条件下，可以连续的制备PVDF的纳米纤维绞线；PVDF纳米纤维的平均 直径在700 900nm之间；绞线的直径在20 30微米之间，扭转角度在30度到50度之间 (为A点与圆形接地金属圈4的外缘所呈锥角的一半)。上述实施例制备纳米纤维绞线的外光形态请见图2所示的电子显微镜(SEM)照 片。


一种将静电纺丝制得的纳米纤维绞成绞线的装置，其包括安装于第一电机电机轴端部的圆形接地金属圈；安装于第二电机电机轴端部的收集管；和安装于第三电机的电机轴端部的引导管；接地金属圈、收集管和引导管位于电纺丝收集区内；收集管和引导管垂直相交于A点，收集管位于远离接地金属圈的引导管外侧；引导管与收集管直径相同；第一电机电机轴轴心与A点连线同时垂直于收集管和引导管；A点与接地金属圈外缘呈20-120°锥角；收集管和引导管同时作相对于A点的相对旋转或同时作远离A点的相向旋转；收集管和引导管在A点处的线速度相同；第一电机旋转速度大于第三电机旋转速度；本发明拓展了静电纺丝在生物、纺织、材料、电子等中的应用。