CN108360103A - 一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺及纺纱装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺及纺纱装置，纺纱装置包括装置本体，所述装置本体内设有V形容腔，所述V形容腔上部设有容纳芯纱进入的芯轴，所述装置本体的侧部设有容纳微纳米纤维穿入的熔喷嘴，所述装置本体的侧部还设有多个压缩空气入口，所述压缩空气入口与V形容腔相连通，所述V形容腔底部出料口下方依次设有引纱罗拉、筒纱和卷绕罗拉。本发明的微纳米纤维喷气纺纱装置，通过将微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸、加捻，然后缠绕在芯纱上，形成包芯纱，贴合率高且工作效率高，使得生产出来的纱线结构蓬松、孔隙多，具有抗菌、隔热、保暖、过滤、吸附、吸声等功能。
Description
技术领域
本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺及纺纱装置。
背景技术
熔喷法纺丝技术主要用于非织造布的生产。熔喷非织造技术起源于20世纪50年代初，当时美国海军实验室在政府资助下，研究并开发用于收集核弹***后上层大气中放射性微粒的过滤材料，其工艺是将熔融的聚合物通过挤压机挤入一股敛聚的热气流中，在气流的拉伸作用下形成的超细纤维被吹向凝网器，从而堆积成一种超细过滤材料。该工艺是现代熔喷非织造技术的雏形。20 世纪 60 年代中期，美国 Exxon公司对该方法进行了改进，进入70 年代将此技术转为民用，并与美国田纳西大学联合建立了非织造材料发展研发中心，熔喷技术进入了产学研发展阶段。20 世纪 80 年代开始，熔喷非织造材料在全球增长迅速，保持了 10%~12% 的年增长率，得到了突飞猛进的发展。
熔喷法非织造布是 20 世纪 50 年代首先在美国研制成功的，我国也曾在 60 年代初进行过研制。它由高熔融指数的聚丙烯切片直接纺丝成布，是一种高新技术产品。
熔喷法非织造工艺流程为：聚合物切片在螺杆挤出机中受热熔融，熔体被输送到喷丝板的喷丝孔中，离开喷丝孔的聚合物熔体在高速高温气流的强烈牵伸作用下形成超细长丝或超细短纤维，并随气流沉积于成网帘或接收滚筒上形成熔喷纤网。
熔喷工艺是聚合物熔体从模头中挤出后，受到高速热气流的作用，在聚合物射流冷却凝固前，利用高速气流对聚合物射流进行拉伸，在接收装置上直接形成超细纤维无纺布的一种加工工艺。
商业熔喷纤维的直径通常为1～10μｍ，目前实验室已经能利用熔喷技术制备出的熔喷纤维最小直径低于0.6μｍ，属纳米纤维。从喷丝板挤出后进入高速高温气流场中并被迅速拉伸变细至微纳米纤维。
熔喷法非织造布的纤维特点是超细，其纤维直径最小可达到0.5μm，一般在1~5μm之间，纤维越细，非织造布的质量越好，但产量相对减少。
熔喷纤维的直径很细，比表面积大且纤网的孔径小，熔喷非织造产品其有优越的粒子栏截、粒子捕获的性能以及保暖性。同时，熔喷产品还有不同寻常的毛细作用以及透气性（水与血液不能渗透而水蒸汽可以渗透）。为此，熔喷产品也广泛用作过滤材料、保暖材料、卫生材料、医用材料等。
聚合物从喂料漏斗中喂入，由螺杆马达带动旋转的螺杆挤压螺纹推动向机筒前方，先后经过5个设有不同温度的加热区域。聚合物在机筒中温度会逐渐升高，其物理状态也由玻璃态转变为高弹态，最后成为粘流态，达到完全熔融。螺杆按一定速度稳定旋转，把均匀的熔融聚合物等压、等量地输送到喷丝板。流经喷丝板孔径后挤出的聚合物细流再经两股高温高速气流牵伸熔融聚合物，制得微纳米纤维。
CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片是具有透明、隔热、吸声等功能，富含超细复合型纳米新材料的PP聚丙烯切片。
聚酰亚胺纤维具有耐高低温特性、阻燃性，不熔滴，离火自熄以及极佳的隔温性，聚酰亚胺纤维隔热防护服穿着舒适，皮肤适应性好，永久阻燃，而且尺寸稳定、安全性好、使用寿命长。由于材料本身的导热系数低，也是绝佳的隔温材料。
长绒棉品质优良，其纤维较长，一般为33-39毫米，强度较高，纤维柔软、吸湿和透气性好。棉纤维内部具有中腔结构，保暖性好。
賽络紧密纺是采用两根粗纱以一定的间距平行喂入环锭纺纱机的同一牵伸机构，以平行状态同时被牵伸，从前罗拉夹持点出来后形成保持一定间距的两根纤维束，在前罗拉纺纱三角区位置，通过一组集聚元件,使牵伸后的两根松散纤维须条分别经过负压吸聚管表面时，利用空气导向作用使纤维紧密地抱合在一起，经导向胶辊输出通过加捻作用汇聚在一起捻合成纱。賽络紧密纺纱具有类似股线的结构，纱线表面纤维排列整齐、强力高、耐磨性好、毛羽少外观光洁。
把CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片通过熔喷纺丝形成纤维，通过本发明中的纺纱装置，在纺丝过程中缠绕在长绒棉/聚酰亚胺纤维混纺纱表面，使这种纱线及面料具有更好的隔热、保暖效果，由于表层纤维是微纳米纤维，因此具有非常柔软、抗菌等效果。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺及纺纱装置。
技术方案：本发明所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，包括如下步骤：
（1）制备芯纱；
（2）将芯纱通过喷气纺纱装置，通过气喷原理，同时将热熔喷嘴喷出微纳米纤维包覆在芯纱表面形成包覆纱；
（3）最后由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱。
进一步的，步骤（1）芯纱采用紧密纺聚酰亚胺与长绒棉精梳混纺纱，精梳长绒棉与聚酰亚胺的混合比例为：20-80%：80-20%，具体工艺如下：
BC262型和毛机→FB220型半精纺梳理机→二道FA311F型并条机→FA458型粗纱机→EJM128A型细纱机→1332MD型络筒机；
聚酰亚胺纤维预处理：对聚酰亚胺纤维开松后，按原料重量的5%配置纺纱油剂喷洒在纤维中，用塑料薄膜覆盖24小时；纺纱油剂的配置方法：柔软剂与水按1:5的比例，将柔软剂加入水中搅拌形成均匀的水溶液，再加入水溶液重量20%的抗静电剂，再搅拌均匀，其中，所用柔软剂为UC-588-227涤纶柔软剂；
长绒棉：对长绒棉经过清梳联加工形成棉条，再经过精梳预并条、条并卷形成小卷，然后经过精梳机加工形成精梳条，精梳机落棉率控制在11-14%之间；
把精梳条扯断，与经过处理后的聚酰亚胺纤维按照重量百分比在和毛机中混合；
（1）半精纺梳理机：将聚酰亚胺纤维和长绒棉精梳棉纤维，经过和毛和梳棉步骤，完成棉条的制备，所述梳棉条定量控制在18.5—23g/5m；
（2）并条：将梳棉棉条进行二道并合，所述二道并条的棉条定量控制在17.5—23g/5m；
（3）粗纱：将粗纱机后牵伸倍数控制在1.35倍，粗纱捻系数为60-90，然后进行粗纱处理；
（4）细纱：采用赛络紧密纺纱的方式，进行细纱的纺纱处理，得到赛络紧密纺聚酰亚胺与长绒棉精梳混纺纱；
（5）络筒：将络筒机速度控制在500-700m/min，络筒机采用电子清纱器与空气捻接器，形成筒纱。
进一步的，步骤（2）所述的气喷原理过程为：在V型喷气纺纱管上端，高速热空气沿着切线方向喷入纺纱管，在螺旋导流板的约束下在V形腔内旋转，热熔喷嘴喷出微纳米纤维，在高速旋转的热气流的引导下，不断牵引、旋转、拉伸；四个沿切线方向分布的压缩空气喷气孔，喷入的压缩空气对来自V形腔上部的旋转热气流进行旋转加速、降温，使微纳米纤维在降温中完成结晶、成形；随着气流下移，V型纺纱管直径越来越小，旋转速度不断加快，微纳米纤维在高速旋转气流的引导下进一步完成拉伸、加捻，在V形腔的下部设有减压排气孔，高速旋转气流通过排气孔排出。
进一步的，步骤（2）所述微纳米纤维采用CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片。
进一步的，步骤（2）所述喷气纺纱装置包括装置本体，所述装置本体内设有V形容腔，所述V形容腔上部设有容纳芯纱进入的芯轴，所述装置本体的侧部设有容纳微纳米纤维进入的熔喷嘴，所述装置本体的侧部熔喷嘴两侧设有热空气入口，所述热空气入口与V形容腔相连通，所述装置本体的中部还设有多个压缩空气入口，所述压缩空气入口与V形容腔相连通，所述装置本体的下部还设有多个减压排气孔，所述V形容腔底部出料口下方依次设有引纱罗拉、导纱罗拉、筒纱和卷绕罗拉。
进一步的，所述V形容腔的半径自上到下逐渐变小。
进一步的，所述芯轴与V形容腔底部出料口同轴心。
进一步的，所述融喷嘴的上部设有一个热空气入口，融喷嘴的下部设有四个相互对称的压缩空气入口。
进一步的，所述融喷嘴下方设有螺旋导流板。
进一步的，所述V形容腔的角度a范围是5°-60°。
有益效果：本发明的微纳米纤维包覆纱纺纱工艺及纺纱装置，通过将微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸、加捻，然后缠绕在芯丝上，形成包芯纱，贴合率高且工作效率高，使得生产出来的纱线具有抗菌、隔热、保暖、过滤 吸附、吸声等功能。由于芯纱没有再进行加捻，而微纳米纤维通过旋转缠绕包覆在芯纱，因此形成的包覆纱不会产生类似环锭纱存在的扭曲应力，包覆均匀、贴合率高。
本发明提供了一种熔喷法微纳米一步法纺纱装置，通过本发明装置，熔喷形成的微纳米纤维通过螺旋气流加捻，直接包覆在芯纱上形成包覆纱线，为熔喷微纳米纤维纺纱技术带来较大进步，也为微纳米纤维的应用提供了广阔的空间。本发明装置结构紧凑，设计合理，便于工业化、规模化生产，把纺丝、包覆成纱结合在一起，极大缩短了工艺流程，有利于纺织行业技术进步。
通过本发明装置生产的微纳米纤维包覆纱，一方面具有微纳米纤维的性能，同时又具有包覆纱的结构，为微纳米纤维纱线产品的开发提供了更多的选择，扩大了微纳米纤维的市场空间。
附图说明
图1为本发明的微纳米纤维融合过程示意图；
图2为本发明的芯纱融合过程示意图；
图3为本发明的V形容腔上部截面示意图；
图4为本发明的V形容腔中部截面示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，包括如下步骤：
（1）制备芯纱；
（2）将芯纱通过喷气纺纱装置，通过气喷原理，同时将热熔喷嘴喷出微纳米纤维包覆在芯纱表面形成包覆纱；
（3）最后由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱。
进一步的，步骤（1）芯纱采用紧密纺聚酰亚胺与长绒棉精梳混纺纱，精梳长绒棉与聚酰亚胺的混合比例为：20-80%：80-20%。具体工艺如下：
BC262型和毛机→FB220型半精纺梳理机→二道FA311F型并条机→FA458型粗纱机→EJM128A型细纱机→1332MD型络筒机；
聚酰亚胺纤维预处理：对聚酰亚胺纤维开松后，按原料重量的5%配置纺纱油剂喷洒在纤维中，用塑料薄膜覆盖24小时；纺纱油剂的配置方法：柔软剂与水按1:5的比例，将柔软剂加入水中搅拌形成均匀的水溶液，再加入水溶液重量20%的抗静电剂，再搅拌均匀，其中，所用柔软剂为UC-588-227涤纶柔软剂；
长绒棉：对长绒棉经过清梳联加工形成棉条，再经过精梳预并条、条并卷形成小卷，然后经过精梳机加工形成精梳条，精梳机落棉率控制在11-14%之间；
把精梳条扯断，与经过处理后的聚酰亚胺纤维按照重量百分比在和毛机中混合；
（1）半精纺梳理机：将聚酰亚胺纤维和长绒棉精梳棉纤维，经过和毛和梳棉步骤，完成棉条的制备，所述梳棉条定量控制在18.5—23g/5m；
（2）并条：将梳棉棉条进行二道并合，所述二道并条的棉条定量控制在17.5—23g/5m；
（3）粗纱：将粗纱机后牵伸倍数控制在1.35倍，粗纱捻系数为60-90，然后进行粗纱处理；
（4）细纱：采用赛络紧密纺纱的方式，进行细纱的纺纱处理，得到赛络紧密纺聚酰亚胺与长绒棉精梳混纺纱；
（5）络筒：将络筒机速度控制在500-700m/min，络筒机采用电子清纱器与空气捻接器，形成筒纱。
其中，长绒棉采用品级为137，聚酰亚胺纤维采用规格为1.6dtex*38mm。长绒棉：清梳联，棉条定量为21.3g/5m；精梳：定量为23.5g/5m。
聚酰亚胺纤维简称 PI 纤维，是一种重要的高性能纤维品种。聚酰亚胺纤维因为分子结构中芳环密度较大，同时含有酞酰亚胺结构, 所以具有显著的高强高模特性，同时在耐化学腐蚀、耐高温、阻燃、耐辐射、隔热等性能上也表现优越。棉纤维是一种天然植物纤维，具有良好的保暖性能。
所述微纳米纤维采用CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片。熔体温度为 260℃，热空气温度为 220℃，空气压力为3atm，熔体流量为 3.2ml/min。
如图1到图4所示的一种微纳米纤维喷气纺纱装置，包括装置本体1，所述装置本体1内设有V形容腔2，所述V形容腔2上部设有容纳芯纱4进入的芯轴3，所述装置本体1的侧部设有容纳微纳米纤维进入的熔喷嘴5，所述装置本体1的侧部熔喷嘴5两侧设有热空气入口，所述热空气入口与V形容腔2相连通，所述装置本体1的中部还设有多个压缩空气入口6，所述压缩空气入口6与V形容腔2相连通，所述装置本体1的下部还设有多个减压排气孔12，所述V形容腔2底部出料口下方依次设有引纱罗拉8、导纱罗拉9、筒纱10和卷绕罗拉11。
作为上述实施例的进一步优化：
优选地，所述V形容腔2的半径自上到下逐渐变小。
优选地，所述芯轴3与V形容腔2底部出料口同轴心。
优选地，所述融喷嘴5的上部设有一个热空气入口，融喷嘴5的下部设有四个相互对称的压缩空气入口6（如图4所示）。
优选地，所述融喷嘴5下方设有导流板7。
优选地，所述V形容腔2的角度a范围是5°-60°。V形容腔长度：100mm，上部内径60mm，出口内径3mm。
本发明的工作原理是：在V型喷气纺纱管上端，高速热空气沿着切线方向喷入纺纱管，在螺旋导流板的约束下在V形腔内旋转，热熔喷嘴喷出微纳米纤维，在高速旋转的热气流的引导下，不断牵引、旋转、拉伸。四个沿切线方向分布的压缩空气喷气孔，喷入的压缩空气对来自V形腔上部的旋转热气流进行旋转加速、降温，使微纳米纤维在降温中完成结晶、成形。随着气流下移，V型纺纱管直径越来越小，旋转速度不断加快，微纳米纤维在高速旋转气流的引导下进一步完成拉伸、加捻，在V形腔的下部设有减压排气孔，高速旋转气流通过排气孔排出，旋转的微纳米纤维缠绕在芯丝上形成包覆纱，再由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱。旋转速度的提高可以使微纳米纤维更好的包覆在芯纱表面。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：包括如下步骤：
（1）制备芯纱；
（2）将芯纱通过喷气纺纱装置，通过气喷原理，同时将热熔喷嘴喷出微纳米纤维包覆在芯纱表面形成包覆纱；
（3）最后由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱。
2.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：步骤（1）芯纱采用赛络紧密纺聚酰亚胺与长绒棉精梳混纺纱，精梳长绒棉与聚酰亚胺的混合比例为：20-80%：80-20%，具体工艺如下：
BC262型和毛机→FB220型半精纺梳理机→二道FA311F型并条机→FA458型粗纱机→EJM128A型细纱机→1332MD型络筒机；
聚酰亚胺纤维预处理：对聚酰亚胺纤维开松后，按原料重量的5%配置纺纱油剂喷洒在纤维中，用塑料薄膜覆盖24小时；纺纱油剂的配置方法：柔软剂与水按1:5的比例，将柔软剂加入水中搅拌形成均匀的水溶液，再加入水溶液重量20%的抗静电剂，再搅拌均匀，其中，所用柔软剂为UC-588-227涤纶柔软剂；
长绒棉：对长绒棉经过清梳联加工形成棉条，再经过精梳预并条、条并卷形成小卷，然后经过精梳机加工形成精梳条，精梳机落棉率控制在11-14%之间；
把精梳条扯断，与经过处理后的聚酰亚胺纤维按照重量百分比在和毛机中混合；
（1）半精纺梳理机：将聚酰亚胺纤维和长绒棉精梳棉纤维，经过和毛和梳棉步骤，完成棉条的制备，所述梳棉条定量控制在18.5—23g/5m；
（2）并条：将梳棉棉条进行二道并合，所述二道并条的棉条定量控制在17.5—23g/5m；
（3）粗纱：将粗纱机后牵伸倍数控制在1.35倍，粗纱捻系数为60-90，然后进行粗纱处理；
（4）细纱：采用赛络紧密纺纱的方式，进行细纱的纺纱处理，得到赛络紧密纺聚酰亚胺与长绒棉精梳混纺纱；
（5）络筒：将络筒机速度控制在500-700m/min，络筒机采用电子清纱器与空气捻接器，形成筒纱。
3.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：步骤（2）所述的气喷原理过程为：在V型喷气纺纱管上端，高速热空气沿着切线方向喷入纺纱管，在螺旋导流板的约束下在V形腔内旋转，热熔喷嘴喷出微纳米纤维，在高速旋转的热气流的引导下，不断牵引、旋转、拉伸；四个沿切线方向分布的压缩空气喷气孔，喷入的压缩空气对来自V形腔上部的旋转热气流进行旋转加速、降温，使微纳米纤维在降温中完成结晶、成形；随着气流下移，V型纺纱管直径越来越小，旋转速度不断加快，微纳米纤维在高速旋转气流的引导下进一步完成拉伸、加捻，在V形腔的下部设有减压排气孔，高速旋转气流通过排气孔排出。
4.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：步骤（2）所述微纳米纤维采用CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片。
5.根据权利要求1所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：步骤（2）所述喷气纺纱装置包括装置本体（1），所述装置本体（1）内设有V形容腔（2），所述V形容腔（2）上部设有容纳芯纱（4）进入的芯轴（3），所述装置本体（1）的侧部设有容纳微纳米纤维进入的熔喷嘴（5），所述装置本体（1）的侧部熔喷嘴（5）两侧设有热空气入口，所述热空气入口与V形容腔（2）相连通，所述装置本体（1）的中部还设有多个压缩空气入口（6），所述压缩空气入口（6）与V形容腔（2）相连通，所述装置本体（1）的下部还设有多个减压排气孔（12），所述V形容腔（2）底部出料口下方依次设有引纱罗拉（8）、导纱罗拉（9）、筒纱（10）和卷绕罗拉（11）。
6.根据权利要求5所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：所述V形容腔（2）的半径自上到下逐渐变小。
7.根据权利要求5所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：所述芯轴（3）与V形容腔（2）底部出料口同轴心。
8.根据权利要求5所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：所述融喷嘴（5）的上部设有一个热空气入口，融喷嘴（5）的下部设有四个相互对称的压缩空气入口（6）。
9.根据权利要求5所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：所述融喷嘴（5）下方设有螺旋导流板（7）。
10.根据权利要求5所述的一种微纳米纤维包覆纱纺纱工艺，其特征在于：所述V形容腔（2）的角度a范围是5°-60°。
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