CN110359150A - 一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置及方法，通过在赛络纺纱机的两股须条正上方分别设置两卷静电纺亚微米纤维膜卷装，通过前罗拉和前胶辊对亚微米纤维膜的握持作用，使得边旋转边退绕的亚微米纤维膜被加捻成两股亚微米纤维纱，分别在纺纱三角区被微米短纤维须条包覆在芯层，最终两股复合须条交汇形成亚微米纤维纱包芯纱。本发明通过一步法在线包芯亚微米纤维纱，突破了亚微米纤维复合纱线制备效率低、纱线结构可控性差、存在高压电漏电、点着火等安全隐患的技术瓶颈，有望实现亚微米纤维复合纱线的规模化制备与商业化应用。

Description

一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置及方法

技术领域

本发明涉及纺织加工技术领域，特别是涉及一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置及方法。

背景技术

静电纺丝是目前唯一能够批量化纺制连续亚微米纤维的通用方法，操作简单，可实施性强。由静电纺制备的亚微米纤维的直径通常在100-1000nm，纤维尺度小、比表面积高，并且纤维形貌和组分可通过纺丝工艺参数和聚合物的灵活选择来调控，使静电纺亚微米纤维成为了纤维科学与工程领域的研究热点，并被广泛应用于过滤、能源、生物医学、催化、防水透湿、油水分离等领域。但由于静电纺亚微米纤维的直径小，结晶度低，导致其绝对力学强力极差，远低于传统短纤维和化学长丝的拉伸断裂强力，由此带来了亚微米纤维制品在加工和使用过程中易磨损，结构稳定性差等突出问题，严重限制了其商业化应用。

针对上述问题，目前的一种做法是将静电纺亚微米纤维加工成纯纺亚微米纤维纱线，以提高亚微米纤维集合体的力学性能。中国知识产权局2010年6月23日公开的发明专利“一种静电纺纳米纤维纱线***及纳米纤维纱线的制备方法”，专利申请号CN200810018267，该申请公案公布了一种通过外边缘固定有环形铜膜的旋转圆盘收集静电纺纳米纤维，利用切刀进行纳米纤维束的剥取，后续再经加捻、卷绕装置成纱的纳米纤维纱线***和纱线制备方法。中国知识产权局2010年9月15日公开的发明专利“蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合纳米纤维纱及其制备方法”，专利申请号CN200810235929，该申请公案公布了一种通过水浴法收集纳米纤维束，在经导丝、加热、卷绕成形等步骤制备蜘蛛丝蛋白/聚乳酸复合纳米纤维纱的制备方法。中国知识产权局2015年8月31日公开的发明专利“一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置及制备方法”，专利申请号CN201510545647，该申请公案提出了一种通过金属摩擦辊对纳米纤维进行收集和加捻的纳米纤维成纱装置和纺纱方法。尽管关于通过静电纺亚微米纤维取向成纱增强亚微米纤维集合体的力学性能的研究以较为普遍，但现有的成纱机构仍无法实现亚微米纤维纱线的批量制备，加上亚微米纤维纱线自身耐磨性差，导致其在各领域尤其是纺织服装领域的工业化应用受到了严重的限制。

为此，越来越多的科学技术人员展开了微米纤维与静电纺亚微米纤维复合成纱的探索，期望充分结合静电纺亚微米纤维的尺度效应和微米纤维的力学性能的优势，赋予传统纱线新的内涵。中国知识产权局2014年6月20日公开的发明专利“一种静电纺纳米纤维包芯纱的装置及其应用”，专利申请号201410280734.X，该申请公案公布了一种通过金属漏斗作为纳米纤维沉积器和加捻器的微纳米纤维包芯纱线的制备方法。中国知识产权局2014年6月20日公开的发明专利“一种静电纺纳米纤维包芯纱的装置及其应用”，专利申请号201410280734.X，该申请公案公布了一种通过金属漏斗作为纳米纤维沉积器和加捻器的微纳米纤维包芯纱线的制备方法。中国知识产权局2015年8月31日公开的发明专利“一种静电纺纳米纤维的多股喷气摩擦成纱装置及制备方法”，专利申请号CN201510545647，该申请公案同样也提供了一种通过金属摩擦辊制备纳米纤维包芯纱的成纱方法。通过上述方法所获取的亚微米纤维包芯纱线的结构为微米纤维作为芯层，亚微米纤维作为皮层而暴露在纱体外表面，因此纱线力学性能显著提升，但仍未解决亚微米纤维耐磨性差的问题，另外上述方法的制备效率低，仍难以满足亚微米纤维纱线的工业化应用需求。鉴于此，徐卫林等人相继提出了在细纱机上实施的微纳米纤维复合纱线的制备方法(“纳米静电纺丝与短纤维环锭纺纱一体化成纱的方法”，申请号CN106337229A；“纳米静电纺丝与短纤维摩擦纺纱一体化成纱的方法”，申请号CN106245166A；“纳米静电纺丝与短纤维涡流纺纱一体化成纱的方法”，申请号CN106245165A；“一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法”，申请号CN106480556A；“一种纳微尺度增强短纤维成纱的赛络纺纱方法”，申请号CN106480566A；“一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝摩擦复合纺纱方法”，申请号CN 106337228 A)，通过在环锭细纱机、摩擦纺纱机、涡流纺纱机、赛络纺纱机上安装静电纺丝装置，分别制备了纳米纤维包覆短纤的复合纱线和微纳米纤维混合纱线，为微纳米纤维复合纱线的批量化制备提供了一条新的思路，但由于所涉及的成纱方法和装置并未对纳米纤维的沉积进行有效的控制，使得纳米纤维沉积紊乱，难以有效的嵌入到纱体中，从而导致微纳米纤维复合纱线的结构不可控，影响纱线性能；此外，包覆在纱体表面的纳米纤维同样存在着在加工和使用过程中易磨损和脱落的致命缺陷。

另外，纺纱加工所使用的纤维原料基本都是易燃性高分子材料，并且原料的加工量巨大，一旦发生火灾，火势蔓延迅速，基本难以控制，将会造成难以估计的生命财产损失，所以，纺织厂的火灾预防向来都被放在首位。而上述关于亚微米纤维复合纱线的制备均是通过在在纺纱机上安装静电纺丝装置来完成，纺纱与静电纺亚微米纤维同时进行，并需要在10KV甚至更高的高压电下进行，并且纺丝过程中纺丝针头裸露在空气中，加上纺纱机99％以上的部件都是金属，因此极易造成高压电漏电、电着火等安全事故，威胁纺织工人的生命财产安全。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对静电纺亚微米纤维的力学性能和耐磨损性差，以往亚微米纤维复合纱线加工大多通过高压静电在线喷丝复合实现，因此存在设备安装繁琐、操作麻烦、存在漏电和电着火的安全隐患等突出问题，由此提供一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置及方法。

本发明涉及一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置，包括纱条牵伸细化组件，所述的纱条牵伸细化组件的上方通过卷装架安装有两卷亚微米长丝膜带卷，所述的纱条牵伸细化组件的一侧形成纺纱三角区，所述的亚微米长丝膜带卷的下方设置有两个光滑限位孔环将亚微米长丝膜带卷退绕的亚微米长丝膜带导入穿过纱条牵伸细化组件的一端并进入到纺纱三角区，所述的纱条牵伸细化组件的一侧下端设置有导纱钩和细纱管。

进一步的，所述的纱条牵伸细化组件包括靠近纺纱三角区布置的前罗拉与前胶辊、位于中部的中罗拉与中胶辊、分别设置在中罗拉与中胶辊上的上皮圈与下皮圈以及靠近粗纱进口的后罗拉与后胶辊。

进一步的，两个光滑限位孔环分别位于纱条牵伸细化组件内部两股微米短纤维束的正上方。

进一步的，所述的光滑限位孔环采用不锈钢材料制成，其孔直径为0.2cm。

进一步的，所述的亚微米长丝膜带宽度为0.5-2cm。

进一步的，所述的细纱管的外侧设置有随着细纱管同步旋转的钢丝圈。

本专利申请还包括一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱方法，具体步骤如下：

(a)打开赛络纺纱机电源，机器开始工作，两股粗纱条分别喂入两个导条口(2)，进入纱条牵伸细化组件所在的细纱牵伸区，并在后罗拉与后胶辊、中罗拉与中胶辊、上皮圈与下皮圈、前罗拉与前胶辊的协同作用下，在前罗拉口处被抽细拉长为短纤维束；

(b)两卷亚微米长丝膜带卷开始退绕，两根亚微米长丝膜带分别穿过两个光滑限位孔环，进入到前罗拉与前胶辊形成的前钳口处，并被牢固握持，此时，两个卷装架高速旋转从而带动两卷亚微米长丝膜带卷运动，使得捻度沿着退绕的亚微米长丝膜带传递，从而完成了两股静电纺亚微米纤维纱的在线加捻过程；

(c)具有一定捻度的静电纺亚微米纤维纱在光滑限位孔环的帮助下顺利帖服在前钳口处的两股微米短纤维束的中间位置，并一起进入纺纱三角区；

(d)钢丝圈的旋转使得形成的纱线捻度经过导纱钩传递到纺纱三角区，从而完成静电纺亚微米纤维纱下表面的微米短纤维束对其的包芯过程；

(e)两股静电纺亚微米纤维纱和微米短纤维束形成的包芯束在加捻点相遇，并进一步捻合，从而形成纤维包芯纱并卷绕在细纱管上。

有益效果：本发明涉及一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置及方法，与现有技术相比，本发明的有益效果在于：纺纱装置省去了高压静电纺丝装置，通过对成形的静电纺亚微米纤维膜卷装进行在线非自由端加捻成纱后，包芯进入最终的微米纤维短纤维体中，形成亚微米纤维纱/短纤维包芯赛络纱线，所制得的亚微米纤维包芯纱线结构稳定，加工设备安装容易，操作简单，完全满足产业化生产的要求，更值得一提的是省去了高压静电纺丝装置，从而避免了由于高压电引起的漏电、电着火等安全隐患，明显提高了纺纱加工的安全性和操作简便性，具有较好的工业推广应用价值。

附图说明

图1是本发明的装置示意图；

图2是本发明的纺纱三角区的成纱示意图

图示：1、粗纱条；2、导条口；3、后罗拉；4、后胶辊；5、中罗拉；6、中胶辊；7：上皮圈；8：下皮圈；9、前罗拉；10、前胶辊；11、亚微米长丝膜带卷；12、光滑限位孔环；13、导纱钩；14、钢丝圈；15、细纱管；16、静电纺亚微米纤维纱；17、微米短纤维束；18、纤维包芯纱；19、卷装架；20、纱条牵伸细化组件。

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。

如图1-2所示，本发明的实施方式涉及一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置，包括纱条牵伸细化组件20，所述的纱条牵伸细化组件20的上方通过卷装架19安装有两卷亚微米长丝膜带卷11，所述的纱条牵伸细化组件20的一侧形成纺纱三角区，所述的亚微米长丝膜带卷11的下方设置有两个光滑限位孔环12将亚微米长丝膜带卷11退绕的亚微米长丝膜带21导入穿过纱条牵伸细化组件20的一端并进入到纺纱三角区，所述的纱条牵伸细化组件20的一侧下端设置有导纱钩13和细纱管15。

所述的纱条牵伸细化组件20包括靠近纺纱三角区布置的前罗拉9与前胶辊10、位于中部的中罗拉5与中胶辊6、分别设置在中罗拉5与中胶辊6上的上皮圈7与下皮圈8以及靠近粗纱进口的后罗拉3与后胶辊4。

两个光滑限位孔环12分别位于纱条牵伸细化组件20内部两股微米短纤维束17的正上方。

所述的光滑限位孔环12采用不锈钢材料制成，其孔直径为0.2cm。

所述的亚微米长丝膜带21宽度为0.5-2cm。

所述的细纱管15的外侧设置有随着细纱管15同步旋转的钢丝圈14。

本专利申请还包括一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱方法，具体步骤如下：

打开赛络纺纱机电源，机器开始工作，两股粗纱条1分别喂入两个导条口2，进入纱条牵伸细化组件20所在的细纱牵伸区，并在后罗拉3与后胶辊4、中罗拉5与中胶辊6、上皮圈7与下皮圈8、前罗拉9与前胶辊10的协同作用下，在前罗拉9口处被抽细拉长为短纤维束；

两卷亚微米长丝膜带卷11开始退绕，两根亚微米长丝膜带21分别穿过两个光滑限位孔环12，进入到前罗拉9与前胶辊10形成的前钳口处，并被牢固握持，此时，两个卷装架19高速旋转从而带动两卷亚微米长丝膜带卷11运动，卷装架19的转速为800r/min，使得捻度沿着退绕的亚微米长丝膜带21传递，从而完成了两股静电纺亚微米纤维纱16的在线加捻过程；

具有一定捻度的静电纺亚微米纤维纱16在光滑限位孔环12的帮助下顺利帖服在前钳口处的两股微米短纤维束17的中间位置，并一起进入纺纱三角区；

接着，钢丝圈14的旋转使得形成的纱线捻度经过导纱钩13传递到纺纱三角区，从而完成静电纺亚微米纤维纱16下表面的微米短纤维束17对其的包芯过程，两股由静电纺亚微米纤维纱16和微米短纤维束17形成的包芯束在加捻点相遇，并进一步捻合，从而形成纤维包芯纱18并卷绕在细纱管15上。

本专利旨在保证亚微米纤维纱线批量制备和纱线结构可控的前提下，避免漏电和电着火等安全隐患，显著提升亚微米纤维复合纱线加工技术的安全性、可靠性和便捷性。

Claims (7)

1.一种跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置，包括纱条牵伸细化组件(20)，其特征在于，所述的纱条牵伸细化组件(20)的上方通过卷装架(19)安装有两卷亚微米长丝膜带卷(11)，所述的纱条牵伸细化组件(20)的一侧形成纺纱三角区，所述的亚微米长丝膜带卷(11)的下方设置有两个光滑限位孔环(12)将亚微米长丝膜带卷(11)退绕的亚微米长丝膜带(21)导入穿过纱条牵伸细化组件(20)的一端并进入到纺纱三角区，所述的纱条牵伸细化组件(20)的一侧下端设置有导纱钩(13)和细纱管(15)。

2.根据权利要求1所述的跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置，其特征在于：所述的纱条牵伸细化组件(20)包括靠近纺纱三角区布置的前罗拉(9)与前胶辊(10)、位于中部的中罗拉(5)与中胶辊(6)、分别设置在中罗拉(5)与中胶辊(6)上的上皮圈(7)与下皮圈(8)以及靠近粗纱进口的后罗拉(3)与后胶辊(4)。

3.根据权利要求1所述的跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置，其特征在于：两个光滑限位孔环(12)分别位于纱条牵伸细化组件(20)内部两股微米短纤维束(17)的正上方。

4.根据权利要求3所述的跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置，其特征在于：所述的光滑限位孔环(12)采用不锈钢材料制成，其孔直径为0.2cm。

5.根据权利要求1所述的跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置，其特征在于：所述的亚微米长丝膜带(21)宽度为0.5-2cm。

6.根据权利要求1所述的跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置，其特征在于：所述的细纱管(15)的外侧设置有随着细纱管(15)同步旋转的钢丝圈(14)。

7.一种使用根据权利要求1所述的跨尺度在线包芯亚微米纤维纱的赛络纺纱装置的方法，其特征在于，具体步骤如下：

(a)打开赛络纺纱机电源，机器开始工作，两股粗纱条(1)分别喂入两个导条口(2)，进入纱条牵伸细化组件(20)所在的细纱牵伸区，并在后罗拉(3)与后胶辊(4)、中罗拉(5)与中胶辊(6)、上皮圈(7)与下皮圈(8)、前罗拉(9)与前胶辊(10)的协同作用下，在前罗拉(9)口处被抽细拉长为短纤维束；

(b)两卷亚微米长丝膜带卷(11)开始退绕，两根亚微米长丝膜带(21)分别穿过两个光滑限位孔环(12)，进入到前罗拉(9)与前胶辊(10)形成的前钳口处，并被牢固握持，此时，两个卷装架(19)高速旋转从而带动两卷亚微米长丝膜带卷(11)运动，使得捻度沿着退绕的亚微米长丝膜带(21)传递，从而完成了两股静电纺亚微米纤维纱(16)的在线加捻过程；

(c)具有一定捻度的静电纺亚微米纤维纱(16)在光滑限位孔环(12)的帮助下顺利帖服在前钳口处的两股微米短纤维束(17)的中间位置，并一起进入纺纱三角区；

(d)钢丝圈(14)的旋转使得形成的纱线捻度经过导纱钩(13)传递到纺纱三角区，从而完成静电纺亚微米纤维纱(16)下表面的微米短纤维束(17)对其的包芯过程；

(e)两股静电纺亚微米纤维纱(16)和微米短纤维束(17)形成的包芯束在加捻点相遇，并进一步捻合，从而形成纤维包芯纱(18)并卷绕在细纱管(15)上。