光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置和方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201911146604.6 (22)申请日 2019.11.21 (71)申请人 东华大学 地址 201620 上海市松江区松江新城人民 北路2999号 (72)发明人 覃小红熊健王黎明刘烨 刘慧洁俞建勇 (74)专利代理机构 上海泰能知识产权代理事务 所 31233 代理人 宋缨 (51)Int.Cl. D04B 1/16(2006.01) D04B 21/00(2006.01) D01D 5/00(2006.01) D02G 3/02(2006.01) B05D 1/00(。

2、2006.01) B05D 7/24(2006.01) (54)发明名称 光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置 和方法 (57)摘要 本发明涉及一种光热水蒸发纳米纤维针织 集合体制备装置和方法， 对喷式纳米纤维空心纱 制备装置包括受驱动旋转的集纤成纱圆盘、 成孔 导丝、 静电纺丝喷头、 高压发生器、 导纱孔盘、 牵 引辊和纱筒架， 成孔导丝沿集纤成纱圆盘的中轴 线设置且从导纱孔盘的导纱孔中穿过， 静电纺丝 喷头对称设置于集纤成纱圆盘的两侧， 高压发生 器与静电纺丝喷头电连接， 牵引辊和纱筒架依次 设置于导纱孔盘的下游， 纳米纤维空心纱通过纳 米纤维纱线针织装置进行针织得到纳米纤维基 针织物， 。

3、纳米纤维基针织物通过光热转换材料蒸 镀装置进行表面光热转换材料蒸镀。 本发明能够 提升光热水蒸发材料的水分输运能力， 提高光热 水蒸发效率， 有利于提高生产效率。 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 110923924 A 2020.03.27 CN 110923924 A 1.一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 包括对喷式纳米纤维空心纱制备装 置， 其特征在于： 还包括纳米纤维纱线针织装置和光热转换材料蒸镀装置， 所述对喷式纳米 纤维空心纱制备装置包括受驱动旋转的集纤成纱圆盘(9)、 成孔导丝(12)、 静电纺丝喷头 (5)、 高压发生器(8)、 导纱孔盘(4)、 牵引辊(1。

4、3)和纱筒架(1)， 所述成孔导丝(12)沿集纤成 纱圆盘(9)的中轴线设置且从导纱孔盘(4)的导纱孔中穿过， 所述静电纺丝喷头(5)对称设 置于集纤成纱圆盘(9)的两侧， 所述高压发生器(8)与静电纺丝喷头(5)电连接， 所述牵引辊 (13)和纱筒架(1)依次设置于导纱孔盘(4)的下游， 所述对喷式纳米纤维空心纱制备装置制 得的纳米纤维空心纱(3)通过纳米纤维纱线针织装置进行针织得到纳米纤维基针织物 (17)， 所述纳米纤维基针织物(17)通过光热转换材料蒸镀装置进行表面光热转换材料蒸 镀。 2.根据权利要求1所述的一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 其特征在于： 所述成孔导丝(12。

5、)为非溶性长丝或者可溶性高聚物长丝。 3.根据权利要求2所述的一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 其特征在于： 所述非溶性长丝为细度0.55mm的不锈钢丝或者细度10500 m的玻纤长丝。 4.根据权利要求2所述的一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 其特征在于： 所述成孔导丝(12)采用非溶性长丝时， 所述非溶性长丝表面涂覆可溶材料或润滑材料。 5.根据权利要求2所述的一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 其特征在于： 所述成孔导丝(12)采用非溶性长丝时， 所述成孔导丝(12)从牵引辊(13)的辊间穿过， 所述 牵引辊(13)与成孔导丝(12)相配合对外层的纳米纤维空心。

6、纱(3)进行牵引。 6.根据权利要求1所述的一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 其特征在于： 所述集纤成纱圆盘(9)通过第一伺服电机(7)驱动旋转， 所述纱筒架(1)通过第三伺服电机 (2)驱动纱筒转动。 7.根据权利要求1所述的一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 其特征在于： 所述静电纺丝喷头(5)通过绝缘传动轴(1001)与第二伺服电机(1002)连接并通过第二伺服 电机(1002)驱动沿垂直于成孔导丝(12)长度方向进行位置调节。 8.根据权利要求1所述的一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 其特征在于： 所述纳米纤维纱线针织装置为针织横机或者针织圆机。 9.根据权。

7、利要求1所述的一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 其特征在于： 所述光热转换材料蒸镀装置包括真空罩(14)、 热蒸容器(15)和织物固定架， 所述热蒸容器 (15)和织物固定架均设置于真空罩(14)中且织物固定架位于热蒸容器(15)的上方。 10.一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备方法， 其特征在于使用了权利要求1-9中 任意一条所述的光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 包括以下步骤： (1)分别调节两侧静电纺丝喷头(5)的相对位置和喷丝方向； (2)分别向两侧的静电纺丝喷头(5)中注入高聚物纺丝液； (3)启动集纤成纱圆盘(9)转动并调节转速； (4)启动静电纺丝喷头(5)， 。

8、打开高压发生器(8)并调节纺丝电压， 至静电纺丝喷头(5) 产生连续稳定的纺丝射流(6)； (5)所述纺丝射流(6)拉伸固化沉积在旋转的集纤成纱圆盘(9)上； (6)将沉积在集纤成纱圆盘(9)上的纳米纤维束引至成孔导丝(12)形成纳米纤维加捻 权利要求书 1/2 页 2 CN 110923924 A 2 三角锥(11)， 所述纳米纤维束经过加捻形成纳米纤维空心纱(3)并通过成孔导丝(12)引出； (7)所述纳米纤维空心纱(3)通过牵引辊(13)牵引依次经过导纱孔盘(4)和牵引辊(13) 并连续输送至纱筒架(1)卷绕收集； (8)通过纳米纤维纱线针织装置对纳米纤维空心纱(3)进行针织得到纳米纤维。

9、基针织 物(17)； (9)通过光热转换材料蒸镀装置对纳米纤维基针织物(17)进行蒸镀处理在表面形成光 热转化材料沉积层， 得到光热水蒸发纳米纤维针织物集合体。 权利要求书 2/2 页 3 CN 110923924 A 3 光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置和方法 技术领域 0001 本发明属于纳米纤维纺织的技术领域， 特别是涉及一种光热水蒸发纳米纤维针织 集合体制备装置和方法。 背景技术 0002 作为地球上最丰富的一种化合物， 水几乎覆盖了在3/4的地球表面。 地球上水资源 丰富， 然而96.5的水资源分布在海洋， 不能直接饮用和用于生活生产活动。 此外， 仅有的 淡水资源还面临水资源分。

10、布的不均衡、 全球人口急剧增长、 工业化城镇化用水需求激增、 水 污染日趋严重等问题。 0003 海水淡化成为人类社会特别是缺水地区获取淡水的首选方案。 目前成熟的海水淡 化方式包括膜法和热法， 如RO反渗透膜的使用和多级闪蒸技术。 然而这两种主要方式均需 要消耗化石能源， 如反渗透膜法处制取一吨淡水需消耗4-5kWh电能， 淡化海水的同时不可 避免地加剧温室效应。 0004 与上述技术相比， 太阳能蒸馏海水技术具有不消耗化石能源、 不受位置条件限制、 无污染、 安全可靠等独特优势。 传统的太阳能蒸馏技术利用太阳光照将引入的海水整体加 热， 海水蒸发冷凝后获得淡水。 由于是对海水的整体加热， 。

11、太阳能的利用效率很低， 仅为20- 40左右。 0005 界面水蒸发是近期兴起的一种新型光热水蒸发形式。 通过合理的材料结构设计对 光热转化作用、 水分传输、 热量分布进行有效管理可以大幅提升光热材料的转换效率和光 热水蒸发效率。 0006 纺织材料结构具有优异的多级组装特征， 同时表现出杰出的使用性能。 以纤维为 单元的纤维集合体在光热转换材料结构设计、 水分传输和热量分布管理拥有得天独厚的技 术优势。 0007 当将聚合物纤维直径从微米尺度降至亚微米尺度或纳米尺度时， 就会出现一系列 特性。 如非常大的体积比表面积， 纳米纤维的体积比表面积基本是微米纤维的1000倍； 可以 灵活地进行表面。

12、功能化； 与其他已知材料形式相比所表现出优越的效应和机械性能， 如表 面与界面效应、 小尺寸效应、 量子尺寸效应和量子隧道效应及刚度、 抗张强度等。 这些特性 使得纳米纤维成为许多重要应用的首选材料， 在高效过滤、 生物医用、 智能传感等领域极具 发展潜力。 0008 碳基小尺度材料、 等离激元材料具有良好的光谱吸收和热转换特性。 合理地将这 类材料分布固着在纳米纤维集合体表面有利于大幅提升材料的光热转换能力。 与此同时， 纳米纤维构建的众多毛细通道有利于水分纵向传输和横向铺展的有效管理。 开发纤维基多 级集合体材料对推动光热水蒸发材料性能和应用具有重要意义。 发明内容 0009 本发明所要解。

13、决的技术问题是提供一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装 说明书 1/5 页 4 CN 110923924 A 4 置和方法， 提升光热水蒸发材料的水分输运能力， 提高光热水蒸发效率， 有利于提高生产效 率。 0010 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光热水蒸发纳米纤维针织 集合体制备装置， 包括对喷式纳米纤维空心纱制备装置、 纳米纤维纱线针织装置和光热转 换材料蒸镀装置， 所述对喷式纳米纤维空心纱制备装置包括受驱动旋转的集纤成纱圆盘、 成孔导丝、 静电纺丝喷头、 高压发生器、 导纱孔盘、 牵引辊和纱筒架， 所述成孔导丝沿集纤成 纱圆盘的中轴线设置且从导纱孔盘的导纱孔中穿过， 所。

14、述静电纺丝喷头对称设置于集纤成 纱圆盘的两侧， 所述高压发生器与静电纺丝喷头电连接， 所述牵引辊和纱筒架依次设置于 导纱孔盘的下游， 所述对喷式纳米纤维空心纱制备装置制得的纳米纤维空心纱通过纳米纤 维纱线针织装置进行针织得到纳米纤维基针织物， 所述纳米纤维基针织物通过光热转换材 料蒸镀装置进行表面光热转换材料蒸镀。 0011 所述成孔导丝为非溶性长丝或者可溶性高聚物长丝。 0012 所述非溶性长丝为细度0.55mm的不锈钢丝或者细度10500 m的玻纤长丝。 0013 所述成孔导丝采用非溶性长丝时， 所述非溶性长丝表面涂覆可溶材料或润滑材 料。 0014 所述成孔导丝采用非溶性长丝时， 所述成。

15、孔导丝从牵引辊的辊间穿过， 所述牵引 辊与成孔导丝相配合对外层的纳米纤维空心纱进行牵引。 0015 所述集纤成纱圆盘通过第一伺服电机驱动旋转， 所述纱筒架通过第三伺服电机驱 动纱筒转动。 0016 所述静电纺丝喷头通过绝缘传动轴与第二伺服电机连接并通过第二伺服电机驱 动沿垂直于成孔导丝长度方向进行位置调节。 0017 所述纳米纤维纱线针织装置为针织横机或者针织圆机。 0018 所述光热转换材料蒸镀装置包括真空罩、 热蒸容器和织物固定架， 所述热蒸容器 和织物固定架均设置于真空罩中且织物固定架位于热蒸容器的上方。 0019 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光热水蒸发纳米纤维针织 集。

16、合体制备方法， 使用了上述的光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 包括以下步骤： 0020 (1)调节静电纺丝喷头的相对位置和喷丝方向； 0021 (2)分别向两侧的静电纺丝喷头中注入高聚物纺丝液； 0022 (3)启动集纤成纱圆盘转动并调节转速； 0023 (4)启动静电纺丝喷头， 打开高压发生器并调节纺丝电压， 至静电纺丝喷头产生连 续稳定的纺丝射流； 0024 (5)所述纺丝射流拉伸固化沉积在旋转的集纤成纱圆盘上； 0025 (6)将沉积在集纤成纱圆盘上的纳米纤维束引至成孔导丝形成纳米纤维加捻三角 锥， 所述纳米纤维束经过加捻形成纳米纤维空心纱并通过成孔导丝引出； 0026 (7)所述。

17、纳米纤维空心纱通过牵引辊牵引依次经过导纱孔盘和牵引辊并连续输送 至纱筒架卷绕收集； 0027 (8)通过纳米纤维纱线针织装置对纳米纤维空心纱进行针织得到纳米纤维基针织 物； 0028 (9)通过光热转换材料蒸镀装置对纳米纤维基针织物进行蒸镀处理在表面形成光 说明书 2/5 页 5 CN 110923924 A 5 热转化材料沉积层， 得到光热水蒸发纳米纤维针织物集合体。 0029 有益效果 0030 第一， 本发明中对喷式纳米纤维空心纱制备装置通过成孔导丝对纳米纤维束的加 捻成纱进行引导， 从而得到内部具有连续腔道的纳米纤维空心纱。 光热水蒸发纳米纤维针 织物集合体以纳米纤维空心纱为基础， 从。

18、而为光热水蒸发材料提供了连续的水分传输干 道， 且纳米纤维本身具有纤维间毛细通道丰富的特点， 有利于水分快速传输并进入纤维间 形成的毛细通道， 从而提升了光热水蒸发材料整体的水分输运能力。 0031 第二， 本发明通过纳米纤维纱线针织装置对纳米纤维空心纱进行针织得到纳米纤 维基针织物， 针织物的结构有利于形成多尺度三维结构， 一方面可以提高蒸镀光热转换材 料在针织物三维结构中的充分分散， 另一方面可促进光充分进入针织物内部与光热转换材 料作用， 有利于提升光热水蒸发材料整体的光热水蒸发效率。 0032 第三， 本发明能够实现光热水蒸发材料的连续化生产， 装置结构简单操作简便， 有 利于提高光热。

19、水蒸发材料的生产效率， 降低生产成本。 附图说明 0033 图1为本发明实施例对喷式纳米纤维空心纱制备装置的工作状态示意图。 0034 图2为本发明实施例对喷式纳米纤维空心纱制备装置的立体结构示意图。 0035 图3为本发明实施例对喷式纳米纤维空心纱制备装置的俯视结构示意图。 0036 图4为本发明实施例对喷式纳米纤维空心纱制备装置的侧面结构示意图。 0037 图5为本发明实施例对喷式纳米纤维空心纱制备装置的正面结构示意图。 0038 图6为本发明实施例光热转换材料蒸镀装置的结构示意图。 具体实施方式 0039 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。

20、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。 0040 一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备装置， 包括对喷式纳米纤维空心纱制备 装置、 纳米纤维纱线针织装置和光热转换材料蒸镀装置。 0041 如图1-5所示， 对喷式纳米纤维空心纱制备装置包括受驱动旋转的集纤成纱圆盘 9、 成孔导丝12、 静电纺丝喷头5、 高压发生器8、 导纱孔盘4、 牵引辊13和纱筒架1。 0042 集纤成纱圆盘9的材质为导电金属， 呈部分球壳状， 集纤成纱圆盘9与第一伺服电 机7连接并通过第。

21、一伺服电机7驱动旋转。 成孔导丝12沿集纤成纱圆盘9的中轴线水平设置 且从导纱孔盘4的导纱孔中穿过。 成孔导丝12可以采用非溶性长丝或者可溶性高聚物长丝， “可溶性” 和 “非溶性” 是指成孔导丝12的材质相对静电纺丝液的溶解性。 非溶性长丝可以为 细度0.55mm的不锈钢丝或者细度10500 m的玻纤长丝， 当成孔导丝12采用非溶性长丝 时， 非溶性长丝表面涂覆可溶材料或润滑材料， 以提高外层纳米纤维空心纱3在受牵引时相 对成孔导丝12的滑移性能。 0043 静电纺丝喷头5对称设置于集纤成纱圆盘9的两侧形成对喷式结构。 静电纺丝喷头 说明书 3/5 页 6 CN 110923924 A 6 。

22、5通过绝缘传动轴1001与第二伺服电机1002连接， 并能够通过第二伺服电机1002驱动沿竖 直方向进行升降位置调节。 静电纺丝喷头5的电场由电场控制环1003控制， 电场控制环1003 与高压发生器8正极相连， ,高压发生器8电压调节范围为0-80kV。 0044 牵引辊13和纱筒架1依次设置于导纱孔盘4的下游， 纱筒架1通过第三伺服电机2驱 动纱筒转动， 成孔导丝12采用非溶性长丝时， 成孔导丝12从牵引辊13的辊间穿过， 牵引辊13 与成孔导丝12相配合对外层的纳米纤维空心纱3进行牵引， 如图4所示。 0045 纳米纤维纱线针织装置采用针织横机或者针织圆机， 对喷式纳米纤维空心纱制备 装。

23、置制得的纳米纤维空心纱3通过纳米纤维纱线针织装置进行针织得到纳米纤维基针织物 17。 0046 光热转换材料蒸镀装置采用高真空电阻蒸发镀膜设备， 镀膜材料为各种金属及合 金材料。 如图6所示， 光热转换材料蒸镀装置包括真空罩14、 热蒸容器15和织物固定架， 热蒸 容器15采用坩埚， 热蒸容器15和织物固定架均设置于真空罩14中， 织物固定架位于热蒸容 器15的上方。 纳米纤维基针织物17通过光热转换材料蒸镀装置进行表面光热转换材料蒸 镀， 光热转化材料的原料盛放于坩埚中， 可经电加热产生升华蒸气16， 升华蒸气16最终沉积 在纳米纤维基针织物17上形成多尺度孔道光热水蒸发纳米纤维针织物集合体。

24、。 0047 下面提供一种光热水蒸发纳米纤维针织集合体制备方法， 使用了上述的光热水蒸 发纳米纤维针织集合体制备装置， 包括以下步骤： 0048 (1)调节静电纺丝喷头5的相对位置和喷丝方向； 0049 (2)分别向两侧的静电纺丝喷头5中注入高聚物纺丝液； 0050 (3)启动集纤成纱圆盘9转动并调节转速； 0051 (4)启动静电纺丝喷头5， 打开高压发生器8并调节纺丝电压， 至静电纺丝喷头5产 生连续稳定的纺丝射流6； 0052 (5)纺丝射流6拉伸固化沉积在旋转的集纤成纱圆盘9上； 0053 (6)将沉积在集纤成纱圆盘9上的纳米纤维束引至成孔导丝12形成纳米纤维加捻 三角锥11， 纳米纤。

25、维束经过加捻形成纳米纤维空心纱3并通过成孔导丝12引出； 0054 (7)纳米纤维空心纱3通过牵引辊13牵引依次经过导纱孔盘4和牵引辊13并连续输 送至纱筒架1卷绕收集； 0055 (8)通过纳米纤维纱线针织装置对纳米纤维空心纱3进行针织得到纳米纤维基针 织物17； 0056 (9)通过光热转换材料蒸镀装置对纳米纤维基针织物17进行蒸镀处理在表面形成 光热转化材料沉积层， 得到光热水蒸发纳米纤维针织物集合体。 0057 实施例1 0058 采用聚丙烯腈(PAN)与N-N二甲基甲酰胺(DMF)所配制的高聚物溶液制备多尺度孔 道光热水蒸发纳米纤维针织物集合体。 0059 配制PAN高聚物溶液的质量。

26、分数为10。 分别调节两对刷式静电纺丝喷头5距离纱 轴16cm及各自电场控制环的相对高度1cm； 分别向两对刷式静电纺丝喷头5注入高聚物纺丝 液； 分别打开两对刷式静电纺丝喷头5的驱动电机； 打开集纤成纱圆盘9的第一伺服电机7并 设置转速为25r/min； 打开高压发生器8， 缓缓调至40kV； 大量纺丝射流6在高压静电场作用 下飞向旋转的集纤成纱圆盘9， 纺丝射流6运动过程中， 溶剂挥发， 纺丝射流6拉伸固化沉积 说明书 4/5 页 7 CN 110923924 A 7 在旋转集纤成纱圆盘9上； 选择不溶性材料不锈钢钢丝作为成孔导丝12并在其表面涂敷少 许润滑材料纳米石墨粉； 将沉积在集纤成。

27、纱圆盘9上的纳米纤维束引至成孔导丝12形成纳 米纤维加捻三角锥11， 纳米纤维束经过加捻形成纳米纤维空心纱3并通过成孔导丝12引出； 纳米纤维空心纱3通过牵引辊13牵引依次经过导纱孔盘4和牵引辊13并连续输送至纱筒架1 卷绕收集； 纳米纤维纱线针织装置采用针织横机或圆机将纳米纤维空心纱3制备成纳米纤 维基针织物17； 纳米纤维基针织物17经过光热转化材料蒸镀装置蒸镀上60nm厚的等离激元 材料金形成多尺度孔道光热水蒸发纳米纤维针织物集合体。 0060 实施例2 0061 采用聚丙烯腈(PAN)与N-N二甲基甲酰胺(DMF)所配制的高聚物溶液制备多尺度孔 道光热水蒸发纳米纤维针织物集合体。 00。

28、62 配制PAN高聚物溶液的质量分数为12。 分别调节两对刷式静电纺丝喷头5距离纱 轴17cm及各自电场控制环的相对高度1cm； 分别向两对刷式静电纺丝喷头5注入高聚物纺丝 液； 分别打开两对刷式静电纺丝喷头5的驱动电机； 打开集纤成纱圆盘9的第一伺服电机7并 设置转速为28r/min； 打开高压发生器8， 缓缓调至45kV； 大量纺丝射流6在高压静电场作用 下飞向旋转的集纤成纱圆盘9， 纺丝射流6运动过程中， 溶剂挥发， 纺丝射流6拉伸固化沉积 在集纤成纱圆盘9上； 选择不溶性材料不锈钢丝作为成孔导丝12并在其表面涂敷少许润滑 材料纳米石墨粉； 将沉积在旋转集纤成纱圆盘上的纤维束用空心丝杠1。

29、2引出即可形成纳米 纤维加捻三角锥11； 将沉积在集纤成纱圆盘9上的纳米纤维束引至成孔导丝12形成纳米纤 维加捻三角锥11， 纳米纤维束经过加捻形成纳米纤维空心纱3并通过成孔导丝12引出； 纳米 纤维空心纱3通过牵引辊13牵引依次经过导纱孔盘4和牵引辊13并连续输送至纱筒架1卷绕 收集； 纳米纤维纱线针织装置采用针织横机或圆机将纳米纤维空心纱3制备成纳米纤维基 针织物17； 纳米纤维基针织物17经过光热转化材料蒸镀装置蒸镀上40nm厚的等离激元材料 金形成多尺度孔道光热水蒸发纳米纤维针织物集合体。 说明书 5/5 页 8 CN 110923924 A 8 图1 图2 说明书附图 1/3 页 9 CN 110923924 A 9 图3 图4 说明书附图 2/3 页 10 CN 110923924 A 10 图5 图6 说明书附图 3/3 页 11 CN 110923924 A 11 。