CN102634897A - 哑铃型仿生纤维的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种哑铃型仿生纤维的生产方法，该方法是将黄麻纤维或棉纤维或竹纤维置于1∶1配比的苯甲醇溶液中15小时，其后用溶液浓度为17g/L的氢氧化钠浸泡纤维材料1小时做碱处理；然后再置于温度为100℃的烘干箱中烘干；将上述预制的纤维材料经过卧式纤维编织机，使纤维基于直径为1mm的细铜丝缠绕，通过控制收线速度与缠绕转速，增大亚麻纤维缠绕的螺旋升角，使亚麻纤维于端部交叠缠绕，形成具有哑铃型结构的仿生纤维；再将已经制备好的哑铃型仿生纤维进行聚酰胺的粘结处理，增强哑铃型仿生纤维的结合强度；本发明能有效的提高仿生复合纤维材料的产品质量和生产效率，生产成本低；生产出的哑铃型仿生纤维结合强度好，具有良好的力学性能和摩擦学性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种哑铃型仿生纤维的生产方法。
技术背景
基于结构仿生理论，哑铃型仿生纤维是一种受生物启发而制成的性能优异的新型仿生纤维的增强体。经仿生纤维增强的复合材料具有优异的摩擦性能及机械性能。采用螺旋碳纤维制成复合材料，经试验研究表明，这种复合材料具有很高的抗拉强度以及抗冲击韧性。哑铃型仿生纤维增强复合材料由于其端部粗大的结构，有利于应力传递，使得哑铃形纤维增强复合材料基体的最大径向应力低于平直纤维增强复合材料基体的最大径向应力。并且采用50CrV钢丝增强锡，测得哑铃型状短纤维复合材料比平直纤维复合材料的拉伸强度提高了107％，而理论估算值提高为115％。
现有的仿生纤维加工技术主要有：大电流定型法、喷丝板孔挤压法、纤维束预浸带法、化学气相沉积法，这些方法存在着制造工艺复杂，工作效率不高等诸多问题。对于哑铃型仿生纤维的制作甚至还是运用手工打结的方式。效率与精度十分低下。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的仿生纤维制造工艺存在的复杂、效率低、成本高的缺点，而提供一种机械化、高效率的哑铃型仿生纤维的生产方法。
本发明的工艺步骤如下：
将黄麻纤维或棉纤维或竹纤维置于1∶1配比的苯甲醇溶液中15小时，其后用溶液浓度为17％g/L的氢氧化钠浸泡纤维材料1小时做碱处理；
然后再置于温度为100℃的烘干箱中烘干；
将上述预制的纤维材料经过卧式纤维编织机，使纤维基于直径为1mm的细铜丝缠绕，通过控制收线速度与缠绕转速，增大亚麻纤维缠绕的螺旋升角，使亚麻纤维于端部交叠缠绕，形成具有哑铃型结构的仿生纤维；
最后，再将已经制备好的哑铃型仿生纤维进行聚酰胺(PA)的粘结处理，增强哑铃型仿生纤维的结合强度。
在调节收线速度与缠绕速度的过程中，收线速度为1～2m/min，缠绕速度为286～1000r/min；并且，根据哑铃间的间距与长径比，收线盘的启动时间与制动时间之比应为1.5∶1～10∶1。
本发明生产的哑铃型仿生纤维具有的特征是：哑铃型仿生纤维中间细小部分的直径为1.2～3mm，螺旋升角为30°～65°，两端粗大结构处的直径为10～60mm，哑铃间距为5～30cm，长径比为5∶1～15∶1。
本发明与现有技术比较，具有如下优点：
1、本发明所使用的设备简单、操作方便，生产哑铃型仿生纤维的效率较高。
2、生产出的哑铃型仿生纤维结合强度好，具有良好的力学性能和摩擦学性能。
3、本发明能有效的提高新型仿生复合纤维材料的产品质量和生产效率，生产成本低、生产效率高，有利于市场的推广。
附图说明
图1为本发明所制得的哑铃型仿生纤维的照片。
具体实施方式
本实施例的工艺步骤如下：
将黄麻纤维或棉纤维或竹纤维置于1∶1配比的苯甲醇溶液中15小时，其后用溶液浓度为17g/L的氢氧化钠浸泡纤维材料1小时做碱处理；
然后再置于温度为100℃的烘干箱中烘干；
将上述预制的纤维材料经过卧式纤维编织机，使纤维基于直径为1mm的细铜丝缠绕，通过控制收线速度与缠绕转速，增大亚麻纤维缠绕的螺旋升角，使亚麻纤维于端部交叠缠绕，形成具有哑铃型结构的仿生纤维；
最后，再将已经制备好的哑铃型仿生纤维进行聚酰胺(PA)的粘结处理，增强哑铃型仿生纤维的结合强度，具体方法是：将聚酰胺(PA)加热至105-115℃使之成为液态，再将这些液态的聚酰胺成雾状喷洒于哑铃型仿生纤维的表面。
在调节收线速度与缠绕速度的过程中，收线速度为1～2m/min，缠绕速度为286～1000r/min；并且，根据哑铃间的间距与长径比，收线盘的启动时间与制动时间之比应为1.5∶1～10∶1。
本发明生产的哑铃型仿生纤维具有的特征是：哑铃型仿生纤维中间细小部分的直径为1.2～3mm，螺旋升角为30°～65°，两端粗大结构处的直径为10～60mm，哑铃间距为5～30cm，长径比为5∶1～15∶1。
本发明生产的哑铃型仿生纤维结构形态如图1所示。
实施例1：
黄麻纤维：直径为1mm
细铜丝：直径为1mm
苯甲醇溶液(1∶1)：500g
氢氧化钠溶液：浓度为17g/L
聚酰胺：200g
首先将黄麻纤维置于1∶1配比的苯甲醇溶液中15小时，去除表面的淀粉与蜡质。其后，将该黄麻纤维置于溶液浓度为17g/L的氢氧化钠溶液中浸泡1个小时，进行碱处理。然后将进行碱处理的黄麻纤维取出，用蒸馏水进行冲洗，最后置于温度为100℃的烘干箱中烘干。
将预制好的黄麻纤维进行编织，使用现有的编织机，在放线辊与收线辊处连接好细铜丝，通过电机的带动，收线辊能带动铜丝水平左移从而进行收线。然后，将三股黄麻纤维系于铜丝上的一点，调整外纤维与中心通孔的角度为45°。打开收线辊处电机与法兰盘处电机，使收线速度为1m/min、缠绕速度为286r/min，当启动3s后，令收线辊制动1s，而黄麻纤维绕铜丝继续缠绕，于端部交叠形成端部增大的结构。其后，按照此周期进行编织。
将按上述步骤制得的哑铃型仿生纤维经过聚酰胺(PA)的粘结雾处理，将聚酰胺(PA)加热至105-115℃使之成为液态，再将这些液态的聚酰胺成雾状喷洒于哑铃型仿生纤维的表面。
按照上述工序所制作出的哑铃型仿生纤维，其螺旋升角为30°、长径比为5∶1、哑铃间距为5cm、端部粗大结构处的直径为10mm。
实施例2：
竹纤维：直径为1mm
细铜丝：直径为1mm
苯甲醇溶液(1∶1)：500g
氢氧化钠溶液：浓度为17g/L
聚酰胺：200g
首先将竹纤维置于1∶1配比的苯甲醇溶液中15小时，去除表面的淀粉与蜡质。其后，将该竹纤维置于溶液浓度为17g/L的氢氧化钠溶液中浸泡1个小时，进行碱处理。然后将进行碱处理的竹纤维取出，用蒸馏水进行冲洗，最后置于温度为100℃的烘干箱中烘干。
将预制好的竹纤维进行编织。使用现有的编织机，在放线辊与收线辊处连接好细铜丝，通过电机的带动，收线辊能带动铜丝水平左移从而进行收线。然后，将三股竹纤维系于铜丝上的一点，调整外纤维与中心通孔的角度为45°。打开收线辊处电机与法兰盘处电机，使收线速度为2m/min、缠绕速度为1000r/min，当启动6s后，令收线辊制动1s，而竹纤维绕铜丝继续缠绕，于端部交叠形成端部增大的结构。其后，按照此周期进行编织。
将按上述步骤制得的哑铃型仿生纤维经过聚酰胺(PA)的粘结处理，将聚酰胺(PA)加热至105-115℃使之成为液态，再将这些液态的聚酰胺成雾状喷洒于哑铃型仿生纤维的表面。
按照上述工序所制作出的哑铃型仿生纤维，其螺旋升角为45°、长径比为6.25∶1、哑铃间距为20cm、端部粗大结构处的直径为32mm。
实施例3：
棉纤维：直径为0.5mm
细铜丝：直径为1mm
苯甲醇溶液(1∶1)：500g
氢氧化钠溶液：浓度为17g/L
聚酰胺：200g
首先将棉纤维置于1∶1配比的苯甲醇溶液中15小时，去除表面的淀粉与蜡质。其后，将该棉纤维置于溶液浓度为17g/L的氢氧化钠溶液中浸泡1个小时，进行碱处理。然后将进行碱处理的棉纤维取出，用蒸馏水进行冲洗，最后置于温度为100℃的烘干箱中烘干。
将预制好的棉纤维进行编织。使用现有的编织机，在放线辊与收线辊处连接好细铜丝，通过电机的带动，收线辊能带动铜丝水平左移从而进行收线。然后，将三股棉纤维系于铜丝上的一点，调整外纤维与中心通孔的角度为45°。打开收线辊处电机与法兰盘处电机，使收线速度为1.5m/min、缠绕速度为286r/min，当启动5s后，令收线辊制动2.6s，而黄麻纤维绕铜丝继续缠绕，于端部交叠形成端部增大的结构。其后，按照此周期进行编织。
将按上述步骤制得的哑铃型仿生纤维经过聚酰胺(PA)的粘结处理，将聚酰胺(PA)加热至105-115℃使之成为液态，再将这些液态的聚酰胺成雾状喷洒于哑铃型仿生纤维的表面。
按照上述工序所制作出的哑铃型仿生纤维，其螺旋升角为30°、长径比为10∶1、哑铃间距为12.5cm、端部粗大结构处的直径为12.5mm。
Claims (2)
1.一种哑铃型仿生纤维的生产方法，该方法工艺步骤如下：
将黄麻纤维或棉纤维或竹纤维置于1∶1配比的苯甲醇溶液中15小时，其后用溶液浓度为17g/L的氢氧化钠浸泡纤维材料1小时做碱处理；
然后再置于温度为100℃的烘干箱中烘干；
将上述预制的纤维材料经过卧式纤维编织机，使纤维基于直径为1mm的细铜丝缠绕，通过控制收线速度与缠绕转速，增大亚麻纤维缠绕的螺旋升角，使亚麻纤维于端部交叠缠绕，形成具有哑铃型结构的仿生纤维；
最后，再将已经制备好的哑铃型仿生纤维进行聚酰胺的粘结处理，增强哑铃型仿生纤维的结合强度；
在调节收线速度与缠绕速度的过程中，收线速度为1～2m/min，缠绕速度为286～1000r/min；并且，根据哑铃间的间距与长径比，收线盘的启动时间与制动时间之比应为1.5∶1～10∶1。
2.权利要求1所述方法生产的哑铃型仿生纤维，其特征在于：哑铃型仿生纤维中间细小部分的直径为1.2～3mm，螺旋升角为30°～65°，两端粗大结构处的直径为10～60mm，哑铃间距为5～30cm，长径比为5∶1～15∶1。
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