CN102703998B - 一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，它包括集聚装置，集聚装置两侧设有两个喷丝装置，两个喷丝装置与高压静电发生器相连，集聚装置下方设有集束器，两个喷丝装置位于集聚装置和集束器之间，沿轴线对称相对配置，集束器下方设有喷嘴加捻器，喷嘴加捻器下方设有引纱罗拉，引纱罗拉下方设有卷绕机构，所述集聚装置、集束器、喷嘴加捻器和引纱罗拉由上至下沿同一轴线排列。本发明的静电纺纳米纤维成纱装置集喷丝、集聚、牵伸、加捻和卷绕于一体，可以连续制备静电纺纳米纤维纱线。本发明的纳米纤维成纱方法工艺简单、纱线产量高，适合多种聚合物纺丝溶液，可以实现纳米纤维纱线的连续化、规模化制备。
Description
技术领域
本发明属于纺织机械领域，涉及一种静电纺纳米纤维的成纱装置和方法，具体涉及一种可连续化制备静电纺纳米纤维纱线的喷气纺成纱装置和方法。
背景技术
静电纺丝技术是制备纳米纤维最有效的方法，静电纺丝的原理是，在静电场的作用下，位于喷丝头的聚合物液滴变成泰勒锥，当静电场力超过液体表面张力的阈值，就会形成良好的带电射流，并被加速、牵伸、细化，溶剂挥发后形成纳米纤维，因金属收集装置的不同可得到不同形态的纳米纤维毡。虽然电纺纳米纤维毡可直接运用于过滤材料、组织工程支架、药物传递材料、仿生材料、复合增强材料等许多方面，但对于纺织工业来说，连续的纤纳米纤维纱线才具有广泛的应用价值，因为只有基于纱线才能得到机织物、针织物、编织物和其它更多样的纳米纤维产品及应用。
目前已有一些静电纺纳米纤维成纱的报道，如中国专利200510038571.5公开了一种纳米纤维长丝束的制备方法，利用相对放置的金属针头分别接正负极，从两针头喷出来的纤维在空中相互吸引、碰撞、形成复合纳米纤维，经拉伸缠绕到旋转的滚筒上形成纳米纤维丝束，该方法中长丝束中纤维连续、排列良好但没有加捻作用，不是严格意义的纱线。中国专利200810018267.8公开了一种静电纺纳米纤维纱线系统及纳米纤维纱线的制备方法，利用开槽的圆盘沉积电纺纳米纤维，通过引线和导丝辊引出后加捻得到纳米纤维纱线，该专利中纤维并不能完全集聚在槽内，造成纤维浪费，另外圆盘每旋转一周需用切刀在纳米纤维束拉出的位置切割一次，工艺较为复杂，且缺乏稳定性、连续性。Zhang [Kai Zhang, Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, 2010, 48, 1118]等借助接地的金属针尖作为辅助电极引导纤维集束，实现无捻PLLA、PAN、PMIA 纳米纤维集合体的连续收集，但该收集装置中聚合物溶液的电导率对纤维集聚有重要影响，只适应电导率在一定范围内聚合物的成纱。Smit [Eugene Smit, Polymer, 2005, 46, 2419]等最早提出水浴为接收装置的静电纺纱，通过水面收集纳米纤维，借助浴槽中纤维与凝固浴的表面张力对纤维集合体拉伸形成纤维束。Teo [Wee-Eong Teo, Polymer, 2007, 48, 3400]等对水浴接收装置进行了改进，利用动态水作为凝固浴，并通过涡流作用实现了纤维的集束加捻，水浴收集纳米纤维的效率较高，但只适用于非水溶性的聚合物成纱。上述方法均是利用传统的单针头作为喷丝头，产量只有0.1-1g/h，不能稳定连续的获得纳米纤维纱线，且纱线中存在纤维不能较好定向排列的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，可连续化制备纤维定向排列较好的纳米纤维纱线，提供利用上述喷气纺成纱装置制备纳米纤维纱线的方法。
本发明的技术方案是：一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，它包括集聚装置，集聚装置两侧设有两个喷丝装置，两个喷丝装置与高压静电发生器相连，集聚装置下方设有集束器，两个喷丝装置位于集聚装置和集束器之间，沿轴线对称相对配置，集束器下方设有喷嘴加捻器，喷嘴加捻器下方设有引纱罗拉，引纱罗拉下方设有卷绕机构，所述集聚装置、集束器、喷嘴加捻器和引纱罗拉由上至下沿同一轴线排列。
所述的喷丝装置是由一侧设有进气口的气室和一侧设有进液口的溶液室通过中间连接体连接而成，中间连接体上设置有垂直向上的喷气管，溶液室上设置有垂直向上的喷丝头。
所述的气室和溶液室为圆柱形；所述的喷丝头和喷气管最少一个，它们呈同心圆排列，每个喷丝头对应一个同轴心的喷气管对其通气，喷气管的高度低于喷丝头的上端面，高于溶液室的上表面，喷丝头的内径为1-40mm，间距为0.1-15cm。
所述的集聚装置为带有旋转轴的金属圆盘或喇叭，由传动机构控制其绕轴旋转，金属圆盘或喇叭口的直径为喷丝装置中溶液室上表面直径的1-2倍；所述的集束器进口至出口呈直径逐步收窄的喇叭形，出口处的直径为0.8-8mm。
所述的喷嘴加捻器由进气管、气室、喷射孔、纱道、中间管和出口管组成，所述的喷射孔与纱道的内圆周相切，喷射孔的孔径为0.1-0.55mm，与纱道的夹角为30-50°，喷射孔数为2-8个；所述的纱道在喷射孔入口上方的直径为0.8-2.0mm，长度8-15mm，在喷射孔入口下方的直径为2.0-3.5mm，长度8-15mm；所述的中间管的直径为3.0-6.0mm，长度8-15mm；所述的出口管的直径为5.0-10.0mm，长度5-12mm。
所述喷丝装置与轴线的夹角为15-40°；集束器的出口和喷嘴加捻器中纱道的入口相连；两个喷丝装置的中心喷丝头上端面之间的距离为5-50cm，与集聚装置的中心位置之间的距离为6-60cm；喷嘴加捻器纱道的入口与集聚装置之间的距离为15-100cm。
所述的高压静电发生器的电压为10-200kV，正极和负极分别与两个喷丝装置中金属材质的喷丝头相连接。
所述的喷丝装置的喷丝头为金属材质，其余均为绝缘材料，且喷丝头的外侧也套有绝缘材料。
所述的喷气纺成纱装置制备纳米纤维纱线的方法，它的步骤如下：
a、利用蠕动泵或者其它匀速供液装置将聚合物纺丝溶液通过进液口均速地输入溶液室，纺丝溶液的液面低于喷丝头的上端面，高于喷气管的上端面；
b、利用横流气泵或其它匀速通气装置通过进气口连续输出气体到气室，气体经喷气管向上喷出，纺丝溶液在喷丝头的上端面形成中空的溶液凸起；
c、打开集聚装置的传动机构，集聚装置绕轴旋转，控制转速为10-2000转/分钟；
d、打开高压静电发生器，调节到一定的电压，高压静电发生器的正极和负极分别与两个喷丝装置中金属材质的喷丝头相连接，而集聚装置不接地。在高压电场作用下，极化电荷聚集在喷丝头上端面溶液凸起的顶端形成泰勒锥，在气流压力和静电力的作用下中空的泰勒锥破裂，两个喷丝装置的喷丝头喷出带有相反电荷射流，通过静电牵伸、吸引和中和作用，纳米纤维网沉积在集聚装置的边缘；
e、将步骤（c）中的纳米纤维网引出、取向和加捻，一个绝缘的塑料棒预先安放在集聚装置的正中心，塑料棒缓慢向后沿水平方向抽出，形成中空的锥形纳米纤维网，顶端粘附在塑料棒上，底端与集聚装置的边缘相连接，进一步牵伸纳米纤维网的锥顶，纤维取向、集聚成纳米纤维束，或进一步通过集聚装置的旋转预加捻成一定捻度的纳米纤维条；
f、将喷嘴加捻器的进气管与空气压缩机相连接，压缩空气由喷射孔射入纱道，在纱道中形成高速旋转的气流，并在纱道的入口形成负压。将步骤（d）中的纳米纤维束（或纳米纤维条）引入集束器，由于负压的存在纳米纤维束被吸入纱道中，在旋转气流的作用下加捻成纱并沿纱道、经中间管、从出口管输出；
g、步骤（e）中加捻的纳米纤维纱线在引纱罗拉的作用下输出，经卷绕机构卷绕成筒。
所述集聚装置的旋转方向和喷嘴加捻器纱道中喷射气流的旋转方向相同，纳米纤维纱线捻度的施加可依靠纱道中喷射气流的高速旋转单独完成，也可由喷嘴加捻器纱道中喷射气流的高速旋转与集聚装置的旋转共同完成。
本发明的有益效果是：本发明的静电纺纳米纤维成纱装置集喷丝、集聚、牵伸、加捻和卷绕于一体，可以连续制备静电纺纳米纤维纱线。本发明的喷丝装置溶液处于封闭的体系中，这样减少了溶液中溶剂的挥发，可以保持稳定的溶液浓度，喷丝头孔径大，通过喷气管的连续通气，气体的流动可避免喷丝头的堵塞现象出现，单个喷丝头能喷射出多股射流，多个喷丝头同时喷射，极大提高了静电纺纳米纤维的产量；集聚装置处于两个喷丝装置喷出的正负射流的交汇点，可以很好地沉积和聚集电荷中和后的纳米纤维，同时集聚装置的旋转也可以对纳米纤维束起到加捻作用；利用喷嘴加捻器中高速旋转的气流加捻，不需要其他复杂的加捻机件，加捻器结构简单，生产效率高；可以通过控制溶液的进液速度、通气速度、集聚装置转速、加捻器中的气压和流量，对纳米纤维纱线的细度、捻度和产量进行控制。本发明的纳米纤维成纱方法工艺简单、纱线产量高，适合多种聚合物纺丝溶液，可以实现纳米纤维纱线的连续化、规模化制备。
附图说明
图1为静电纺纳米纤维喷气纺成纱装置，其中集聚装置为金属材质的圆盘；
图2为静电纺纳米纤维喷气纺成纱装置，其中集聚装置为金属材质的喇叭；
图3为静电纺纳米纤维喷气纺成纱装置中喷丝装置的结构示意图；
图4为 本发明的静电纺纳米纤维喷气纺成纱装置中喷嘴加捻器的结构示意图；
图5为静电纺PAN纳米纤维纱线的电子显微镜照片，放大倍数为500倍；
图6为静电纺PAN纳米纤维纱线的电子显微镜照片，放大倍数为5000倍；
其中：1、喷丝装置；2、集聚装置；3、集束器；4、喷嘴加捻器；5、引纱罗拉；6、卷绕机构；7、高压静电发生器；8、气室；9、喷丝头；10、喷气管；11、进气口；12、进液口；13、中间连接体；14、溶液室；15、喷射孔；16、纱道；17、中间管；18、出口管；19、气室；20、进气管。
具体实施方式
实施例1
由图1、图3和图4所示，一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，包括喷丝装置1、集聚装置2、集束器3、喷嘴加捻器4、引纱罗拉5、卷绕机构6和高压静电发生器7。
喷丝装置1是由一侧有进气口11的气室8和一侧有进液口12的溶液室14通过中间连接体13连接而成，气室8和溶液室14为圆柱形。中间连接体13上设置有垂直向上的喷气管10，溶液室14上设置有垂直向上的喷丝头9。喷丝头9和喷气管10的数目为5个，呈同心圆排列，中心1个，边上4个，每个喷丝头9对应一个同轴心的喷气管10对其通气，喷气管10的高度低于喷丝头9的上端面，高于溶液室14的上表面。喷丝头9的内径为8.0 mm，间距为5.0 cm。喷丝装置1除喷丝头9为金属材质外，其余均为绝缘材料，且喷丝头9的外侧也套有绝缘材料。
集聚装置2为带有旋转轴的金属圆盘，可由电机或其它传动机构控制其绕轴旋转，金属圆盘的直径为喷丝装置1中溶液室14上表面直径的2倍。集束器3进口至出口呈直径逐步收窄的喇叭形，出口处的直径为1.8 mm。
喷嘴加捻器4由进气管20、气室19、喷射孔15、纱道16、中间管17和出口管18组成。喷射孔15与纱道16的内圆周相切，喷射孔15的孔径为0.38 mm，与纱道16的夹角为45°，喷射孔数为6个。纱道16在喷射孔15入口上方的直径为1.3 mm，长度8.0 mm，在喷射孔15入口下方的直径为2.3 mm，长度10 mm。中间管17的直径为4.5 mm，长度10 mm。出口管18的直径为8.0 mm，长度8.0 mm。
集聚装置2、集束器3、喷嘴加捻器4和引纱罗拉5由上至下沿同一轴线排列。两个喷丝装置1位于集聚装置2和集束器3之间，沿轴线对称相对配置，喷丝装置1的倾斜角（与轴线的夹角）为30°。集束器3的出口和喷嘴加捻器4中纱道16的入口相连。两个喷丝装置1的中心喷丝头9上端面之间的距离为12 cm，与集聚装置2（金属圆盘中心）之间的距离为10 cm，喷嘴加捻器4纱道16的入口与集聚装置2（金属圆盘中心）之间的距离为25 cm。
一种静电纺纳米纤维喷气纺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：
a、将PAN（重均分子量5万）溶解在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中，配成质量浓度为13.5%的纺丝溶液。利用蠕动泵将PAN溶液通过进液口12均速地输入溶液室，PAN溶液的液面低于喷丝头9的上端面，高于喷气管10的上端面；
b、利用横流气泵通过进气口11连续输出气体到气室8，气体经喷气管10向上喷出，PAN溶液在喷丝头9的上端面形成中空的溶液凸起；
c、打开高压静电发生器7，调节到一定的电压，高压静电发生器7的正极和负极分别与两个喷丝装置1中金属材质的喷丝头9相连接，而集聚装置2（金属圆盘）不接地。在高压电场作用下极化电荷聚集在喷丝头9上端面溶液凸起的顶端形成泰勒锥，在气流压力和静电力的作用下中空的泰勒锥破裂，喷射出多股射流。两个喷丝装置1中喷丝头9喷出的射流带有相反电荷，由于静电吸引作用，会发生中和并以纳米纤维网的形式沉积在集聚装置2（金属圆盘）的边缘；
d、为了将步骤（c）中的PAN纳米纤维网引出、取向和加捻，一个绝缘的塑料棒预先安放在集聚装置2（金属圆盘）的正中心，当塑料棒缓慢向后沿水平方向抽出时，会形成中空的锥形纳米纤维网，顶端粘附在塑料棒上，底端与集聚装置2（金属圆盘）的边缘相连接，进一步牵伸纳米纤维网的锥顶，纤维会取向、集聚成PAN纳米纤维束；
e、将喷嘴加捻器4的进气管20与空气压缩机相连接，压缩空气由喷射孔15射入纱道16，在纱道16中形成高速旋转的气流，并在纱道16的入口形成负压。将步骤（d）中的PAN纳米纤维束引入集束器3，由于负压的存在PAN纳米纤维束被吸入纱道16中，在旋转气流的作用下加捻成纱并沿纱道16、经中间管17、从出口管18输出；
f、步骤（e）中加捻的PAN纳米纤维纱线在引纱罗拉5的作用下输出，经卷绕机构6卷绕成筒。
本实例中集聚装置2的传动机构未打开，即集聚装置2未绕轴旋转，因此，PAN纳米纤维纱线是单独依靠纱道16中喷射气流的高速旋转来加捻的。所制得的静电纺PAN纳米纤维纱线的电子显微镜照片如图5所示。
实施例2
由图2、图3和图4所示，一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，包括喷丝装置1、集聚装置2、集束器3、喷嘴加捻器4、引纱罗拉5、卷绕机构6和高压静电发生器7。
喷丝装置1是由一侧有进气口11的气室8和一侧有进液口12的溶液室14通过中间连接体13连接而成，气室8和溶液室14为圆柱形。中间连接体13上设置有垂直向上的喷气管10，溶液室14上设置有垂直向上的喷丝头9。喷丝头9和喷气管10的数目为9个，呈同心圆排列，中心1个，边上8个，每个喷丝头9对应一个同轴心的喷气管10对其通气，喷气管10的高度低于喷丝头9的上端面，高于溶液室14的上表面。喷丝头9的内径为12 mm，间距为4.0 cm。喷丝装置1除喷丝头9为金属材质外，其余均为绝缘材料，且喷丝头9的外侧也套有绝缘材料。
集聚装置2为带有旋转轴的金属喇叭，可由电机或其它传动机构控制其绕轴旋转，金属喇叭口的直径为喷丝装置1中溶液室14上表面直径的1.8倍。集束器3进口至出口呈直径逐步收窄的喇叭形，出口处的直径为2.0 mm。
喷嘴加捻器4由进气管20、气室19、喷射孔15、纱道16、中间管17和出口管18组成。喷射孔15与纱道16的内圆周相切，喷射孔15的孔径为0.40 mm，与纱道16的夹角为48°，喷射孔数为4个。纱道16在喷射孔15入口上方的直径为1.6 mm，长度10.0 mm，在喷射孔15入口下方的直径为3.0 mm，长度10 mm。中间管17的直径为5.5 mm，长度12 mm。出口管18的直径为10.0 mm，长度7.0 mm。
集聚装置2、集束器3、喷嘴加捻器4和引纱罗拉5由上至下沿同一轴线排列。两个喷丝装置1位于集聚装置2和集束器3之间，沿轴线对称相对配置，喷丝装置1的倾斜角（与轴线的夹角）为35°。集束器3的出口和喷嘴加捻器4中纱道16的入口相连。两个喷丝装置1的中心喷丝头9上端面之间的距离为15 cm，与集聚装置2（喇叭口截面的中心）之间的距离为12 cm，喷嘴加捻器4纱道16的入口与集聚装置2（喇叭口截面的中心）之间的距离为32 cm。
一种静电纺纳米纤维喷气纺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：
a、将PLA（重均分子量8万）溶解在二氯甲烷中，配成质量浓度为8%的纺丝溶液。利用蠕动泵（附图未画出）将PLA溶液通过进液口12均速地输入溶液室，PLA溶液的液面低于喷丝头9的上端面，高于喷气管10的上端面；
b、利用横流气泵通过进气口11连续输出气体到气室8，气体经喷气管10向上喷出，PLA溶液在喷丝头9的上端面形成中空的溶液凸起；
c、打开集聚装置2的传动机构，令其绕轴旋转，控制转速为600 转/分钟；
d、打开高压静电发生器7，调节到一定的电压，高压静电发生器7的正极和负极分别与两个喷丝装置1中金属材质的喷丝头9相连接，而集聚装置2（金属喇叭）不接地。在高压电场作用下极化电荷聚集在喷丝头9上端面溶液凸起的顶端形成泰勒锥，在气流压力和静电力的作用下中空的泰勒锥破裂，喷射出多股射流。两个喷丝装置1中喷丝头9喷出的射流带有相反电荷，由于静电吸引作用，会发生中和并以PLA纳米纤维网的形式沉积在集聚装置2（金属喇叭）的边缘；
e、为了将步骤（c）中的PLA纳米纤维网引出、取向和加捻，一个绝缘的塑料棒预先安放在集聚装置2（金属喇叭）的正中心，当塑料棒缓慢向后沿水平方向抽出时，会形成中空的锥形纳米纤维网，顶端粘附在塑料棒上，底端与集聚装置2（金属喇叭）的边缘相连接，进一步牵伸纳米纤维网的锥顶，纤维会取向、集聚成纳米纤维束，并通过集聚装置2（金属喇叭）的旋转预加捻成一定捻度的PLA纳米纤维条；
f、将喷嘴加捻器4的进气管20与空气压缩机相连接，压缩空气由喷射孔15射入纱道16，在纱道16中形成高速旋转的气流，并在纱道16的入口形成负压。将步骤（d）中的预加捻的PLA纳米纤维条引入集束器3，由于负压的存在PLA纳米纤维条被吸入纱道16中，在旋转气流的作用下加捻成纱并沿纱道16、经中间管17、从出口管18输出；
g、步骤（e）中加捻的PLA纳米纤维纱线在引纱罗拉5的作用下输出，经卷绕机构6卷绕成筒。
本实例中，集聚装置2（金属喇叭）的旋转就可对PLA纳米纤维束起到预加捻作用，因此，PLA纳米纤维纱线的加捻是靠喷嘴加捻器4纱道16中喷射气流的高速旋转与集聚装置2的旋转共同完成。
Claims (4)
1.一种静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：它包括集聚装置（2），集聚装置（2）两侧设有两个喷丝装置（1），两个喷丝装置（1）与高压静电发生器（7）相连，集聚装置（2）下方设有集束器（3），两个喷丝装置（1）位于集聚装置（2）和集束器（3）之间，沿轴线对称相对配置，集束器（3）下方设有喷嘴加捻器（4），喷嘴加捻器（4）下方设有引纱罗拉（5），引纱罗拉（5）下方设有卷绕机构（6），所述集聚装置（2）、集束器（3）、喷嘴加捻器（4）和引纱罗拉（5）由上至下沿同一轴线排列；
所述的喷丝装置（1）是由一侧设有进气口（11）的气室（8）和一侧设有进液口（12）的溶液室（14）通过中间连接体（13）连接而成，中间连接体（13）上设置有垂直向上的喷气管（10），溶液室（14）上设置有垂直向上的喷丝头（9）；
所述的气室（8）和溶液室（14）为圆柱形；所述的喷丝头（9）和喷气管（10）最少一个，它们呈同心圆排列，每个喷丝头（9）对应一个同轴心的喷气管（10）对其通气，喷气管（10）的高度低于喷丝头（9）的上端面，高于溶液室（14）的上表面，喷丝头（9）的内径为1-40mm，间距为0.1-15cm；
所述的集聚装置（2）为带有旋转轴的金属圆盘或喇叭，由传动机构控制其绕轴旋转，金属圆盘或喇叭口的直径为喷丝装置（1）中溶液室（14）上表面直径的1-2倍；当集聚装置为喇叭时，所述的集束器（3）进口至出口呈直径逐步收窄的喇叭形，出口处的直径为0.8-8mm；
所述的喷嘴加捻器（4）由进气管（20）、气室（19）、喷射孔（15）、纱道（16）、中间管（17）和出口管（18）组成，所述的喷射孔（15）与纱道（16）的内圆周相切，喷射孔（15）的孔径为0.1-0.55mm，与纱道（16）的夹角为30-50°，喷射孔数为2-8个；所述的纱道（16）在喷射孔（15）入口上方的直径为0.8-2.0mm，长度8-15mm，在喷射孔（15）入口下方的直径为2.0-3.5mm，长度8-15mm；所述的中间管（17）的直径为3.0-6.0mm，长度8-15mm；所述的出口管（18）的直径为5.0-10.0mm，长度5-12mm。
2.根据权利要求1所述的静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：所述喷丝装置（1）与轴线的夹角为15-40°；集束器（3）的出口和喷嘴加捻器（4）中纱道（16）的入口相连；两个喷丝装置（1）的中心喷丝头（9）上端面之间的距离为5-50cm，与集聚装置（2）的中心位置之间的距离为6-60cm；喷嘴加捻器（4）纱道（16）的入口与集聚装置（2）之间的距离为15-100cm。
3.根据权利要求2所述的静电纺纳米纤维的喷气纺成纱装置，其特征在于：所述的高压静电发生器（7）的电压为10-200kV，正极和负极分别与两个喷丝装置（1）中金属材质的喷丝头（9）相连接。
4.根据权利要求1~3任一项所述的喷气纺成纱装置制备纳米纤维纱线的方法，其特征在于，它的步骤如下：
a、利用蠕动泵或者其它匀速供液装置将聚合物纺丝溶液通过进液口（12）均速地输入溶液室，纺丝溶液的液面低于喷丝头（9）的上端面，高于喷气管（10）的上端面；
b、利用横流气泵或其它匀速通气装置通过进气口（11）连续输出气体到气室（8），气体经喷气管（10）向上喷出，纺丝溶液在喷丝头（9）的上端面形成中空的溶液凸起；
c、打开集聚装置（2）的传动机构，集聚装置（2）绕轴旋转，控制转速为10-2000转/分钟；
d、打开高压静电发生器（7），调节到一定的电压，高压静电发生器（7）的正极和负极分别与两个喷丝装置（1）中金属材质的喷丝头（9）相连接，集聚装置（2）不接地，在高压电场作用下，极化电荷聚集在喷丝头（9）上端面溶液凸起的顶端形成泰勒锥，在气流压力和静电力的作用下中空的泰勒锥破裂，两个喷丝装置（1）的喷丝头（9）喷出带有相反电荷射流，通过静电牵伸、吸引和中和作用，纳米纤维网沉积在集聚装置（2）的边缘；
e、将步骤（d）中的纳米纤维网引出、取向和加捻，一个绝缘的塑料棒预先安放在集聚装置（2）的正中心，塑料棒缓慢向后沿水平方向抽出，形成中空的锥形纳米纤维网，顶端粘附在塑料棒上，底端与集聚装置（2）的边缘相连接，进一步通过集聚装置（2）的旋转预加捻成一定捻度的纳米纤维条；
f、将喷嘴加捻器（4）的进气管（20）与空气压缩机相连接，压缩空气由喷射孔（15）射入纱道（16），在纱道（16）中形成高速旋转的气流，并在纱道（16）的入口形成负压，将步骤（e）中的纳米纤维条引入集束器（3），由于负压的存在纳米纤维束被吸入纱道（16）中，在旋转气流的作用下加捻成纱并沿纱道（16）、经中间管（17）、从出口管（18）输出，得到纳米纤维纱线；
g、步骤（f）中加捻的纳米纤维纱线在引纱罗拉（5）的作用下输出，经卷绕机构（6）卷绕成筒。
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