CN101235577A - 一种防割纱线 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防割纱线，其特征在于该防割纱线是采用二维编织成型方法制造出来的皮芯复合纱线，其芯纱为高强聚乙烯纤维无捻长丝，细度为400－1200旦；其外包纱为芳纶纤维长丝弱捻纱，捻度≤25捻/10厘米，细度为150－200旦；所述芯纱与外包纱的体积比为0.05－0.5，并且采用编织角为β的二维编织成型方法使外包纱均匀包缚在芯纱外面，所述编织角β为15－45°，该二维编织成型方法使用的二维编织机的携纱器个数为8－16中的偶数个。本发明防割纱线具有良好的抗切割性能。
Description
技术领域
本发明涉及功能纱线技术，具体为一种以高强高模聚乙烯长丝为芯纱，以芳纶长丝为外包纱，经二维编织所制成的防割纱线。
背景技术
美国“9.11”事件之后，个体防护材料得到了迅速发展，各种防弹材料、防刺防割材料等方面的研究受到广泛关注。在我国，枪械的管制非常严格，相对而言，来自枪械的威胁远远小于来自刀械和刺物的威胁。因此，防割防刺产品的研发具有更为重要的意义。
目前，商业化生产的防割纱线大多以单一材料为主，纤维原料主要包括芳纶纤维、高强聚乙烯纤维、尼龙纤维、蜘蛛丝纤维等，也有采用金属细丝的。此外复合防割纱线也有一些研究。防割纱线通常用针织方法来生产具有防割功能的防护织物或服装。例如，美国专利(USP6266951)曾公开过一种防割针织纱线，它是由外包纤维包缠在金属芯丝上制成的。该纱线除具有较好的防割功能外，还同时具有抗菌性能。具体说，该防割纱线是一种多组份的纱线，包括一根作为芯纱的柔软的不锈钢线，直径为25.4～101.6μm(0.001～0.004英寸)；外包纤维是加有抗菌剂的防割涤纶丝，有两层，均为240旦，它们以相反的方向缠绕。第一包缠层以275.6～472转/米(7～12转/英寸)包缠芯纱，第二包缠层同样以275.6～472转/米(7～12转/英寸)包缠芯纱，产品纱线的整体捻度为315捻/米(8转/英寸)。该纱线的不足之处在于线密度较大，在针织过程中成圈效果不佳，难以实现高密度编织。
又例如，国际专利(WO9749849)中也公开了一种高紧度的芳纶防刺机织物。该织物的纱线细度为100～500dtex，纱线中的长丝细度最好低于1.67dtex，可防尖利物体，如锥子、尖钻和冰凿等的穿刺。但该织物采用紧密的平纹组织织造成型，层与层之间相互独立，未缝合一起，不利于防刺或防割。
另一件国际专利(WO9727769)公开了比利时Bekaert公司开发的了一种不锈钢防护插板，可用作防刺背心材料。该技术所采用的纱线为一种不锈钢丝多股线结构。该专利指出，不锈钢长丝与尖利刺物的夹角为90度时，防刺材料的防刺性能最低，而两者倾斜时，防刺性能可显著提高。因为尖利刺物与防刺材料(不锈钢长丝)之间的夹角难以预测，因此采用不同捻距和捻角的多股线结构有助于提高防刺性能。该纱线结构由2个以上的股线构成。每个股线又由两组长丝构成，每组长丝的捻距和捻角以及股线的捻距和捻角都不同。该专利还指出，长丝直径越大，防刺性能越高，但考虑到成本和灵活性等因素，长丝细度一般为0.05～0.45mm。
现有技术文献表明，目前的防割纱线大多以单一材料为主，例如高强聚乙烯纤维、芳纶纤维或高强尼龙以及金属丝或蜘蛛丝等，纱线结构大多以股线为主。在申请人检索的范围内，未见与下述本发明技术内容相同的报道。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，设计一种防割纱线。该防割纱线具有良好的防割或防切功能，并且结构简单，成型容易，生产效率高，便于工业化生产。
本发明解决所述防割纱线技术问题的技术方案是，设计一种防割纱线，其特征在于该防割纱线是采用二维编织成型方法制造出来的皮芯复合纱线，其芯纱为高强聚乙烯纤维无捻长丝，细度为400-1200旦；其外包纱为芳纶纤维长丝弱捻纱，捻度≤25捻/10厘米，细度为150-200旦；所述芯纱与外包纱的体积比为0.05-0.5，并且采用编织角为β的二维编织成型方法使外包纱均匀包缚在芯纱外面，所述编织角β为15-45°，该二维编织成型方法使用的二维编织机的携纱器个数为8-16中的偶数个。
与现有技术相比，本发明防割纱线是在大量实验研究的基础上采用了两种纤维纱线编织的复合结构，集合了两种纤维纱线的防割性能，既利用了高强聚乙烯纤维的高强度、重量轻、韧性好的特点，又充分发挥了芳纶纤维模量高、抗切割性能强的特点。本发明防割纱线采用了二维编织成型方法，设计了二维编织多锭包缠结构，使纱线表面形成了有一定规律的交织结构，因此在抗切割过程中具有了与机织物抗切割相类似的特点，纱线的整体抗切割性大大提高，同时由于采用长丝纤维纱作为芯纱，因此在切割过程中又可以承受很大的拉伸力。此外，由于编织角β设计为15-45°，因此在其横截面(最小截面)上可以保持较大的纤维截面来承受切割过程中的剪应力。
实验表明，与其它种类的防割纱线相比，本发明防割纱线所设计的二维编织皮芯复合纱结构具有非常出色的抗切割性能。例如，实施例1(参见图5中的曲线2，对应于B8GHP)，在线密度很低(3312旦，参见表1中的B8部分)的条件下，其抗切割短裂强度达到了30cN/Tex，显著高于(B8系列内)其它种类的二维包缠复合纱，而同时其抗切割模量除略低于曲线1(B8KP，参见图5)外，也显著高于(B8系列内)其它种类的二维包缠复合纱。
附图说明
图1是本发明所述防割纱线一种实施例的实物结构照片图；
图2是本发明所述防割纱线一种实施例的实物外观形状照片图；
图3是本发明所述防割纱线一种实施例所采用的带有8个携纱器的二维编织机编织成型原理示意图，箭头方向为成型后的纱线输出方向；其中1-外包纱，2-芯纱，3-防割纱线，4-携纱器；
图4是本发明所述防割纱线一种实施例的二维编织方法编织原理的纱线运动轨迹示意图，其中黑实线是一种运动轨迹，细双线为另一种运动轨迹；
图5是本发明所述防割纱线一种实施例的抗切割测试曲线对比图。
具体实施方式
下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。
本发明设计的防割纱线3(参见图1-4)，其特征是采用二维编织成型方法制造出来的一种皮芯复合纱线，其芯纱2为高强聚乙烯纤维无捻长丝，细度为400-1200旦；其外包纱(也称外包编织纱)1为芳纶纤维长丝弱捻纱，捻度≤25捻/10厘米，细度为150-200旦；所述芯纱2与外包纱1的体积比为0.05-0.5，并且采用编织角为β的二维编织成型方法使外包纱1均匀包缚在芯纱2外面，所述编织角β为15-45°；该二维编织成型方法使用的二维编织机的携纱器个数为8-16中的偶数个。
针对目前防割纱线大多为单一材料的缺点，本发明防割纱线设计了一种至少包括两种组分的皮芯复合结构的防割纱线3。它不仅可以充分发挥防割纱线中每种组分的抗切割性能，同时又考虑到纱线内外层结构和抗切割截面设计。一般地讲，在抗切割或抗穿刺(例如匕首的穿刺)过程中，纱线及其织物主要承受两种应力的作用：一种为纱线的轴向拉伸，另一种为沿纱线横截面的切割。本发明防割纱线3研发过程中，针对目前商业化生产的各种可用于防割纱线的纤维原料，包括高强聚乙烯、芳纶、碳纤维、玻璃纤维、高强涤纶以及尼龙纤维等，制作了大量的纱线样品实验，包括长丝纱、短纤纱、加捻纱、股线以及二维编织外包纱等(参见表1)。研究表明，不同的纤维或纱线原料对上述两种应力的反应是不同的，甚至有很大区别，有的纤维拉伸性能很好，但沿横截面的抗切割性能却较差(例如碳纤维)；有的纤维拉伸性能较差，而沿横截面的抗切割性能却较好(例如高强涤纶纤维)。
本发明的防割纱线3既要求具有很好的拉伸性能，同时又要求具有很好的沿横截面的抗切割性能。为此，本发明首先对防割纱线使用原的料进行了筛选。根据实验，选用了所述两种性能均很好的高强高模聚乙烯纤维无捻长丝和芳纶加(弱)捻长丝进行复合编织成型。在纱线结构形式上采用了皮芯复合结构。高强高模聚乙烯纤维长丝处于防割纱线3的芯层或内层，以便发挥其出色的拉伸性能；芳纶加捻长丝处于防割纱线3的皮层或外层，以便发挥其出色的沿横截面抗切割性能。其次，为了使皮层外包纱1良好地覆盖内层芯纱2，同时又避免包覆过紧(研究表明，外包纱1包覆过紧也会使防割纱线3的抗切割性能下降)，本发明采用了8-16中的偶数个锭子进行编织，实施例为8锭编织；第三，为了使沿二维编织复合防割纱线3的各个横截面上抗切割纤维面积(即所有纤维在切割面上横截面的总和)在纤维总量一定的情况下达到最佳值，编织角β采用了15-45°。研究表明，编织角β为45°时，可以获得较理想的防割效果。但这不意味着45度以外的编织角不可行。
本发明防割纱线所设计的二维编织成型方法由两个纱线系统组成，即芯纱2和外包纱1。因此，本发明防割纱线的成型设备需要在传统的二维编织机(包括编织纱线(即外包纱1)喂入机构、成纱器和提取机构)基础上进行简单改造，即在传统的二维编织机上的轨道盘中心增设增加芯纱2的喂入装置或机构。这种简单的改造，本领域的技术人员不经创造性劳动即可以做到。
本发明设计的防割纱线成型方法，采用如下工艺步骤：
1根据防割纱线结构要求，在成型设备(二维编织机)8-16个中的偶数个纱锭中确定所用纱锭的数目；实施例采用了8个纱锭(参见图3)；
2.按照选择的纱锭数目，准备相应数目的外包纱纱管，并放置在成型设备的携纱器4上，注意要将外包纱纱管均匀地分别放置在两个运动轨道上(参见图4)；
3.通过所述成型设备的芯纱喂入装置沿防割纱线的最终成型方向(即防割纱线的轴向)喂入芯纱2，并经成纱器后，固定在成型设备的提取机构上；
4.按设计编织角的要求编织外包纱1，并与芯纱2一起通过成纱器，成型为防割纱线后，固定在成型设备的提取机构上。
本发明所述的编织成型方法采用这样一种工艺：即在每一组中，一组纱线朝着纱管的中心运动，而另一组的纱线则朝着纱管的外缘运动。在同一时刻，纱线不但沿着纱管的半径方向向里和向外运动，而且还沿着纱管的圆周方向运动。具体说，本发明在编织成型时，外包纱1分为两组，分别在“8”字型轨道盘上同时运动，同一组中的所有纱线都沿同一方向顺时针或逆时针运动编织，而另一组中的所有纱线的运动方向则与之相反，都沿同一方向逆时针或顺时针运动编织(参见图4)，从而形成交织结构的外包编织纱1。在成型后的防割纱线3结构中，外包纱1与最终纱线即防割纱线的成型方向所夹的角度相同(即编织角β，范围一般为15°到45°之间，但方向相反，即±β＝±(15°-45°)。而且，一组中的一根纱线不会与本组或同一组中的任何其它的纱线相交叉。
本发明防割纱线采用的成型方法简单，既继承了传统二维编织纱的成型特点，又与芯纱适当地包缚复合，使纱线中纤维的取向更加合理，非常有利于纱线抗切割性能的提高。
本发明未述及之处适用于现有技术。
下面给出本发明的具体实施例，但本发明不受具体实施例的限制：
实施例1
以实测值1125旦的高强聚乙烯无捻长丝为芯纱2，其断裂强度为16克/旦；以实测值264.4旦的芳纶纤维加捻长丝为外包纱1，捻度为24捻/10厘米，断裂强度为18克/旦；芯纱2与外包纱1的体积比为0.25，采用带有8个携纱器4的成型设备(二维编织机)和编织角为45°的二维编织成型方法编织制造出防割纱线3。
经测试，成型后的防割纱线(参见附图1、2)具有很好的抗切割性能或防割性能(参见图5中的曲线2)，其抗切割短裂强度达到了30cN/Tex。
实施例2
以实测值1125旦的高强聚乙烯无捻长丝为芯纱2，其断裂强度为16克/旦；以实测值1420旦的芳纶纤维加捻长丝为外包纱1，捻度为21捻/10厘米，断裂强度为17克/旦，芯纱2与外包纱1的体积比为0.1，采用带有8个携纱器4的二维编织机进行二维编织，编织角为45°。
经测试，成型后的防割纱线(参见附图1、2)具有很好的抗切性能或防割性能(参见图7中的曲线1)，其抗切割断裂强度达到了22cN/Tex。
表1防割纱线研究实验采用原料规格明细表
| 系列 | 代号 | 原料 | 线密度(旦) | 捻度(捻/10cm) |
| S(长丝) | SK | 芳纶长丝 | 1420 | 无 |
| SHP | 高强聚乙烯长丝 | 1125 | ||
| SHT | 高强涤纶 | 2475 | ||
| SHG | 高强玻璃纤维长丝 | 864 | ||
| SGG | 普通玻璃纤维长丝 | 4140 | ||
| SC | 碳纤维长丝 | 1782.2 | ||
| SN | 尼龙 | 70 | ||
| SGK | 细芳纶股线 | 264.4 | ||
| T(加捻) | TK | 加捻芳纶 | 1507.5 | 21.3 |
| THP | 加捻高强聚乙烯 | 1269 | 42.1 | |
| THT | 加捻高强涤纶 | 885.6 | 20.7 | |
| THG | 加捻高强玻璃纤维 | 1000 | 17.9 | |
| TSK | 芳纶短纤纱 | 175.5 | 51.1 | |
| P(股线) | PK | 芳纶股线 | 4410 | 12 |
| PHP | 高强聚乙烯股线 | 3060 | ||
| PHG | 高强玻璃纤维股线 | 2332.8 | ||
| PHT | 高强涤纶股线 | 3600 | ||
| PGG | 普通玻璃纤维股线 | 15228 | ||
| PSK | 芳纶短纤纱股线 | 553.5 | 27.1 | |
| B8(8锭) | B8GHP | 细芳纶包缠高强聚乙烯 | 3312 | 无 |
| B8KHT | 芳纶包缠高强涤纶股线 | 14478 | ||
| B8KHP | 粗芳纶包缠高强聚乙烯 | 12084.4 | ||
| B8KK | 芳纶包缠芳纶 | 12369.9 | ||
| B8KHG | 芳纶包缠高强玻璃纤维股线 | 13253.4 | ||
| B8KC | 芳纶包缠碳纤维 | 12720.5 | ||
| B8KP | 芳纶包高强聚乙烯股线平行丝 | 3241.8 | ||
| B16(16锭) | B16KP | 芳纶股线平行丝 | 5358.6 | |
| B16GHP | 细芳纶包缠高强聚乙烯 | 5400 | ||
| B16SKHP | 芳纶短纤纱包缠高强聚乙烯 | 3713.9 |
| B16KHT | 芳纶包缠高强涤纶股线 | 24853.6 | ||
| B16KHP | 芳纶包缠高强聚乙烯 | 22516.5 | ||
| B16KK | 芳纶包缠芳纶 | 22795.1 | ||
| B16KC | 芳纶包缠碳纤维 | 23137.1 |
表1中的符号说明：
S-长丝，无捻；
T-加捻纱；
P-股线；
B-二维编织外包纱；
K-芳纶(较粗，800旦以上)；
HP-高强聚乙烯；
HG-高强玻璃纤维；
GG-普通玻璃纤维；
C-碳纤维；
N-尼龙；
GK-芳纶(较细，150旦到200旦)
8-8锭；
16-16锭。
Claims (3)
1.一种防割纱线，其特征在于该防割纱线是采用二维编织成型方法制造出来的皮芯复合纱线，其芯纱为高强聚乙烯纤维无捻长丝，细度为400-1200旦；其外包纱为芳纶纤维长丝弱捻纱，捻度≤25捻/10厘米，细度为150-200旦；所述芯纱与外包纱的体积比为0.05-0.5，并且采用编织角为β的二维编织成型方法使外包纱均匀包缚在芯纱外面，所述编织角β为15-45°，该二维编织成型方法使用的二维编织机的携纱器个数为8-16中的偶数个。
2.根据权利要求1所述的防割纱线，其特征在于该防割纱线以高强聚乙烯无捻长丝为芯纱；以芳纶纤维加捻长丝为外包纱，捻度为24捻/10厘米；芯纱与外包纱的体积比为0.25，采用带有8个携纱器的二维编织机和编织角为45°的二维编织成型方法编织制造。
3.根据权利要求1所述的防割纱线，其特征在于该防割纱线以高强聚乙烯无捻长丝为芯纱；以芳纶纤维加捻长丝为外包纱，捻度为21捻/10厘米；芯纱与外包纱的体积比为0.1，采用带有8个携纱器的二维编织机和编织角为45°的二维编织成型方法编织制造。
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20080806 |