一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，屬于化學(xué)仿生【技術(shù)領(lǐng)域】。所述裝置包括原纖維支撐架、脹緊摩擦器、液槽、溫控室、相向異步纏繞器和速度控制器，首先在原纖維支撐架上固定原纖維的一端，然后纖維的另一端水平依次穿過(guò)脹緊摩擦器、液槽、溫控室，最后纏繞在相向異步纏繞器上的纖維軸上；所述速度控制器用于控制相向異步纏繞器的轉(zhuǎn)速；整個(gè)裝置保證纖維始終處于水平狀態(tài)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了連續(xù)大規(guī)模制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料，利于梯度纖維材料在以后實(shí)際生活中的應(yīng)用；提高了制備梯度纖維的效率；能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模制備梯度纖維材料。
【專(zhuān)利說(shuō)明】 一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于化學(xué)仿生【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]大自然中生物依靠其表面特殊的結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出優(yōu)異的性能，如蝴蝶的表面的各向異性，荷葉的自清潔特性，甲殼蟲(chóng)的集霧性能等等，它們這些令人詫異的性能來(lái)源于自身的微納復(fù)合多級(jí)結(jié)構(gòu)，由此引起了廣大科學(xué)工作者的興趣，受生物啟發(fā)/仿生等各種材料開(kāi)始興起。智能材料、梯度材料、仿生材料等，做成三維立體、二維平面、一維材料各種形狀的，其中梯度纖維材料以其簡(jiǎn)單、易制備、成本低、應(yīng)用廣等逐漸引起了人們的重視。
[0003]現(xiàn)有可以制備梯度纖維材料的裝置主要為提拉機(jī)，采用的方法為浸涂法(見(jiàn)參考文獻(xiàn) Chen, Y.et al.(2013).Bioinspired tilt-angle fabricated structure gradientfibers:micro-drops fast transport in a long-distance.Sci Rep3:2927.)。浸涂法可以制備梯度纖維材料如圖2，實(shí)現(xiàn)步驟包括:
[0004]步驟一:纖維成角度固定:
[0005]利用膠體將纖維兩端成一定角度固定(5°、10°、15°、20° )在支架上，纖維平均直徑優(yōu)選5?100 μ m，用丙酮清洗纖維面，除去附著于纖維表面的塵埃。將支架固定在提拉涂膜機(jī)上。
[0006]步驟二:制備質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5?9%的聚合物溶液。將聚合物添加至溶劑中，攪拌24h以上，得到澄清透明聚合物溶液，所述的溶劑為N，N- 二甲基乙酰胺(DMA、N, N- 二甲基甲酰胺(DMF)或四氫呋喃；所述的聚合物為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)或聚偏氟乙烯(PVDF)。
[0007]步驟三:提拉產(chǎn)生突起節(jié):
[0008]將固定有纖維的支架完全浸泡在聚合物溶液中，浸泡時(shí)間為30s以上，以150?200mm/min的速度進(jìn)行提拉。提拉完成后，將表面覆蓋有聚合物的纖維進(jìn)行干燥20min以上，得到具有突起節(jié)的纖維。
[0009]步驟四:提拉增加表面微納米結(jié)構(gòu):
[0010]將制備得到的具有突起節(jié)的纖維浸沒(méi)在納米溶液中，浸泡時(shí)間為30s以上，然后進(jìn)行慢速提拉，提拉速度小于等于50mm/min,在室溫下干燥IOmin以上得到具有突起節(jié)并且表面是微納米結(jié)構(gòu)的仿生淡水采集纖維。
[0011]浸涂法雖然可以制備較好的梯度纖維材料，但是其中有三個(gè)缺點(diǎn)是:(I)由于搭載纖維的架子及液槽大小的影響，每次只能制備3-4cm長(zhǎng)度的纖維材料，長(zhǎng)度的影響，不利于以后實(shí)現(xiàn)織網(wǎng)的應(yīng)用；(2)該方法是根據(jù)纖維與高聚物液面成一定角度，由于纖維表面高聚物包覆膜是從纖維一端向另一端逐漸形成，并且是單向的梯度大小膜(類(lèi)似圓錐形)，因此只能制備單向梯度纖維材料，無(wú)法制備中間對(duì)稱(chēng)和兩邊對(duì)稱(chēng)模式的纖維材料，(3)梯度紡錘結(jié)完全干燥需要時(shí)間太久，效率低，以后大規(guī)模制備材料時(shí)間花費(fèi)太多，這些都限制了 梯度纖維材料在以后的實(shí)際生活中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]受蜘蛛絲、仙人掌刺等結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，本發(fā)明制備一種長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料，實(shí)現(xiàn)了微液滴自驅(qū)動(dòng)傳輸，在微流體設(shè)備、微反應(yīng)器、微傳感器等領(lǐng)域有著很大的應(yīng)用前景。而對(duì)于這種長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的制備，本發(fā)明提供了一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，采用變速覆膜法，控制提拉速度，在原纖維表面包覆一層修飾物，利用瑞利不穩(wěn)定性，使修飾物破裂成理想結(jié)構(gòu)從而制備梯度纖維材料，該裝置可以廣泛應(yīng)用于各種梯度/均勻纖維材料的制備，比如天然纖維、人造纖維、合成纖維等，都可以在表面包覆有機(jī)、無(wú)機(jī)等修飾物從而得到目標(biāo)纖維材料。
[0013]本發(fā)明提供一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，所述裝置包括原纖維支撐架、脹緊摩擦器、液槽、溫控室、相向異步纏繞器和速度控制器，首先在原纖維支撐架上固定原纖維的一端，然后纖維的另一端水平依次穿過(guò)脹緊摩擦器、液槽、溫控室，最后纏繞在相向異步纏繞器上的纖維軸上；所述速度控制器用于控制相向異步纏繞器的轉(zhuǎn)速；整個(gè)裝置保證纖維始終處于水平狀態(tài)。
[0014]所述的原纖維支撐架是固定纖維軸的一個(gè)支架，所述纖維軸水平設(shè)置，纖維軸上纏繞原料纖維；所述纖維軸垂直于脹緊摩擦器的軸線(xiàn)。
[0015]所述的脹緊摩擦器為一個(gè)圓柱形的夾緊摩擦器件，由四個(gè)四分之一圓柱的柱狀結(jié)構(gòu)通過(guò)外側(cè)套環(huán)組裝而成，所述的套環(huán)調(diào)節(jié)四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)之間的間距，進(jìn)而將纖維限制在四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的形成的中心孔中。
[0016]所述的液槽用于盛放高聚物溶液，液槽前后壁開(kāi)有一對(duì)直徑為0.4?1.5mm的同心同直徑的小孔，兩小孔孔心位于一條水平線(xiàn)上，保證纖維在高聚物溶液中處于水平狀態(tài)；整個(gè)提拉過(guò)程保證纖維始終處于液面以下。
[0017]所述的溫控室是由上下兩個(gè)隔熱箱體組成，在下箱體有四個(gè)反光平面和兩個(gè)遠(yuǎn)紅外燈，分別為反光平面A、反光平面B、反光平面C、反光平面D、遠(yuǎn)紅外燈A和遠(yuǎn)紅外燈B，上箱體有兩個(gè)反光平面E和反光平面F，當(dāng)上箱體和下箱體組合后，六個(gè)反光平面與上箱體的頂面組成封閉的反光結(jié)構(gòu)；所述遠(yuǎn)紅外燈A與遠(yuǎn)紅外燈B之間的夾角為92°?100°，在每個(gè)遠(yuǎn)紅外燈外側(cè)分別設(shè)置一個(gè)反光平面A和反光平面B，所述反光平面A與遠(yuǎn)紅外燈A平行，反光平面B與遠(yuǎn)紅外燈B平行，所述反光平面C和反光平面D分別豎直放置，反光平面C上端連接反光平面E，下端連接反光平面A，反光平面D上端連接反光平面F，下端連接反光平面B ;所述反光平面E和反光平面C之間的夾角為α，所述反光平面F與反光平面D之間的夾角為α。
[0018]所述的相向異步纏繞器包括拉制電機(jī)、纏繞電機(jī)、纏繞軸和電機(jī)底座，所述的纏繞電機(jī)的輸出軸與纏繞軸固定連接，所述纏繞電機(jī)固定在電機(jī)底座上，所述的電機(jī)底座與拉制電機(jī)的輸出軸連接，所述拉制電機(jī)固定，拉制電機(jī)的輸出軸上固定一根螺紋桿，所述螺紋桿與電機(jī)底座之間螺紋連接。
[0019]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0020](I)本發(fā)明提供的裝置幫助實(shí)現(xiàn)了連續(xù)大規(guī)模制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料，利于梯度纖維材料在以后實(shí)際生活中的應(yīng)用，例如可以用來(lái)織網(wǎng)，在海濱濱海沙漠、海島、遠(yuǎn)洋船只和多霧山區(qū)等，收集空氣中的水滴使之成為可使用的淡水，以及機(jī)場(chǎng)、高速公路、燈塔等周?chē)臐忪F驅(qū)散和消散，其收集淡水的成本遠(yuǎn)低于海水淡化的成本。
[0021](2)該裝置幫助制備多種梯度模式的梯度纖維材料:單向梯度、中間對(duì)稱(chēng)模式和兩邊對(duì)稱(chēng)模式，實(shí)現(xiàn)液滴的單向長(zhǎng)程，雙向相對(duì)、相離長(zhǎng)程聚集、調(diào)控、傳輸?shù)刃袨椋梢詰?yīng)用在微流體設(shè)備、微反應(yīng)器、微傳感器等領(lǐng)域；
[0022](3)該裝置幫助提高了制備梯度纖維的效率。由于以前技術(shù)的缺陷，每次材料干燥都需要5min的時(shí)間，效率低，也限制了長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的大規(guī)模制備。通過(guò)本發(fā)明加入遠(yuǎn)紅外溫控室，保證干燥溫度在85°C -90°C，梯度結(jié)構(gòu)的干燥只需要75s-95s，恰好是纖維通過(guò)溫控室所需時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)程連續(xù)制備梯度纖維。
[0023](4)本發(fā)明提供的控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模制備梯度纖維材料。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明制備得到的不同類(lèi)型梯度纖維材料示意圖；
[0025]圖2為現(xiàn)有技術(shù)中制備得到的梯度纖維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明提供的控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖4A為脹緊摩擦器的主視圖；
[0028]圖4B為圖4A中脹緊摩擦器的側(cè)視圖；
[0029]圖5為溫控室內(nèi)部反光平面布局示意圖；
[0030]圖6為相向異步纏繞器的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0032]本發(fā)明提供一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，所述裝置采用控速提拉法，讓纖維水平穿過(guò)一個(gè)液槽，(I)依靠提拉纖維速率的不同，在纖維上會(huì)覆蓋不同梯度類(lèi)型的液膜，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同類(lèi)型梯度結(jié)構(gòu)纖維的制備；(2)裝置中配有可以精確控制速度的電機(jī)，因此可以通過(guò)各種模式的勻變速提拉，制得不同模式的梯度纖維；(3)實(shí)現(xiàn)連續(xù)制備梯度纖維材料，裝置中有一套溫控干燥器，利用紅外加熱使溫控室內(nèi)溫度維持在850C _95°C，溫控室長(zhǎng)50cm，梯度纖維從進(jìn)入溫控室到離開(kāi)溫控室所用時(shí)間為75_95s，正好為在85°C _95°C條件下纖維干燥所用時(shí)間，因此本發(fā)明提供的裝置可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)大規(guī)模制備。
[0033]本發(fā)明提供的控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，如圖3所示，包括原纖維支撐架1、脹緊摩擦器2、液槽3、溫控室4、相向異步纏繞器5和速度控制器6，首先在原纖維支撐架I上固定原纖維的一端，然后纖維的另一端水平依次穿過(guò)脹緊摩擦器2、液槽3、溫控室4，最后纏繞在相向異步纏繞器5的纏繞軸上。所述速度控制器6用于控制相向異步纏繞器5的轉(zhuǎn)速。整個(gè)裝置保證纖維始終處于水平狀態(tài)。
[0034]所述裝置利用不同的提拉速度在纖維上包覆不同梯度大小的液膜，由于瑞利不穩(wěn)定性，液膜破裂，形成梯度大小的紡錘狀結(jié)構(gòu)，即本發(fā)明所要制備的梯度纖維材料。
[0035]所述的原纖維支撐架1:固定纖維軸的一個(gè)支架，幫助裝置穩(wěn)定工作；所述纖維軸水平設(shè)置，纖維軸上纏繞原料纖維。所述纖維軸垂直于脹緊摩擦器的軸線(xiàn)。
[0036]所述的脹緊摩擦器2:用于(I)保證懸空的纖維有足夠的張力，使纖維通過(guò)液槽3和溫控室4時(shí)，保證纖維的平直狀態(tài)；(2)使光滑的纖維表面得到摩擦，變得粗糙而增加表面積，因此更容易粘帶膠體；(3)控制纖維運(yùn)行時(shí)的同心性。如圖4A和4B所示，所述的脹緊摩擦器2可以設(shè)計(jì)為一個(gè)圓柱形的夾緊摩擦器件，由四個(gè)四分之一圓柱的柱狀結(jié)構(gòu)通過(guò)外側(cè)套環(huán)組裝而成，根據(jù)需要也可以選擇三個(gè)或5個(gè)以上的柱狀結(jié)構(gòu)和套環(huán)組裝而成。以四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)為例，所述的套環(huán)可以調(diào)節(jié)四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)之間的間距，進(jìn)而將纖維可以限制在多個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的形成的中心孔中。所述柱狀結(jié)構(gòu)的截面為中心角為90度的扇形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)平面的表面做成納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，纖維從四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)組成的中心孔中通過(guò),此時(shí)四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的平面之間的寬為0.5?1.5mm，纖維穿過(guò)的過(guò)程中受到柱狀結(jié)構(gòu)表面摩擦，產(chǎn)生粗糙表面。
[0037]所述的液槽3:用于盛放高聚物溶液，液槽3前后壁開(kāi)有一對(duì)直徑為0.4?1.5mm的同心同直徑的小孔，兩小孔孔心位于一條水平線(xiàn)上，保證纖維在高聚物溶液中處于水平狀態(tài)。所述小孔直徑比所用原纖維的直徑大0.2-0.4mm，使得在纖維拉伸過(guò)程中不會(huì)阻礙液膜的形成，并且避免高聚物溶液從小孔處流出，整個(gè)提拉過(guò)程保證纖維始終處于液面以下。所述高聚物溶液是由溶劑N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)、N, N- 二甲基乙酰胺(DMA)，溶質(zhì)聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚苯乙烯(PS)、聚乙烯醇(PVA)或聚偏氟乙烯(PVDF)配制而成的質(zhì)量百分比濃度為8%-13%的溶液。
[0038]所述的溫控室4是由上下兩個(gè)隔熱箱體組成，如圖5所示，在下箱體有四個(gè)反光平面(反光平面A401、反光平面B402、反光平面C403、反光平面D404)、遠(yuǎn)紅外燈A407和遠(yuǎn)紅外燈B408，上箱體有兩個(gè)反光平面E405和反光平面F406，當(dāng)上箱體和下箱體組合后，六個(gè)反光平面與上箱體的頂面組成封閉的反光結(jié)構(gòu)。所述遠(yuǎn)紅外燈A407與遠(yuǎn)紅外燈B408之間的夾角為92° -100°，在每個(gè)遠(yuǎn)紅外燈外側(cè)分別設(shè)置一個(gè)反光平面A401和反光平面B402，所述反光平面A401與遠(yuǎn)紅外燈A407平行，反光平面B402與遠(yuǎn)紅外燈B408平行，所述反光平面C403和反光平面D404分別豎直放置，反光平面C403上端連接反光平面E405，下端連接反光平面A401，反光平面D404上端連接反光平面F406，下端連接反光平面B402 ;所述反光平面E405和反光平面C403之間的夾角為α，所述反光平面F406與反光平面D404之間的夾角為α，一般取α為30° -40°。溫控室4內(nèi)溫度可任意變化、監(jiān)控、報(bào)警；溫控室4帶有隔熱玻璃窗，可隨時(shí)觀(guān)察纖維的運(yùn)動(dòng)和變化情況。由遠(yuǎn)紅外燈Α407和遠(yuǎn)紅外燈Β408發(fā)出的光線(xiàn)，經(jīng)過(guò)六個(gè)反光平面的多次反光，根據(jù)光波互不干涉原理，使紅外光基本匯聚在纖維運(yùn)行的軌跡周?chē)?，保證纖維各個(gè)方面均勻受熱。在所述的溫控室4內(nèi)還設(shè)置有溫度傳感器，用于測(cè)定溫控室內(nèi)的溫度。
[0039]所述的相向異步纏繞器5由兩個(gè)相向移動(dòng)、異步轉(zhuǎn)動(dòng)的電機(jī)組成，并分別連接速度控制器，可以精確到40 μ m/s，因此本發(fā)明可以精確的設(shè)定纖維運(yùn)行速度。所述的相向異步纏繞器5包括拉制電機(jī)501、纏繞電機(jī)502、纏繞軸503和電機(jī)底座504，所述的纏繞電機(jī)502的輸出軸與纏繞軸503固定連接，用于驅(qū)動(dòng)纏繞軸503的轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而將具有梯度節(jié)的纖維拉緊并纏繞在纏繞軸503上。所述纏繞電機(jī)502固定在電機(jī)底座504上，所述的電機(jī)底座504與拉制電機(jī)501的輸出軸連接，在所述的拉制電機(jī)501的帶動(dòng)下，電機(jī)底座504在纏繞軸503的軸線(xiàn)方向移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)纏繞電機(jī)502和纏繞軸503整體發(fā)生移動(dòng)。所述的纏繞電機(jī)502負(fù)責(zé)以不同的速率拉制梯度纖維并纏繞在纏繞軸503上，另一個(gè)拉制電機(jī)501負(fù)責(zé)纖維的緊密分層次纏繞，避免纖維在某個(gè)地方堆疊。所述的相向異步纏繞器5配合速度控制器可以使纖維的運(yùn)行速度達(dá)到多曲線(xiàn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；與脹緊摩擦器2配合，保證纖維足夠張力；每次處理完的纖維都纏繞在同一個(gè)層面上，互不擠壓。
[0040]所述的拉制電機(jī)501與電機(jī)底座504之間的連接關(guān)系，如圖6所示，拉制電機(jī)501固定，拉制電機(jī)501的輸出軸上固定一根螺紋桿505,所述螺紋桿505與電機(jī)底座504之間螺紋連接，當(dāng)拉制電機(jī)501的輸出軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)螺紋桿505旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而電機(jī)底座504在螺紋桿505上移動(dòng)。
[0041]所述的速度控制器:由兩個(gè)單片機(jī)組成，分別用于精確控制拉制電機(jī)501和纏繞電機(jī)502。保證整個(gè)纖維提拉過(guò)程中速度的精確性。
[0042]所述纖維軸的軸線(xiàn)高度、脹緊摩擦器軸線(xiàn)高度、液槽上兩個(gè)同心小孔高度相同。
[0043]實(shí)施例:
[0044]把直徑100 μ m的尼龍纖維固定在纖維支撐架I上，纖維一端水平依次穿過(guò)脹緊摩擦器2、液槽3、溫控室4。在液槽3中注入高聚物溶液，打開(kāi)兩個(gè)電機(jī)，調(diào)節(jié)速度控制器，使提拉速度為勻變速，初速度為Omm/s,最大速度13mm/s?21mm/s,加速度9mm/S2?14mm/S2,可以的得到圖1中單向梯度模式的纖維；初速度為Omm/s,加速度9mm/s2?14mm/s2,速度達(dá)到13mm/s?21mm/s,再以加速度(_9)mm/s2?(_14)mm/s2減速為Omm/s,得到圖1中中間對(duì)稱(chēng)模式的梯度纖維；以13mm/s?21mm/s為初速度，加速度_9mm/s2?(_14)mm/s2減速為Omm/s,再以加速度9mm/s2?14mm/s2加速到13mm/s?21mm/s,得到圖1中兩邊對(duì)稱(chēng)梯度模式的纖維。纏繞速度為3mm/min?8mm/min。
[0045]整個(gè)提拉過(guò)程保證纖維始終處于液槽3內(nèi)液面以下，纖維以上述某個(gè)勻變速狀態(tài)做周期運(yùn)動(dòng)通過(guò)溫控室4，根據(jù)勻變速運(yùn)動(dòng)的位移與時(shí)間關(guān)系，在通過(guò)溫控室4的時(shí)間內(nèi)，梯度纖維可以完全干燥，整個(gè)溫控室4內(nèi)纖維周?chē)蔷鶆蚴軣?。整個(gè)制備梯度纖維材料的動(dòng)力裝置就是相向異步纏繞器5，由兩個(gè)相向移動(dòng)、異步電機(jī)組成，一個(gè)纏繞電機(jī)拉制纖維，另一個(gè)拉制電機(jī)控制纖維在前一個(gè)纏繞電機(jī)上的纏繞方式，兩個(gè)電機(jī)分別有速度控制器的兩個(gè)單片機(jī)控制轉(zhuǎn)速，速度可以精確到40 μ m/s。可以通過(guò)改變初速度和加速度的大小，以勻加速、勻減速等提拉方式制備出前面提到的三種提到模式的纖維材料。
[0046]該裝置的替代方案:脹緊摩擦器可以設(shè)計(jì)成其他的結(jié)構(gòu)比如方形、錐形等；溫控室內(nèi)的反光平面數(shù)量可以為8塊以上、布局平面直徑可以成其他角度，加熱燈可以采用非光線(xiàn)燈，內(nèi)裝風(fēng)機(jī)，使得溫控室內(nèi)溫度均勻；速度控制器可以改為由電腦程序控制等。
【權(quán)利要求】
1.一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述裝置包括原纖維支撐架、脹緊摩擦器、液槽、溫控室、相向異步纏繞器和速度控制器，首先在原纖維支撐架上固定原纖維的一端，然后纖維的另一端水平依次穿過(guò)脹緊摩擦器、液槽、溫控室，最后纏繞在相向異步纏繞器上的纖維軸上；所述速度控制器用于控制相向異步纏繞器的轉(zhuǎn)速；整個(gè)裝置保證纖維始終處于水平狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述的原纖維支撐架是固定纖維軸的一個(gè)支架，所述纖維軸水平設(shè)置，纖維軸上纏繞原料纖維；所述纖維軸垂直于脹緊摩擦器的軸線(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述的脹緊摩擦器為一個(gè)圓柱形的夾緊摩擦器件，由四個(gè)四分之一圓柱的柱狀結(jié)構(gòu)通過(guò)外側(cè)套環(huán)組裝而成，所述的套環(huán)調(diào)節(jié)四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)之間的間距，進(jìn)而將纖維限制在四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的形成的中心孔中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述柱狀結(jié)構(gòu)的截面為中心角為90度的扇形結(jié)構(gòu)，兩個(gè)平面的表面做成納米級(jí)粗糙結(jié)構(gòu)，纖維從四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)組成的中心孔中通過(guò)，此時(shí)四個(gè)柱狀結(jié)構(gòu)的平面之間的寬為0.5 ?L 5mmο
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述的液槽用于盛放高聚物溶液，液槽前后壁開(kāi)有一對(duì)直徑為0.4?1.5mm的同心同直徑的小孔，兩小孔孔心位于一條水平線(xiàn)上，保證纖維在高聚物溶液中處于水平狀態(tài)；整個(gè)提拉過(guò)程保證纖維始終處于液面以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述的溫控室是由上下兩個(gè)隔熱箱體組成，在下箱體有四個(gè)反光平面和兩個(gè)遠(yuǎn)紅外燈，分別為反光平面A、反光平面B、反光平面C、反光平面D、遠(yuǎn)紅外燈A和遠(yuǎn)紅外燈B，上箱體有兩個(gè)反光平面E和反光平面F，當(dāng)上箱體和下箱體組合后，六個(gè)反光平面與上箱體的頂面組成封閉的反光結(jié)構(gòu)；所述遠(yuǎn)紅外燈A與遠(yuǎn)紅外燈B之間的夾角為92°?100°，在每個(gè)遠(yuǎn)紅外燈外側(cè)分別設(shè)置一個(gè)反光平面A和反光平面B，所述反光平面A與遠(yuǎn)紅外燈A平行，反光平面B與遠(yuǎn)紅外燈B平行，所述反光平面C和反光平面D分別豎直放置，反光平面C上端連接反光平面E，下端連接反光平面A，反光平面D上端連接反光平面F，下端連接反光平面B ；所述反光平面E和反光平面C之間的夾角為α，所述反光平面F與反光平面D之間的夾角為ct。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述的夾角α為30° -40°。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述的溫控室內(nèi)干燥溫度在85°C -95°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種控速提拉制備長(zhǎng)程連續(xù)梯度纖維材料的裝置，其特征在于:所述的相向異步纏繞器包括拉制電機(jī)、纏繞電機(jī)、纏繞軸和電機(jī)底座，所述的纏繞電機(jī)的輸出軸與纏繞軸固定連接，所述纏繞電機(jī)固定在電機(jī)底座上，所述的電機(jī)底座與拉制電機(jī)的輸出軸連接，所述拉制電機(jī)固定，拉制電機(jī)的輸出軸上固定一根螺紋桿，所述螺紋桿與電機(jī)底座之間螺紋連接。
【文檔編號(hào)】D06B3/36GK103696187SQ201310726303
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年12月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月25日
【發(fā)明者】鄭詠梅, 薛焱, 徐國(guó)棟 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)