CN105839201B - 一种喂入式纳米级静电环锭纺纱方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，在环锭细纱机的每一个牵伸上，从粗纱筒退绕下来的短纤维粗纱，经过静电纺丝区间；静电纺丝区间内部包括喇叭型接收器、料筒、若干金字塔形喷丝头、静电发生器、喇叭型接收器动力机构；喇叭形接收器接静电发生器负极，金字塔形喷丝头接静电发生器正极，正负极之间形成电场对纳米纤维B拉伸；喇叭型接收器旋转形成空气流，纳米纤维B在电场力驱动下螺旋沉积在喇叭型接收器的接收环上，在气流的带动下已沉积的纳米纤维以与流经喇叭型接收器的粗纱A并合；粗纱A带动纳米纤维B进入后置的喇叭型导纱器，经过若干个罗拉皮辊组构成的牵伸区进行牵伸加捻，最后经导纱钩穿过钢丝圈，卷绕在细纱筒上。
Description
技术领域
本发明涉及一种纺织装置和方法，尤其涉及一种喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，属于纺织技术领域。
背景技术
纳米纤维从狭义上讲是指直径于1nm到100nm之间的纤维，当纤维直径进入纳米级别时，相应的材料会表现出多种惊人的特性。如将纳米纤维植入织物表面，可形成一层稳定的气体薄膜，制成双疏性界面织物，既可防水，又可防油、防污；用纳米纤维制成的高级防护服，其织物多孔且有膜，不仅能使空气透过，具可呼吸性，还能挡风和过滤微细粒子，对气溶胶有阻挡性，可防生化武器及有毒物质。此外，纳米纤维还可用于化工、医药等产品的提纯、过滤等。
静电纺丝技术制备纳米纤维材料是近十几年来世界材料科学技术领域的最重要的学术与技术活动之一。静电纺丝并以其制造装置简单、纺丝成本低廉、可纺物质种类繁多、工艺可控等优点，已成为有效制备纳米纤维材料的主要途径之一。但当静电纺丝技术应用到越来越多的领域史，静电纺制造效率低的缺点也随之体现出来。因此，很多学者在喷丝头的开发上做了大量研究。但将静电纺丝技术与传统纺纱技术结合来研究的案例很少。这种结合可以提高纱线的质量、扩大应用领域、提高纳米纤维用途和静电纺纤维利用率。
环锭纺纱主要以短纤维为原料，如需制备具有特种性能比如吸水吸油性好的纱线只能通过改变纤维原料或者后整理。如若在成纱过程中加入静电纺丝的纳米纤维，环锭纺纱线性将凸显更优异性能，但目前现有技术缺乏相应的技术，难以获得良好性能的面料。
背景技术
本发明需要解决的技术问题是：如何将静电纺丝与环锭纺纱相结合，提供一种性能更优的纺织面料。
本发明采取以下技术方案：
一种喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，在环锭细纱机的每一个牵伸上，从粗纱筒退绕下来的短纤维粗纱，经过一个介于喂入罗拉4和粗纱吊架1之间的与外界绝缘的静电纺丝区间19；静电纺丝区间内部装置包括喇叭型接收器2、料筒11、若干金字塔形喷丝头12、静电发生器13、喇叭型接收器动力机构；在此区间内，金字塔形喷丝头12为1个或多个，喇叭形接收器2接静电发生器13负极，金字塔形喷丝头12接静电发生器13正极，正负极之间形成电场对纳米纤维B拉伸；以一定速度喇叭型接收器动力机构驱动喇叭型接收器2转动，喇叭型接收器2旋转形成空气流，纳米纤维B在电场力驱动下螺旋沉积在喇叭型接收器2的接收环20上，在气流的带动下已沉积的纳米纤维束以与流经喇叭型接收器2的粗纱A并合；粗纱A带动纳米纤维B进入后置的喇叭型导纱器3，经过若干个罗拉皮辊组构成的牵伸区进行牵伸加捻，最后经导纱钩16穿过钢丝圈，卷绕在细纱筒17上。进一步的，所述金字塔形喷丝头12呈锥形分布在喇叭形接收器2后部周围。更进一步的，金字塔形喷丝头12须在对称位置放置多个，且竖直放置，喷丝头中心正对喇叭口。
进一步的，所述喇叭型接收器动力机构为电动机14和链条15。
进一步的，所述罗拉皮辊组包括喂入罗拉4、喂入皮辊5；中罗拉6、中皮辊；前罗拉9、前皮辊10。
更进一步的，喇叭型接收器2是聚四氟一些类绝缘材料，内边缘口附着金属材料的接收环20。
更进一步的，金字塔形喷丝头为一层层阶梯叠加状，接线柱22接静电发生器正极，溶液在料筒挤压下经过中心通道23，到达喷丝头内部收集槽21，在每层阶梯边缘上开有喷丝孔24，纺丝液从一个个喷丝孔24中被挤压出，经过静电压拉伸形成纳米纤维。
再进一步的，喇叭型接收器口径比金字塔形喷丝头口径大，喇叭口朝下放置，倾斜角度<30°。
更进一步的，粗纱在正中央，4个金字塔形喷丝头需围绕粗纱，在喇叭型接收器下方竖直放置，喷丝头与接收器之间距离控制在20cm以内；金字塔形喷丝头加高压后，大量的纳米纤维喷向收集喇叭口，随着喇叭口的旋转，周围空气带动纳米纤维旋转包覆在粗纱周围，形成短暂的皮芯结构；随着纱线进入喇叭口开始牵伸，皮芯结构开始发生变化，纳米纤维逐渐内移，形成内外转移结构纱线。
本发明的有益效果在于：
1)在喂入区添加纳米纤维，经过牵伸和加捻，有效保证纱线结构紧密，不会因纳米纤维产生毛羽和条干的问题；
2)粗纱覆盖的一层纳米纤维经过牵伸和加捻使纱线产生内外转移结构，纱线更致密；
3)赋予纱线更好的吸湿性、吸油性和过滤性能；
4)提高静电纺纳米纤维的利用率，与传统纺纱方式结合扩大静电纺丝机的应用领域；
5)由于纳米纤维大的表面积而带来的高吸湿性，缓解传统纺纱过程中静电带来的飞花和断头。
附图说明
图1是本发明的工艺流程示意图。
图2为本发明的喇叭型接收器的示意图。
图3为本发明的金字塔型喷丝头示意图。
图4为本发明金字塔型喷丝头俯视图。
图5为本发明的静电纺丝部分结构示意图。
图6为本发明的纱线牵伸变化示意图。
图7为本发明纱线纵向结构示意图。
图8为本发明纱线横截面变化示意图。
图中，1.粗纱吊架，2.喇叭型接收器，3.喇叭型导纱器，4.喂入罗拉，5.喂入皮辊，6.中罗拉，7.中皮辊，8.皮圈，9.前罗拉，10.前皮辊，11.料筒，12.金字塔形喷丝头，13.静电发生器，14.电机，15.链条，16.导纱钩，17.细纱筒，18.钢丝圈，19.静电纺丝区间，20.金属材料的接收环，21.收集槽，22.接线柱，23.中心通道，24.喷丝孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
参见附图1，在环锭细纱机的每一个牵伸上，从粗纱筒退绕下来的短纤维粗纱，经过一个介于喂入罗拉5和粗纱吊架1之间的静电纺丝区间19，区间内部装置包括喇叭型接收器2、料筒11、金字塔型喷丝头12、静电发生器13、电动机14、链条15；在此区间内，纳米纤维喇叭形接收器2内部金属圆环接静电发生器13负极，金字塔型喷丝头12接静电发生器13正极，正负极之间形成电场对纳米纤维B拉伸；以一定速度转动的电机14驱动用于纳米纤维B收集的喇叭型接收器2，喇叭型接收器2旋转形成空气流，纳米纤维B在电场力驱动下螺旋沉积在喇叭型接收器2的接收环20上，在气流的带动下已沉积的纳米纤维束以与流经喇叭型接收器2的粗纱A并合；粗纱A带动纳米纤维B进入后置的喇叭型导纱器3，经过后罗拉4、后皮辊5、中罗拉6、中皮辊7、皮圈8、前罗拉9、前皮辊10组成的牵伸区进行牵伸加捻，最后经导纱钩16穿过钢丝圈18，卷绕在细纱筒17上。
参见图2。喇叭型接收器2为聚四氟乙烯、塑料类绝缘材质材质，在喇叭口内部边缘上附着上金属环20。以保证金属环20与金字塔型喷丝头之间形成电场，同时喷丝方向为喇叭型接收器内部。
参见图3-8。金字塔型喷丝头为一层层阶梯状，如图3所示，接线柱22接静电发生器正极，溶液在料筒挤压下经过中心通道23，到达喷丝头内部收集槽21。在每层阶梯边缘上开有喷丝孔24，如图4所示，纺丝液从一个个喷丝孔中被挤压出，经过静电压拉伸形成纳米纤维。喇叭型接收器口径需比金字塔型喷丝头口径大，喇叭口朝下放置，可倾斜一定角度(<30°)。粗纱在正中央，4个金字塔型喷丝头需围绕粗纱，在喇叭型接收器下方竖直放置，喷丝头与接收器之间距离控制在20cm以内，如图5所示。金字塔型喷丝头加高压后，大量的纳米纤维喷向收集喇叭口，随着喇叭口的旋转，周围空气带动纳米纤维旋转包覆在粗纱周围，形成短暂的皮芯结构；随着纱线进入喇叭口开始牵伸，皮芯结构开始发生变化，纳米纤维逐渐内移，形成内外转移结构纱线如图6-8所示。当然，如果工艺参数不当，可能会出现纳米纤维停留粗纱表面形成毛羽等，但由于是纳米级别纤维，影响不大。总体上纱线的条干、吸湿性等有所提升。
本发明可应用于棉纺、毛纺、麻纺等于各种化纤混纺、化纤与化纤混纺等工艺流程。即粗纱可以是棉、毛、麻等天然纤维素纤维以及化学纤维的粗纱，纳米纤维是可用静电纺纺成的纤维；纳米纤维通过在不同喷丝头里注入不同原料可以放置不同的纳米纤维，即纳米纤维也可以是多变的；粗纱和纳米纤维可以是同种原料或者不同种原料；喂入的粗纱可是长丝也可以是短纤维。
本发明还可以通过改变静电纺装置放置位置、改变喷丝头的个数、改变喷丝头形状、改变喂入粗纱的根数等调整工艺。
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做各种改动或修改，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。
实施例1：
下面采用氨纶粗纱与聚砜酰胺纳米纤维混纺。设置总牵伸倍数38倍，锭速为11000r/min，2.3mm宽边纲领，静电压28KV，纤维收集喇叭转速100r/min，纺丝距离15mm。温度30℃，湿度40％RH。一根氨纶粗纱从粗纱管退绕下来，在静电纺区域连续覆盖上一层聚砜酰胺纳米纤维，进入喇叭口、后罗拉、后皮辊开始牵伸，然后经过中罗拉、中皮辊、前罗拉、前皮辊之后加捻，最终经过导纱钩卷绕在细纱筒上。这样增加了氨纶的吸湿性，耐热稳定性；聚砜酰胺纤维的强力。
实施例2：
下面采用棉粗纱与棉纤维素纳米纤维混纺。设置总牵伸倍数39倍，Z捻，锭速为14000r/min，3mm宽边纲领，静电压26KV，纤维收集喇叭转速100r/min，纺丝距离15mm，温度30℃，湿度40％RH。
一根棉粗纱从粗纱管退绕下来，在静电纺区域连续覆盖上一层棉纤维素纳米纤维，进入喇叭口、后罗拉、后皮辊开始牵伸，然后经过中罗拉、中皮辊、前罗拉、前皮辊之后加捻，最终经过导纱钩卷绕在细纱筒上。这样增加了棉的吸湿性、抗菌性，扩大了纤维素在生物医药领域方面的应用。
Claims (8)
1.一种喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，其特征在于：
在环锭细纱机的每一个牵绳上，从粗纱筒退绕下来的短纤维粗纱，经过一个介于喂入罗拉(4)和粗纱吊架(1)之间的与外界绝缘的静电纺丝区间(19)；
静电纺丝区间内部装置包括喇叭型接收器(2)、料筒(11)、金字塔形喷丝头(12)、静电发生器(13)、喇叭型接收器动力机构；
在此区间内，喇叭形接收器(2)接静电发生器(13)负极，金字塔形喷丝头(12)接静电发生器(13)正极，正负极之间形成电场对纳米纤维B拉伸；喇叭型接收器动力机构以一定速度驱动喇叭型接收器(2)转动，喇叭型接收器(2)旋转形成空气流，纳米纤维B在电场力驱动下螺旋沉积在喇叭型接收器(2)的接收环(20)上，在气流的带动下已沉积的纳米纤维束以与流经喇叭型接收器(2)的粗纱A并合；粗纱A带动纳米纤维B进入后置的喇叭型导纱器(3)，经过若干个罗拉皮辊组构成的牵伸区进行牵伸加捻，最后经导纱钩(16)穿过钢丝圈，卷绕在细纱筒(17)上；
粗纱在正中央，4个金字塔形喷丝头需围绕粗纱，在喇叭型接收器下方竖直放置，喷丝头与接收器之间距离控制在20cm以内；金字塔形喷丝头加高压后，大量的纳米纤维喷向收集喇叭口，随着喇叭口的旋转，周围空气带动纳米纤维旋转包覆在粗纱周围，形成短暂的皮芯结构；随着纱线进入喇叭口开始牵伸，皮芯结构开始发生变化，纳米纤维逐渐内移，形成内外转移结构纱线。
2.如权利要求1所述的喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，其特征在于：所述金字塔形喷丝头(12)呈锥形分布在喇叭形接收器(2)后部周围。
3.如权利要求2所述的喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，其特征在于：金字塔形喷丝头(12)须在对称位置放置多个，且竖直放置，喷丝头中心正对喇叭口。
4.如权利要求1所述的喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，其特征在于：所述喇叭型接收器动力机构为电动机(14)和链条(15)。
5.如权利要求1所述的喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，其特征在于：所述罗拉皮辊组包括喂入罗拉(4)、喂入皮辊(5)；中罗拉(6)、中皮辊；前罗拉(9)、前皮辊(10)。
6.如权利要求1或2所述的喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，其特征在于：喇叭型接收器(2)是聚四氟乙烯类绝缘材料，内边缘口附着金属材料的接收环(20)。
7.如权利要求1或2所述的喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，其特征在于：金字塔形喷丝头为一层层阶梯叠加状，接线柱(22)接静电发生器正极，溶液在料筒挤压下经过中心通道(23)，到达每层溶液收集槽(21)，在每层阶梯边缘上开有喷丝孔(24)，纺丝液从一个个喷丝孔(24)中被挤压出，经过静电压拉伸形成纳米纤维。
8.如权利要求7所述的喂入式纳米级静电环锭纺纱方法，其特征在于：喇叭型接收器口径比金字塔形喷丝头口径大，喇叭口朝下放置，倾斜角度<30°。
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