CN103014978A - 一种高强耐磨纳米纤维复合纱及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高强耐磨纳米纤维复合纱是由芯纱和包缠纱组成，其中芯纱采用取向纳米纤维纱线或纳米纤维/长丝包芯纱；包缠纱采用水溶性或碱溶性化纤长丝。芯纱采用纳米纤维包芯纱时，芯材可采用水溶性维纶或碱溶性聚酯等长丝或纱，也可采用生物相容性或普通的长丝或纱。高强耐磨纳米纤维复合纱的制备方法是采用高强纳米纤维纱或纳米纤维/长丝包芯纱为芯纱，采用水溶性维纶或碱溶性聚酯等长丝利用空心锭对芯纱包缠形成复合纱，通过一次或两次包缠可以实现对纳米纤维良好包覆，从而后道编织时复合纱具有优良强力及耐磨性，且包缠纱及芯纱编织好后可通过后处理除去。该复合纱可以编织并通过复合、功能化制成各种结构材料、复合材料以及特殊功能材料。

Description

一种高强耐磨纳米纤维复合纱及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织领域，涉及到一种高强力耐磨性纳米纤维复合纱及其制备方法。
背景技术
静电纺丝是制取纳米纤维的一种简单而经济的方法。和传统纺丝方法相比，静电纺丝有两个显著特点，其一是牵伸力采用电场力，其二是纺得纤维细(50-1000nm)。静电纺丝所制备的纤维网，具有孔洞小、孔隙率高、比表面积大等特性，可用于过滤材料、阻隔及分离膜、生物医用材料及功能性材料等。静电纺纳米纤维具有与天然细胞外基质相近的微观构造，使制备的支架能够仿生天然细胞外基质的结构特点；其极高的比表面积也为活性因子的有效释放提供了理想平台。因此，在短短的几年时间里，电纺技术就已经被广泛应用在组织工程研究的各个领域。
然而，普通电纺通常得到的是纤维无规取向的膜材料，在要求纤维高度取向排列如微电子学、光子学及组织工程支架等方面的应用受到了限制，而制备可编织的取向纳米纤维纱将大大拓展其应用领域。许多研究者对取向纳米纤维纱制备方法进行了探索。Yan H等单针头静电纺丝制备纳米纤维，采用相对配置圆筒取向收集，通过圆筒反向回转对纤维加捻，圆筒中间筒管卷绕进行收集，制得的纱线具有较好的强力(Yan H，Liu L，Zhang Z.MATERIALS LETTERS.2011，65(15-16)：2419-2421.)。Dabirian F等采用共轭静电纺丝制备纳米纤维，采用旋转的装置收集并加捻，将收集的纤维引出并通过热处理装置后卷绕收集，热处理后纱线强力显著提高(Dabirian F，Ravandi S A H，Sanatgar R H，et al.FIBERS AND POLYMERS.2011，12(5)：610-615.)。美国专利US2009324950-A1中Kim H等将多个喷头喷出的电纺纤维利用带电圆盘取向收集，然后将纤维束剥取下来卷绕收集成取向纳米纤维纱，该纱线具有较好的强力。美国专利US6106913-A中Balonis R J等将一个喷头喷出的电纺纤维利用气流沉积到导引长丝上，经牵引卷绕制成高强力纳米纤维包芯纱，并利用该纱线编织成纳米纤维器件。该方法因纳米纤维间同种电荷相互排斥影响纤维沉积效率。中国专利CN200710021149.8中李新松等采用高分子长丝或纱为芯材导丝，一对或多对喷丝头共轭纺丝制备纳米纤维，喷口相对的喷丝头喷出的纳米纤维带有相反电荷，在空中相互吸引、沉积在芯材导丝上，牵引卷绕制得表面包覆纳米纤维的高强力纱。高强力复合纳米纤维纱通过编织等加工成片状、圆柱状、块状、异型状织物等，用作皮肤、血管、骨等组织工程支架、缝合线、功能性纺织品、增强材料。目前公开的纳米纤维纱线制备方法中纳米纤维裸露在外，耐磨性较差，后续编织过程中容易受到损伤。
因此，有必要发明一种既能保持良好的纳米纤维结构，又具有高强力高耐磨性的纳米纤维复合纱及其制备方法。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种高强力高耐磨性纳米纤维复合纱及其制备方法，该复合纱既能保持纳米纤维高比表面积等优点，又具有较高的强力和较好的耐磨性，能适应后续纳米纤维器件等的编织要求。
技术方案：本发明的高强力高耐磨性纳米纤维复合纱由芯纱1和包缠纱2、3组成，其中芯纱1可以采用取向纳米纤维纱线，也可以采用纳米纤维/长丝包芯纱，直径为2-300微米；包缠纱2、3采用水溶性或碱溶性化纤长丝，直径为20-500微米。作为芯纱1皮层的纳米纤维可以采用生物高分子材料如乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、胶原蛋白(Collagen)、丝素蛋白(Silk fibroin)、明胶(Gelatin)、甲壳素(Chitin)、透明质酸(HA)、聚(ε-己内酯)(PCL)、聚(三甲基碳酸酯)(PTMC)等加药物等添加剂制备；也可采用功能材料如电纺无机碳纳米管纱(MWNTs)、二氧化钛(TiO2)和硫化锌(ZnS)纱等。芯纱1采用纳米纤维包芯纱时，芯材可以采用水溶性维纶或碱溶性聚酯等长丝或纱，也可采用生物相容性或普通的长丝或纱。
高强力高耐磨性纳米纤维复合纱的制备方法是采用高强纳米纤维纱或纳米纤维/长丝包芯纱为芯纱1，采用水溶性维纶或碱溶性聚酯等长丝利用空心锭对芯纱包缠形成复合纱。采用一次或两次包缠以实现对纳米纤维良好包覆，从而后道编织时复合纱具有优良耐磨性。
以两次包缠制备高强力高耐磨性纳米纤维复合纱为例，采用高强纳米纤维纱或纳米纤维/长丝包芯纱为芯纱1，经张力装置4调节张力，再经罗拉5喂入上空心锭7轴中，长丝2从筒子6上退绕与芯纱1一起喂入上空心锭7轴中，上空心锭7在皮带盘8的带动下产生回转，带动筒子6同步回转。芯纱未加捻，长丝2包缠在芯纱1上形成包缠复合纱进入下空心锭10轴中，长丝3从筒子9中退绕进入下空心锭10轴中，下空心锭10在皮带盘11的带动下与上空心锭7反向回转，长丝3进行反向包缠形成复合纱后经输出罗拉12、导纱杆13、槽筒14后卷绕到筒子15上。形成图1所示复合纱并卷绕成筒子纱。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明的高强耐磨纳米纤维复合纱，芯纱为复合纱提供高强力，包覆纱为复合纱提供优良耐磨性，复合纱拉伸时包覆纱向心压力提高芯纱纤维间抱合从而进一步提高复合纱强力。该复合纱能适应后道编织加工的机械性能要求。
(2)本发明的高强耐磨纳米纤维复合纱，可以编织后通过复合、功能化制成各种结构材料、复合材料以及特殊功能材料。且编织好后包覆纱及包芯纱中的芯纱可以采用水/碱溶液处理除去，使纳米纤维处于材料表面以更好发挥纳米效应。
(3)本发明的高强耐磨纳米纤维复合纱通过空心锭对纳米纤维进行包覆的制备方法，对纳米纤维几乎没有损伤，能最大限度地保护纳米纤维在后道编织工序中不受到损伤。
附图说明
图1为本发明所述高强力高耐磨性纳米纤维复合纱的结构示意图。图1中有：芯纱1；包缠纱2；包缠纱3。
图2为本发明所述高强力高耐磨性纳米纤维复合纱的制备方法示意图。图2中有：芯纱1；张力装置4；罗拉5；长丝或纱包缠纱2；筒子6；上空心锭7；皮带盘8；长丝或纱包缠纱3；筒子9；下空心锭10；皮带盘11；输出罗拉12；导纱杆13；槽筒14；筒子15。
具体实施方式
以下结合附图详细描述本发明的技术方案。本发明实施例仅供说明具体方法，该方法不受实施例的限制。
实施例1
采用细度为30dtex丝素蛋白(Silk fibroin)电纺纳米纤维/蚕丝包芯纱作为芯纱1，以0.32m/s线速度进入上空心锭7中；包缠纱2采用100tex水溶性维纶，上空心锭以240r/s速度回转；包缠纱3采用134tex水溶性维纶，下空心锭以170r/s速度反向回转。得到表面包覆水溶性维纶的维纶/电纺丝素蛋白纳米纤维/蚕丝复合纱。电子纤维强力仪测得复合纱拉伸强度0.86cN/dtex。Y731抱合力仪测得纱线耐磨次数28次。
实施例2
采用细度20dtex静电纺乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)纳米纤维纱为芯纱1，以0.28m/s速度进入上空心锭7中；包缠纱2采用80tex碱溶性涤纶，上空心锭以200r/s速度回转；包缠纱3采用110tex碱溶性涤纶，下空心锭以160r/s速度回转。得到表面包覆碱溶性涤纶的涤纶/电纺PLGA纳米纤维复合纱。电子纤维强力仪测得复合纱拉伸强度0.73cN/dtex。Y731抱合力仪测得纱线耐磨次数23次。

Claims (7)

1.一种高强力高耐磨性纳米纤维复合纱，其特征在于所述纳米纤维复合纱由芯纱和包缠纱组成，其中芯纱采用取向纳米纤维纱线或纳米纤维/长丝包芯纱，直径为2-300微米；包缠纱采用水溶性或碱溶性化纤长丝，直径为20-500微米。
2.根据权利要求1所述的一种高强力高耐磨性纳米纤维复合纱，作为芯纱皮层的纳米纤维可以采用生物高分子材料如乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)、胶原蛋白(Collagen)、丝素蛋白(Silk fibroin)、明胶(Gelatin)、甲壳素(Chitin)、透明质酸(HA)、聚(ε-己内酯)(PCL)、聚(三甲基碳酸酯)(PTMC)等加药物添加剂制备；也可采用功能材料如电纺无机碳纳米管纱(MWNTs)、二氧化钛(TiO2)和硫化锌(ZnS)纱等。芯纱采用纳米纤维包芯纱时，芯材可以采用水溶性维纶或碱溶性聚酯等长丝或纱，也可采用生物相容性或普通的长丝或纱。
3.根据权利要求1所述的一种高强力高耐磨性纳米纤维复合纱，其特征在于强力主要由芯纱提供，复合纱受拉伸时包缠纱产生向心压力提高芯纱纤维间抱合力，从而进一步提高复合纱强力；耐磨性主要由包覆纱提供。该复合纱编织成组织功能支架或功能性纺织品后，包覆纱及包芯纱中的芯纱可以采用水/碱溶液处理除去，使纳米纤维处于材料表面以更好发挥纳米效应。
4.根据权利要求1所述的一种高强力高耐磨性纳米纤维复合纱，其特征在于可以编织后通过复合、功能化制成各种结构材料、复合材料以及特殊功能材料。
5.一种高强力高耐磨性纳米纤维复合纱制备方法，其特征在于采用高强纳米纤维纱或纳米纤维/长丝包芯纱为芯纱，以小于32m/s速度进入空心锭中，采用水溶性维纶或碱溶性聚酯等长丝作为包覆纱，通过空心锭以小于500r/s速度回转包缠。从而制得高强力高耐磨性纳米纤维复合纱。
6.根据权利要求5所述的一种高强力高耐磨性纳米纤维复合纱制备方法，其特征在于通过一次或两次包缠实现对纳米纤维良好包覆，从而后道编织时复合纱具有优良强力及耐磨性。
7.根据权利要求5所述的一种高强力高耐磨性纳米纤维复合纱制备方法，其特征在于对纳米纤维几乎没有损伤，能最大限度地保护纳米纤维在后道编织工序中不受到损伤。
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C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C05 Deemed withdrawal (patent law before 1993)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130403