CN103572448A - 一种纳米纤维混纺复合纱线的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纳米纤维复合纱线的制备方法，包括：（1）将具有功能性的高分子聚合物溶解在相应溶剂中制得均匀的静电纺丝溶液；（2）将短纤进行传统的纺纱工序，所述的传统的纺纱工序中包括梳棉工序；（3）将静电纺丝溶液采用TAYLOR锥多喷头静电纺丝机进行静电纺丝，其中纺丝射流直接向上喷到所述梳棉工序中即将成条的棉网上，得到含有纳米纤维的棉网；将上述含有纳米纤维的棉网经成条后直接进入后道成纱工序，最后得到纳米纤维的复合纱线。本发明的制备方法简单，通过将静电纺丝技术与传统纺纱技术结合，制得的纳米纤维混纺复合纱线具有一定的功能性，属于真正意义上的纳米纺织品，可以提高产品的附加值。
Description
技术领域
本发明属于混纺复合纱线的制备领域，特别涉及一种纳米纤维混纺复合纱线的制备方法。
背景技术
近年来，随着人们生活水平的提高，在关注纺织品舒适性的同时对纺织服装的功能性要求也越来越高，纳米概念的纱线被不断提出和受到重视。目前市场上所谓的纳米功能纺织品大多只是采用纳米功能材料对织物进行后整理而得到。根据我们的检索，目前市场上还没有含有纳米纤维的纱线。
静电纺技术是目前唯一能够直接、连续、高效制备聚合物纳米纤维的方法，以其设备简单、操作容易、材料来源广泛、工艺过程不破坏材料本体等优良特性成为纳米纤维研究的热点。静电纺丝适合于大多数高分子溶液，由静电纺丝法制得的纳米纤维具有较小的直径和很大的比表面积，使纤维具有多种独特的性能，在生物医学、空气过滤、防护衣服等领域都有着巨大的应用潜力。
传统纤维直径较粗，长径比低，比表面积小。为传统纤维赋予一定的功能性多通过纤维表面的物理和化学改性、成纱组分搭配和工艺调整、织物组织结构的变化及后处理过程中添加一定功能性物质等途径获得。这些方式存在着纤维改性难度高、成纱和织造过程工艺复杂、成本高以及功能拓展受限的缺点，另外，向纺织品中添加的功能性物质也存在一定时期穿着、使用后功能无法长久保持的缺陷。
通过向传统纤维中添加功能性纳米纤维可以弥补上述的问题。例如，通过在静电纺聚合物纳米纤维中添加各类抗菌剂，制备具有优异抗菌性能的新型功能聚合物纳米材料；在聚合物溶液中添加一定比例的特定物质通过静电纺纺成的纳米纤维丝可吸收电磁波。同理，添加其它与最终产品的设计目的相对应的物质，并最终在类似上述过程中形成具有一定功能的纳米纤维混纺复合纱线。通过将具有功能性的纳米纤维丝在传统纤维成纱过程某个环节混入，并随着成纱过程继续直至最终获得含有功能性纳米纤维的混纺复合纱线。
传统静电纺丝技术产量较低，无法满足工业化的生产和应用，利用《TAYLOR锥多喷头静电纺丝机》（申请号200710172744.1，公开日2008.07.02,公开号101210352）可解决传统纺丝技术产量低的问题，实现静电纺纳米纤维的规模化生产。另外，通常的静电纺纳米纤维由于其制备方法的特殊性大都以无规的无纺布形式存在，无法直接被传统纺织工艺设备所利用。目前已有学者研究出利用静电纺丝设备制取纳米纱线，但是单纯的利用静电纺设备制备出的纳米纱线普遍强力较低，无法满足其在某些特定领域尤其是纺织服装上的应用。且静电纺纳米纱线对聚合物溶液的要求较高，并不适用于各种高聚物。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米纤维混纺复合纱线的制备方法，该方法通过将静电纺丝技术与传统纺纱技术结合，制得的纳米纤维混纺复合纱线由于含有一定含量的功能性纳米纤维，使纱线具有一定的功能性，属于真正意义上的纳米纺织品，可以提高产品的附加值。
本发明的一种纳米纤维复合纱线的制备方法，包括：
（1）将具有功能性的高分子聚合物溶解在相应溶剂中制得均匀的静电纺丝溶液；
（2）将短纤进行传统的纺纱工序，所述的传统的纺纱工序中包括梳棉工序；将步骤（1）得到的静电纺丝溶液采用TAYLOR锥多喷头静电纺丝机进行静电纺丝，其中纺丝射流直接向上喷到所述梳棉工序中即将成条的棉网上，得到含有纳米纤维的棉网；
（3）将上述含有纳米纤维的棉网经成条后直接进入后道成纱工序，最后得到连续的含有功能性纳米纤维的混纺复合纱线。
步骤（2）中所述的短纤为纯化纤或纯棉短纤或棉化纤混纺短纤。
步骤（2）中所述的传统的纺纱工序依次包括：配棉、抓棉、开清棉、梳棉、并条、粗纱、细纱。
步骤（2）中所述的TAYLOR锥多喷头静电纺丝机中国专利CN101210352A中所公开的TAYLOR锥多喷头静电纺丝机（申请号200710172744.1，公开日2008.07.02）。
步骤（2）操作过程中同时保证短纤进行传统的纺纱工序的生产连续性。
步骤（2）所述的TAYLOR锥多喷头静电纺丝机，包括：TAYLOR锥多喷头、高压静电发生器、高聚物溶液及供液装置、导液管、连接线、接收极板及接地线；TAYLOR锥多喷头一侧通过导液管由供液装置供液，另一侧通过连接线连接高压静电发生器。
步骤（2）所述的静电纺丝中TAYLOR锥多喷头的顶端与接收极板下表面的距离调节范围为0.1cm～100cm，输出电压范围为0～100kV。
步骤（2）所述的静电纺丝中TAYLOR锥多喷头的顶端低于棉网，接收极板下表面高于棉网，梳棉机内部的上轧辊和下轧辊以一定速度送出棉网，与不断纺出的纳米纤维结合，最后将得到的含有纳米纤维的棉网继续进入到后道纺纱工序。
本发明中将第一种原料的短纤经过传统纺纱的各种工序，依次为经配棉、抓棉、开清棉、梳棉、并条、粗纱、细纱，即短纤成纱过程连续而独立，并不会因为静电纺装置的加入和静电纺纳米纤维纺入成纱过程中的某个环节而影响、改变传统纤维的适纺性和纺纱过程的连续性。
本发明中将纺丝溶液在TAYLOR锥多喷头静电纺丝机上经供液装置挤出，开启高压静电发生器，在高压静电场作用下形成大量纺丝射流，纺丝射流直接向上喷到梳棉工序中即将成条的棉网上，纺丝射流经溶剂挥发最后在棉网上形成纳米纤维网，含有纳米纤维的棉网经成条后直接进入后道成纱工序，最后得到连续的含有功能性纳米纤维的混纺复合纱线。
本发明的纳米纤维混纺复合纱线含有两种原料，一种为普通短纤，另一种为高聚物溶液经静电纺丝技术制成的功能性纳米纤维；前者连续经过传统纺纱工序，包括开清棉、梳棉、并条、粗纱、细纱后成纱。同时在梳棉工序中，利用TAYLOR锥多喷头静电纺丝装置向即将成条的棉网上进行静电纺丝，含有功能性纳米纤维的棉网紧接着进入下道工序，保证生产的连续性。
本发明中的普通短纤可以为纯化纤或纯棉或两者混纺短纤，可以根据产品需要对原料种类作出调整；高聚物溶液可以按照产品功能性要求进行选择，两种原料都不限于某特定种类。
本发明提供一种将静电纺技术与传统纺纱技术相结合的方法来制备纳米纤维，开发得到的纳米纤维复合纱线将在保留传统纱线的性能之外还增加了纳米纤维无可比拟的优良性能，可以提高传统纱线的产品附加值，解决了普通纱线产品附加值低的问题，提高了传统纱线产品品质，并为其提供更广泛的应用领域。此外，纳米纤维的引入并不会影响传统纱线的生产流程、产量和效率，保证了传统纤维成纱过程及静电纺装置纺丝过程的连续，是一种纳米纤维和传统纤维的有益结合，为静电纺纳米纤维向传统纺织领域的提供了一个全新的思路和尝试。
有益效果：
本发明的制备方法简单，通过将静电纺丝技术与传统纺纱技术结合，制得的纳米纤维混纺复合纱线具有一定的功能性，属于真正意义上的纳米纺织品，可以提高产品的附加值。由该纱线制成的功能性纺织品的开发将具有良好的市场前期和经济效益。
附图说明
图1是本发明的纳米纤维混纺复合纱线工艺流程图；
图2是本发明利用TAYLOR锥多喷头静电纺丝装置向即将成条的棉网上进行静电纺丝示意图；
图3是本发明得到的含有纳米纤维的棉网；
图4是本发明得到的含有纳米纤维的混纺复合纱线表面。
附图中标号说明：
1.上轧辊；2.下压辊；3.接收极板；4.棉网；5.纳米纤维丝；6.TAYLOR锥多喷头静电纺丝机；7.高压静电发生器；8.供液装置；9.接地线；10.导液管；11.连接线；12.接地线。
具体实施方式
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。
实施例1
采用普通棉短纤，聚合物采用聚丙烯腈。
（1）将采用聚丙烯腈（分子量75000）溶解在二甲基乙酰胺（DMAc）中制得均匀的静电纺丝溶液；
（2）将普通短纤进行传统的纺纱工序，所述的传统的纺纱工序中包括梳棉工序；如图1所示，将步骤（1）得到的静电纺丝溶液移至TAYLOR锥多喷头静电纺丝机供液装置8中，进行静电纺丝，用TAYLOR锥多喷头静电纺丝机6向梳棉环节中尚未成条的棉网4上纺入聚丙烯腈纳米纤维5，得到含有纳米纤维的棉网；
（3）将上述含有纳米纤维的棉网经成条后直接进入后道成纱工序，最后得到连续的含有功能性纳米纤维的混纺复合纱线。
以普通梳棉机为例，喂入棉卷定量、上下轧辊（1和2）转速共同控制棉网4的厚度和输出速度。调整TAYLOR锥多喷头静电纺丝机6的电压、喷头与棉网的距离以及供液速度等参数，与棉卷幅宽和行进速度相匹配，保证静电纺纳米纤维在棉网上的分布范围、含量，避免纳米纤维之间的缠结，保证溶剂的充分挥发。
实施例2
采用与实施例1相同的方法，其中短纤采用黏胶短纤，聚合物采用聚氨酯。
（1）将采用聚氨酯溶解在二甲基甲酰胺（DMF）中制得均匀的静电纺丝溶液；
（2）将普通黏胶短纤进行传统的纺纱工序，所述的传统的纺纱工序中包括梳棉工序；如图1所示，将步骤（1）得到的静电纺丝溶液移至TAYLOR锥多喷头静电纺丝机供液装置8中，进行静电纺丝，用TAYLOR锥多喷头静电纺丝机6向梳棉环节中尚未成条的黏胶短纤网4上纺入聚氨酯纳米纤维5，得到含有纳米纤维的黏胶短纤网；
（3）将上述含有纳米纤维的黏胶短纤网经成条后直接进入后道成纱工序，最后得到连续的含有聚氨酯纳米纤维的混纺复合纱线。
实施例3
采用与实施例1相同的方法，其中短纤采用涤纶短纤，聚合物采用聚丙烯腈。
（1）将采用聚丙烯腈溶解在二甲基乙酰胺（DMAc）中制得均匀的静电纺丝溶液；
（2）将普通涤纶短纤进行传统的纺纱工序，所述的传统的纺纱工序中包括梳棉工序；如图1所示，将步骤（1）得到的静电纺丝溶液移至TAYLOR锥多喷头静电纺丝机供液装置8中，进行静电纺丝，用TAYLOR锥多喷头静电纺丝机6向梳棉环节中尚未成条的涤纶短纤网4上纺入聚丙烯腈纳米纤维5，得到含有纳米纤维的涤纶短纤网；
（3）将上述含有纳米纤维的涤纶短纤网经成条后直接进入后道成纱工序，最后得到连续的含有聚丙烯腈纳米纤维的混纺复合纱线。
Claims (6)
1.一种纳米纤维复合纱线的制备方法，包括：
（1）将具有功能性的高分子聚合物溶解在相应溶剂中制得均匀的静电纺丝溶液；
（2）将短纤进行传统的纺纱工序，所述的传统的纺纱工序中包括梳棉工序；将步骤（1）得到的静电纺丝溶液采用TAYLOR锥多喷头静电纺丝机进行静电纺丝，其中纺丝射流直接向上喷到所述梳棉工序中即将成条的棉网上，得到含有纳米纤维的棉网；
（3）将上述含有纳米纤维的棉网经成条后直接进入后道成纱工序，最后得到纳米纤维复合纱线。
2.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合纱线的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的短纤为纯化纤或纯棉短纤或棉化纤混纺短纤。
3.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合纱线的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的传统的纺纱工序依次包括：配棉、抓棉、开清棉、梳棉、并条、粗纱、细纱。
4.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合纱线的制备方法，其特征在于：步骤（2）操作过程中同时保证短纤进行传统的纺纱工序的生产连续性。
5.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合纱线的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的静电纺丝中TAYLOR锥多喷头（6）的顶端与接收极板（3）下表面的距离调节范围为0.1cm～100cm，输出电压范围为0～100kV。
6.根据权利要求1所述的一种纳米纤维复合纱线的制备方法，其特征在于：步骤（2）所述的静电纺丝中TAYLOR锥多喷头（6）的顶端低于棉网，接收极板下表面高于棉网，梳棉机内部的上轧辊（1）和下轧辊（2）送出棉网，与不断纺出的纳米纤维结合，最后将得到的含有纳米纤维的棉网继续进入到后道纺纱工序。
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