CN113005575B - 包覆纱纺纱装置及碳纤维包覆纱的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包覆纱纺纱装置及碳纤维包覆纱的制备方法，包覆纱纺纱装置包括至少两组纺纱单元，各纺纱单元包括芯纱给料机构、外包纱给料机构和外包纱伸直机构，前一组纺纱单元形成的包覆纱作为后一组纺纱单元的芯纱。碳纤维包覆纱包括芯纱，芯纱外部依次包覆有第一外包层和第二外包层，其制备方法包括：将芯纱经第一组纺纱单元的芯纱给料机构供给后，依次穿过第一孔道和第二孔道，且芯纱沿直线方向供给；将第一外包层中的外包纱经外包纱纱线轴供给后进入引纱器，外包纱伸直机构通过引纱器带动外包纱相对芯纱旋转并螺旋缠绕于芯纱外部，形成包覆有第一外包层的芯纱；按照上述方法，继续在第一外包层外制备第二外包层，形成碳纤维包覆纱。

Description

包覆纱纺纱装置及碳纤维包覆纱的制备方法
技术领域
本发明涉及纱线生产领域，尤其涉及一种包覆纱纺纱装置及碳纤维包覆纱的制备方法。
背景技术
包覆纱又称包缠纱，是一种新型结构的纱线，它是以长丝或短纤维为纱芯，外包另一种长丝或短纤维纱条，外包纱按照螺旋的方式对芯纱进行包覆，其特点为条干均匀、膨松丰满、纱线光滑而毛羽少、强力高、断头少。包覆纱多用于要求高弹的针织物，部分用于机织物，是高档细薄的毛、麻织物、提花双层纬编针织物和经编织物等的理想纱线。根据用途，包覆纱可选择适当的芯纱和外包纱，其强力比任何一种单纱都高。
目前的包覆纱存在的问题有外包层单一、单层包覆导致漏芯、包覆手段不便。中国专利 CN 202530221 U介绍了复合锦纶的抗菌包覆纱，芯纱为锦纶，外层是通过三根锦纶包覆，其中一根为抗菌锦纶，该复合纱线功能单一，此外单层的包覆容易存在漏芯问题，从而提高纱线断裂的可能。中国专利CN 211339813 U介绍了一种多功能纱线，其中内芯层中心设有若干人造丝，若干人造丝相互缠绕捻合，人造丝外侧设有一层弹性橡筋丝，中间层由多根纤维螺旋缠绕在弹性橡筋丝上，外皮层由抗菌纤维和耐磨纤维交替分布，且内芯层、中间层和外皮层之间留有中空间隙，该复合纱线具备多种功能，但制备手法是否便利，且是否适合工业生产并无提及。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种包覆纱纺纱装置及碳纤维包覆纱的制备方法，本发明的包覆纱纺纱装置纺纱效率高，工艺简单，克服了单层包覆的漏芯问题，同时也克服了外包层单一的问题，所制备的碳纤维包覆纱可同时具备多种功能，满足使用者的不同需求。
本发明的第一个目的是提供一种包覆纱纺纱装置，用于制备具有多个外包层的包覆纱，包覆纱纺纱装置包括至少两组纺纱单元，各纺纱单元包括：
芯纱给料机构，其用于供给芯纱；
外包纱给料机构，包括机架及设置于机架一侧表面的多个外包纱纱线轴，机架的中央具有沿自身轴线延伸的第一孔道，机架绕自身轴线旋转，外包纱纱线轴用于供给外包纱，外包纱纱线轴绕机架的轴线沿圆周方向间隔分布；
外包纱伸直机构，外包纱伸直机构包括引纱器，外包纱伸直机构绕自身轴线旋转，引纱器具有多个外包纱导引孔，外包纱伸直机构的中央具有沿自身轴线延伸的第二孔道；引纱器环绕于第二孔道外部，第一孔道正对第二孔道设置，芯纱经芯纱给料机构供给后，依次穿过第一孔道和第二孔道；外包纱经外包纱纱线轴供给后进入引纱器，外包纱伸直机构通过引纱器上的导纱器带动外包纱相对芯纱旋转并螺旋缠绕于芯纱外部，形成包覆纱；
沿芯纱传输方向，前一组纺纱单元的外包纱伸直机构连接后一组纺纱单元的芯纱给料机构，前一组纺纱单元形成的包覆纱作为后一组纺纱单元的芯纱。
进一步地，导纱器为具有中空轴的齿轮。
进一步地，芯纱给料机构、外包纱给料机构和外包纱伸直机构通过连动管连接。连动管穿设于第一孔道、第一孔道和中空轴的内部。
进一步地，包覆纱纺纱装置还包括处理剂施加器，处理剂施加器设于导纱器远离外包纱给料机构的一侧，处理剂施加器用于为包覆纱施加处理剂。
进一步地，包覆纱纺纱装置还包括包覆纱定型机构，其用于定型包覆纱。包覆纱定型机构包括加热器，如热风机或烘箱。加热器用于为包覆纱加热。
进一步地，包覆纱纺纱装置还包括纤维收集机构，其用于牵伸并收集包覆纱。
本发明的第二个目的是提供一种碳纤维包覆纱，包括芯纱，芯纱外部依次包覆有第一外包层和第二外包层，芯纱包括碳纤维，第一外包层包括竹浆纤维和甲壳素纤维，第二外包层包括锦纶、腈纶和涤纶，第一外包层和第二外包层中的纱线相对于芯纱径向的螺旋角度为 30°～60°。
进一步地，芯纱由2～4根碳纤维加捻而成，捻度角为20～40°。加捻可以大大提高包覆纱的结构强度。
进一步地，第一外包层由竹浆纤维和甲壳素纤维依次交替绞合而成，竹浆纤维为2～8根，甲壳素纤维为2～8根。由于竹浆纤维优异的结构特性，可以吸收一定的臭味，而甲壳素纤维具有杀菌功能，可防止感染和传染，故第一外包层赋予碳纤维包覆纱一定的抗菌除臭性能。
进一步地，第二外包层由锦纶、腈纶、涤纶相互依次交替绞合而成，第二外包层的纤维总根数为6～18根。腈纶、锦纶、涤纶、维纶等纱线，可进一步提高碳纤维复合纱线的理化性能。
进一步地，以碳纤维包覆纱的横截面的总面积为基准，芯纱的横截面的面积占30～70％，第一外包层的横截面的面积占10～30％，第二外包层的横截面的面积占20～40％。
本发明的碳纤维包覆纱以碳纤维为芯纱，碳纤维的质量比金属铝轻，但强度却高于钢铁，并且具有耐腐蚀、高模量的特性，其为包覆纱提供主要结构强度，此外碳纤维优异的导电性能使其复合纱线具有一定的抗静电性能。
本发明的第三个目的是提供一种上述碳纤维包覆纱的制备方法，采用本发明的上述包覆纱纺纱装置制备，包覆纱纺纱装置包括依次设置的第一组纺纱单元和第二组纺纱单元，碳纤维包覆纱的制备方法包括以下步骤：
将芯纱经第一组纺纱单元的芯纱给料机构供给后，依次穿过第一组纺纱单元的第一孔道和第二孔道，且芯纱沿直线方向供给；将第一外包层中的外包纱经外包纱纱线轴供给后进入引纱器，外包纱伸直机构通过引纱器带动外包纱相对芯纱旋转并螺旋缠绕于芯纱外部，形成包覆有第一外包层的芯纱；
将包覆有第一外包层的芯纱经第二组纺纱单元的芯纱给料机构供给后，依次穿过第二组纺纱单元的第一孔道和第二孔道，且芯纱沿直线方向供给；将第二外包层中的外包纱经外包纱纱线轴供给后进入引纱器，外包纱伸直机构通过引纱器带动外包纱相对芯纱旋转并螺旋缠绕于第一外包层的外部，形成碳纤维包覆纱。
进一步地，外包纱相对芯纱旋转的转速为90-240r/min。
进一步地，在形成包覆有第一外包层的芯纱和碳纤维包覆纱之后，还包括采用处理剂施加器为第一外包层的芯纱和碳纤维包覆纱施加处理剂的步骤，处理剂包括有机溶剂。有机溶剂可使纤维紧密抱合，从而提升纤维间的粘合性能。有机溶剂的施加方式可选择浸渍、喷涂、滴加的方式。
进一步地，有机溶剂可为甲醇、乙醇、丙酮、***、乙酸乙酯、氯仿中的一种或多种的组合。
进一步地，对碳纤维包覆纱施加处理剂之后，还包括对碳纤维包覆纱进行加热的步骤。加热可使有机溶剂挥发，并使纤维定型。加热温度为80℃-100℃。
通过该设备制备的复合纱线可具备多种功能，第一外包层和第二外包层可根据使用需求而做出相应的改变，从而同时满足不同的需求。第一外包层可赋予复合纱线抗菌除臭性能，第二外包层赋予纱线一定的理化性能。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明提供了一种包覆纱纺纱装置，利用该装置能够同时利用多根外包纱对芯纱进行螺旋包覆，工艺过程简单快速，可以实现全自动生产，大大提高了包覆纱的纺纱效率。在制备过程中，可根据不同的使用需求替换外包纱纱线轴上不同功能的纤维，以此制备具有不同材质的第一外包层和第二外包层，制备过程简单可控。
本发明提供了一种碳纤维包覆纱，通过简单的包覆技术，利用碳纤维优异的理化性能与其他功能性纤维混纺，碳纤维作为芯纱提供主要的强度，外包层按使用需求配置，提供了一种以碳纤维为主体的多功能复合纱线，克服了单层包覆的漏芯问题，同时也克服了外包层单一的问题。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合详细附图说明如后。
附图说明
图1是包覆纱纺纱装置的结构示意图及纺纱原理示意图；
图2为导纱器的结构示意图；
图3为外包纱给料机构的结构示意图；
图4为本发明一种实施例的碳纤维包覆纱的侧面结构示意图；
图5为本发明实施例3的碳纤维包覆纱的横截面结构示意图；
附图标记说明：
20-机架；21-外包纱纱线轴；30-引纱器；31-导纱器；40-处理剂施加器；50-加热器；100- 芯纱；200-外包纱；300-包覆有第一外包层的芯纱；400-具有多个外包层的包覆纱；101-碳纤维；201-竹浆纤维；202-甲壳素纤维；301-锦纶。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
如图1所示，一种包覆纱纺纱装置，其用于制备具有多个外包层的包覆纱400，包括依次设置的第一组纺纱单元和第二组纺纱单元，其中各组纺纱单元包括依次设置的芯纱给料机构、外包纱给料机构和外包纱伸直机构，其中，第一组纺纱单元的外包纱伸直机构连接第二组纺纱单元的芯纱给料机构。
芯纱给料机构用于供给芯纱。第一组纺纱单元的芯纱100为碳纤维。第二组纺纱单元中，其芯纱为第一组纺纱单元形成的包覆有第一外包层的芯纱300。
外包纱给料机构包括圆盘形的机架20及设置于机架20一侧表面的多个外包纱纱线轴 21。机架20的中央具有沿自身轴线延伸的第一孔道。外包纱纱线轴21用于供给外包纱200，外包纱纱线轴21绕机架20的轴线沿圆周方向间隔分布。机架20绕自身轴线旋转，并带动其上的外包纱纱线轴21绕机架20的轴线旋转。
外包纱伸直机构包括一圆盘，圆盘上设有引纱器30，外包纱伸直机构绕自身轴线旋转。引纱器30具有多个外包纱导引孔，外包纱导引孔用于供外包纱通过。外包纱伸直机构的中央具有沿自身轴线延伸的第二孔道；引纱器30环绕于第二孔道外部，第一孔道正对第二孔道设置。引纱器30远离外包纱给料机构的一侧设有导纱器31，导纱器31为具有中空轴的齿轮。外包纱伸直机构绕自身轴线旋转时，引纱器30绕同样的轴线旋转，以此带动外包纱沿螺旋方向运动。芯纱纱线轴供给的芯纱沿芯纱轴线方向直线运动，依次穿过第一孔道、第二孔道；外包纱经外包纱纱线轴21供给后进入引纱器30，外包纱伸直机构通过引纱器30带动外包纱相对芯纱旋转并螺旋缠绕于芯纱外部，形成包覆纱，包覆纱到达包覆纱定型机构后定型。芯纱给料机构、外包纱给料机构和外包纱伸直机构通过连动管连接。连动管穿设于第一孔道、第一孔道和中空轴的内部。
第一组纺纱单元和第二组纺纱单元还分别设有处理剂施加器40，处理剂施加器40设于导纱器31远离外包纱给料机构的一侧，处理剂施加器40用于为包覆纱施加处理剂。
包覆纱纺纱装置还包括包覆纱定型机构，其用于定型包覆纱。包覆纱定型机构包括加热器50，如热风机或烘箱。加热器50用于为包覆纱加热。加热器50可选择吹风机。
包覆纱纺纱装置还包括纤维收集机构，其用于牵伸并收集包覆纱。
实施例2
一种碳纤维包覆纱，包括芯纱，芯纱外部依次包覆有第一外包层和第二外包层。芯纱由 3根碳纤维101加捻而成，捻度角为30°。第一外包层由2根竹浆纤维201和2根甲壳素纤维202绞合而成。第二外包层由6根锦纶301绞合而成。第一外包层和第二外包层中的纱线相对于芯纱径向的螺旋角度分别为45°和60°。第一外包层捻向为S捻，第二外包层捻向为Z捻。
碳纤维包覆纱的制备工艺如下：
(1)将加捻的碳纤维101依次穿过第一组纺纱单元的第一通道、第二通道，在第一组纺纱单元的外包纱纱线轴21上各装配2根竹浆纤维201和2根甲壳素纤维202，两种纤维依次交替装配，在第二组纺纱单元的外包纱纱线轴21上装配6根锦纶301。将外包纱纱线轴 21的转速设为120r/min。将第一外包层中的外包纱经外包纱纱线轴21供给后进入引纱器30，外包纱伸直机构通过引纱器30带动外包纱相对芯纱旋转并螺旋缠绕于芯纱外部，形成包覆有第一外包层的芯纱。
(2)将包覆有第一外包层的芯纱经第二组纺纱单元的芯纱给料机构供给后，依次穿过第二组纺纱单元的的第一孔道和第二孔道，且芯纱沿直线方向供给；将第二外包层中的外包纱经外包纱纱线轴21供给后进入引纱器30，外包纱伸直机构通过引纱器30带动外包纱相对芯纱旋转并螺旋缠绕于第一外包层的外部，形成碳纤维包覆纱。
为使各纤维间结构紧密，形成包覆有第一外包层的芯纱和碳纤维包覆纱之后，分别利用处理剂施加器40对其滴加乙醇。在对碳纤维包覆纱滴加乙醇后，再利用吹风机烘干纤维，加速有机溶剂的挥发。
实施例3
一种碳纤维包覆纱，包括芯纱，芯纱外部依次包覆有第一外包层和第二外包层。芯纱由 3根碳纤维加捻而成，捻度角为30°。第一外包层由4根竹浆纤维和4根甲壳素纤维绞合而成。第二外包层由8根锦纶绞合而成。第一外包层和第二外包层中的纱线相对于芯纱径向的螺旋角度分别为45°和60°，第一外包层捻向为S捻，第二外包层捻向为Z捻。
上述碳纤维包覆纱的制备方法与实施例2中的相同，不同之处在于，在第一组纺纱单元和第二组纺纱单元中装配相应材质和根数的外包纱。
实施例4
一种碳纤维包覆纱，包括芯纱，芯纱外部依次包覆有第一外包层和第二外包层。芯纱由 3根碳纤维加捻而成，捻度角为30°。第一外包层由4根竹浆纤维和4根甲壳素纤维绞合而成。第二外包层由6根锦纶和6根棉纤维绞合而成。第一外包层和第二外包层中的纱线相对于芯纱径向的螺旋角度分别为45°和60°，第一外包层捻向为S捻，第二外包层捻向为Z捻。
上述碳纤维包覆纱的制备方法与实施例2中的相同，不同之处在于，在第一组纺纱单元和第二组纺纱单元中装配相应材质和根数的外包纱。
对比例1
一种碳纤维包覆纱，包括芯纱，芯纱外部包覆有一外包层。芯纱由3根碳纤维加捻而成，捻度角为30°。外包层由6根锦纶绞合而成。外包层中的纱线相对于芯纱径向的螺旋角度为分别为45°和60°，第一外包层捻向为S捻，第二外包层捻向为Z捻。
其制备方法与实施例2中的相同，不同之处在于，省略第二组纺纱单元，使用第一组纺纱单元制备仅含一层外包层的碳纤维包覆纱。
对比例2
具体操作步骤同实施例2，其区别是仅将第二外包层中的纤维改成棉纤维。
将实施例2、实施例3、实施例4与对比例1进行抗菌性能和强度测试，其具体结果见表一。
表一：不同碳纤维包覆纱的抗菌性能和强度测试结果
Figure BDA0002965378930000061
Figure BDA0002965378930000071
将实施例2、实施例3、实施例4与对比例2编织成织物进行耐磨性测试，其具体结果见表二。
表二：不同碳纤维包覆纱的耐磨性测试结果
实施例2 实施例3 实施例4 对比例2
耐磨性 不起毛 不起毛 轻微起毛 起毛严重
以上测试中，强度性能测试指标：GB/T 3916-2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》；抗菌性能测试指标参考：GB/T 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分:振荡法》；耐磨性测试指标参考：GB/T 21196.2-2007《纺织品马丁代尔法织物耐磨性的测定第2部分：试样破损的测定》。
由此可见，本发明制备的碳纤维包覆纱制备方法简单，符合工业化生产，其芯纱是由碳纤维加捻而成，为本纱线提供主要的强度，第一外包层由抗菌除臭纤维组成，赋予复合纱线一定的健康清洁功能，第二外包层由锦纶、腈纶、涤纶构成，赋予纱线耐磨性、保暖性等，双层的包覆克服了复合纱线漏芯的问题，减少纱线断裂的可能。此外，在复合纱线的制备过程中，可根据消费者的使用需求更换外包层的功能性纤维，操作方法简便快捷。
以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种碳纤维包覆纱，其特征在于：包括芯纱，所述芯纱外部依次包覆有第一外包层和第二外包层，所述芯纱包括碳纤维，所述第一外包层包括竹浆纤维和甲壳素纤维，所述第二外包层包括锦纶、腈纶和涤纶中的一种或几种，所述第一外包层和第二外包层中的纱线相对于所述芯纱径向的螺旋角度为30°～60°；
所述碳纤维包覆纱采用包覆纱纺纱装置制备，所述包覆纱纺纱装置包括依次设置的第一组纺纱单元和第二组纺纱单元，所述第一组纺纱单元和第二组纺纱单元均包括：
芯纱给料机构，其用于供给芯纱；
外包纱给料机构，包括机架及设置于机架一侧表面的多个外包纱纱线轴，所述机架的中央具有沿自身轴线延伸的第一孔道，所述机架绕自身轴线旋转，所述外包纱纱线轴用于供给外包纱，所述外包纱纱线轴绕所述机架的轴线沿圆周方向间隔分布；
外包纱伸直机构，所述外包纱伸直机构包括引纱器，所述外包纱伸直机构绕自身轴线旋转，所述引纱器具有多个外包纱导引孔，所述外包纱伸直机构的中央具有沿自身轴线延伸的第二孔道；所述引纱器环绕于所述第二孔道外部，所述第一孔道正对所述第二孔道设置，所述芯纱经所述芯纱给料机构供给后，依次穿过所述第一孔道和第二孔道；所述外包纱经所述外包纱纱线轴供给后进入所述引纱器，所述外包纱伸直机构通过所述引纱器上的导纱器带动所述外包纱相对所述芯纱旋转并螺旋缠绕于所述芯纱外部，形成包覆纱；
沿芯纱传输方向，第一组纺纱单元的外包纱伸直机构连接第二组纺纱单元的芯纱给料机构，第一组纺纱单元形成的包覆纱作为第二组纺纱单元的芯纱；
所述碳纤维包覆纱的制备方法包括以下步骤：
将所述芯纱经第一组纺纱单元的芯纱给料机构供给后，依次穿过所述第一孔道和第二孔道，且所述芯纱沿直线方向供给；将第一外包层中的外包纱经所述外包纱纱线轴供给后进入所述引纱器，所述外包纱伸直机构通过所述引纱器上的导纱器带动外包纱相对所述芯纱旋转并螺旋缠绕于所述芯纱外部，形成包覆有第一外包层的芯纱；
将包覆有第一外包层的芯纱经第二组纺纱单元的芯纱给料机构供给后，依次穿过所述第一孔道和第二孔道，且所述芯纱沿直线方向供给；将第二外包层中的外包纱经所述外包纱纱线轴供给后进入所述引纱器，所述外包纱伸直机构通过所述引纱器上的导纱器带动外包纱相对所述芯纱旋转并螺旋缠绕于第一外包层的外部，形成所述碳纤维包覆纱；
所述包覆纱纺纱装置还包括处理剂施加器，所述处理剂施加器设于导纱器远离所述外包纱给料机构的一侧；
在形成包覆有第一外包层的芯纱和碳纤维包覆纱之后，还包括采用处理剂施加器为第一外包层的芯纱和碳纤维包覆纱施加处理剂的步骤，所述处理剂包括有机溶剂；
对碳纤维包覆纱施加处理剂之后，还包括对碳纤维包覆纱进行加热的步骤。
2.根据权利要求1所述的碳纤维包覆纱，其特征在于：所述芯纱给料机构、外包纱给料机构和外包纱伸直机构通过连动管连接。
3.根据权利要求1所述的碳纤维包覆纱，其特征在于：所述包覆纱纺纱装置还包括纤维收集机构，其用于牵伸并收集所述包覆纱。
4.根据权利要求1所述的碳纤维包覆纱，其特征在于：外包纱相对所述芯纱旋转的转速为90-240r/min。
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