CN107177915A - 一种壳聚糖纤维的纺纱优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对壳聚糖纤维的可控性能的纺纱系统优化方法，特征在于通过了解壳聚糖纤维(10)物理化学性质，设定纤维喷丝和后整参数后获得处理后的生物基纤维(20)，经过电学、力学、形态和结构筛选与壳聚糖纤维性能互补的混纺纤维(30)，优化纤维横纵截面纱线的布局，优化生物基纤维在主体纱线(40)中的位置、长度、细度和电性中形成材料、结构、层次和系统组成。从而进一步提高纤维主体的性价比，本发明具有广泛的运用前景和潜质市场。
Description
技术领域
本发明涉及纤维纺纱方法，更具体地说，涉及一种壳聚糖纤维的纺纱优化方法，形成材料在结构和层次上的系统优化，以提高纤维主体性价比。
背景技术
生物基纤维简单来说就是纤维的原材料来源于可再生生物质，而非传统的石油资源，在工业、生物医学、工程制药领域被广泛运用。壳聚糖纤维是其中一种较为成熟的种类。目前，中国生物基纤维得到了中国政府宏观和行业各层微观的支持和发展，前景非常广阔，其制备科技，规模，产业结构等处于国际领先。根据欧洲生物塑料协会的研究报告，当前开发中的生物高分子材料包括纤维素聚合物，生物基聚酯(PLA、PHB、PTT、PBT、PET等)、生物基聚酰胺(PAll、PA6、PA66、PA69、PA610)、生物基聚乙烯、生物基聚丙烯、生物基PVC、生物基TPU以及淀粉基聚合物等，他们具有生物降解性，抗菌活性，和生物相容性等优秀生物功能性能。
目前，国际服装纺织市场越来越成熟，市场不断被细分，竞争也愈演愈烈。从而也促成了各种“快速”产业，比如“fast fashion”就是典型代表。这种商业模式以牺牲资源为代价，在生产、消费和使用过程中产生庞大的废料。而如何变废为宝，不仅关系环保议题，更加涉及到社会的各个范畴。生物基产品恰好可以解决这一世界的难题。例如，现今将虾蟹壳，昆虫和真菌菌丝体外骨骼废料通过纺丝程序制作成人造壳聚糖纤维。这种纤维具有可生物降解，无毒性，抑制细菌生长，超强的吸收性能等优点。这不仅赋予其服用功能，还使其在医疗等工业产品生产中得到广泛运用。但是，在其制备过程中会产生的二次污染，在其和纤维功能性上的取舍，需要更多的思考，进一步的学习研究，和循序渐进的优化。除了壳聚糖纤维，生物基纤维还包括：具有阻 燃和抗紫外线性能的聚乳酸纤维，具有天然抗菌抑菌功能的海藻酸盐纤维，吸湿排汗的聚酰胺纤维等等。
上述生物基纤维在从原料选用到制备过程中，通过层层筛选，步步优化，其中有一重要技术攻坚为在如何在保留原料天然富有的特殊生物功能和其物理性能中取舍。在这个过程中，往往牺牲纤维的物理性能，例如纤维强度差，不耐高温，易产生静电，局限的后整理，价格高昂等。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种壳聚糖纤维的纺纱优化方法，解决现有技术中生物基纤维的强度差、不耐高温、易产生静电、局限的后整理、价格高昂等问题。
本发明解决上述问题的技术方案为：提供一种壳聚糖纤维的纺纱优化方法，包括如下步骤：
S1、使用不同的方法和后整参数，得到喷出的壳聚糖纤维丝；
S2、根据所述壳聚糖纤维丝的电学性质、力学性质以及其形态和结构，筛选与所述壳聚糖纤维性能互补的混纺纤维；
S3、优化纱线中纤维的横纵截面布局，优化壳聚糖纤维在纱线中的位置形态，完成纱线在结构和层次上的优化。
在本发明提供的壳聚糖纤维的纺纱优化方法中，所述步骤S1中还包括：根据所述壳聚糖纤维的合成材料、合成结构、外形以及规格，设定壳聚糖纤维喷丝和后整参数。
在本发明提供的壳聚糖纤维的纺纱优化方法中，所述步骤S2中，所述电学性质指纤维中的电荷分布情况，所述力学性质指纤维拉伸强度、伸长率。
在本发明提供的壳聚糖纤维的纺纱优化方法中，所述步骤S3中，通过优化所述壳聚糖纤维与所述混纺纤维的纤维长度和直径比例，使得纤维在横纵截面的分布变化。
在本发明提供的壳聚糖纤维的纺纱优化方法中，所述步骤S3中，通过优化所述壳聚糖纤维与所述混纺纤维的纺纱方法，使得纤维在纱线横纵截面的 分布变化。
在本发明提供的壳聚糖纤维的纺纱优化方法中，所述步骤S3中，通过优化所述壳聚糖纤维与所述混纺纤维的纱线，通过织物结构优化纤维在织物中的效果。
实施本发明，具有如下有益效果：
1)本发明解决的技术问题之一为壳聚糖纤维静电高和强度差的缺点：通过与相反电性材料的混纺，改善生物基纤维缠绕纺纱皮辊现象，提高纱线质量和降低损耗；
2)本发明解决的技术问题之二为针对壳聚糖纤维在纺纱过程中，受到正常机械牵引力后比同混纺纤维更易断裂的特性，解释纤维长度和纺纱质量的关系——通过优化不同纤维长度的配比来提高纺纱质量；
3)本发明解决的技术问题之三为，通过改进的纺纱技术，使价格昂贵的壳聚糖纤维在主体纱线中发挥其最大化的性能的排列；
4)本发明解决的技术问题之四为，通过针对壳聚糖纤维的纺纱系统优化方法，得到在纤维材料、结构和层次上不同的功能组合；
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在无需付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为纤维结构图，其中，图1(a)为生物基纤维壳聚糖；图1(b)为不同方法和后整参数喷出的壳聚糖纤维丝；图1(c)为电学、力学、形态和结构筛选与壳聚糖纤维性能互补的混纺纤维；图1(d)为优化纤维横纵截面布纱线的布局；图1(e)为优化壳聚糖纤维在纱线中的位置形态；
图2为静电序列原理图；
图3为壳聚糖纤维促细胞生长实验结果；图3(A)为细胞存活率与壳聚糖的比例的关系；图3(B)为细胞浓度与壳聚糖的比例的关系；图3(C)为细胞浓度与壳聚糖的比例&细胞培养时间的关系；图3(D)为细胞浓度与壳 聚糖纤维的重量的关系；
图4为壳聚糖纤维促老鼠伤口愈合实验结果；图4(A)为不同壳聚糖含量的壳聚糖纤维对老鼠伤口愈合影响的结果照片，图4(B)为不同壳聚糖含量的壳聚糖纤维对老鼠伤口愈合影响的统计结果图，图4(C)为不同壳聚糖含量的壳聚糖纤维的抗菌性能的统计结果图；
图5为不同混纺技术中纤维的分布模型：图5(A)为在纱线矩阵中，纤维相互间的摩擦和拉伸情况；图5(B)为在纤维共混法和拼条纺中，纤维方向上的向心力；图5(C)为不同生物基纤维长度和迁移系数对(a)纤维共混法纱线强度；(b)纤维共混法纱线的拉伸；(c)纤维拼条混法纱线强度；(d)纤维拼条混法纤维共混法纱线的拉伸的影响；
图6为模拟场的建立。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
现有的针对生物基纤维可控性能的纺纱系统优化方法，包括如下：
实施例1
通过了解生物基纤维10物理化学性质，设定纤维喷丝和后整参数后获得处理后的生物基纤维20，经过电学、力学、形态和结构筛选与壳聚糖纤维性能互补的混纺纤维30，优化纤维横纵截面布纱线的布局，优化生物基纤维在主体纱线40中的位置、长度、细度和电性中形成材料、结构、层次和系统组成。该纺纱方法利用摩擦静电理论选区不同电化学性能的纤维，有效地中和总体电荷的分布，在优化的精确控制条件下形成纱线，实现生物基纤维的高利用率，从而最大限度地减少生产成本。图2中以壳聚糖生物基纤维为例，与腈纶纤维混纺，举例说明原理。图2中包括如下步骤(1)摩擦产电的过程；(2)带不同电荷的纤维相互吸引(3)由于壳聚糖/腈纶混纺主体纤维的横截面。此方法采用拉格朗日内插方法，系统地分析生物基混纺纱线的物理机械性能，证明得到由于正电荷和负电荷的互补效应，壳聚糖/腈纶混纺纱线强度 高于壳聚糖/棉混纺纱。此纺织方法将静电序列理论创新应用于解决生物基纤维纺织中强静电，高浪费高成本的技术难题。此方法有望促进生物基纤维在纺织工业和医疗行业中的使用。
实施例2
生物基纤维具有不同于人造纤维的生物功能，例如壳聚糖纤维具有促伤口愈合和抗菌的优良生物功能。此处以壳聚糖纤维为例，此生物基纤维经湿法纺丝技术制成，和棉纱/腈纶分别混纺成纱，来评测其在体外(纤维细胞)和体内(动物试验)中的促伤口愈合作用和抗菌效果。此纺织方法通过系统地对其不同混纺比例，混纺纤维/纱线规格参数的调整，使得生物基混纺纱线在最优生产性价比下，发挥最大的生物功能。例如，图3为壳聚糖纤维促细胞生长实验结果，选用的壳聚糖纤维中壳聚糖的比例为0％、5％、10％，纤维重量选用0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g，细胞生长情况的指标为生存力和生长速度。如图3(A)所示，细胞生长实验中，细胞存活率随着壳聚糖的比例升高而升高；如图3(B)所示，细胞浓度随着壳聚糖的比例升高而升高；如图3(C)所示，细胞浓度随着壳聚糖的比例&细胞培养时间升高而升高；如图3(D)所示，细胞浓度随着壳聚糖纤维的重量升高而升高。
图4为壳聚糖纤维促老鼠伤口愈合实验结果，图4(A)为不同壳聚糖含量的壳聚糖纤维对老鼠伤口愈合影响的结果照片，图4(B)为不同壳聚糖含量的壳聚糖纤维对老鼠伤口愈合影响的统计结果图，图4(C)为不同壳聚糖含量的壳聚糖纤维的抗菌性能的统计结果图，如图4所示，壳聚糖生物基混纺纱线对其促细胞生长、老鼠伤口愈合具有显著促进影响，并具有优良的抗菌性能。在上述生物实验举例说明中，含4％壳聚糖纤维的壳聚糖/棉混纺织物已具有优秀的抗菌性能(高于99％)，此结论将大大降低具有抗菌功能生物基混纺纱线的生产成本。
实施例3
生物基纤维在主体纱线或纺织材料中不同的分布参数，也将影响其物理 化学性质和生物功能的表现。所以如图5和图6所示，以其中一项壳聚糖混纺纱线为例，说明此技术对最优化纱线性能所作的改进。在此例中，采用纤维混和拼条混法两种不同的纺纱技术研究纤维长度、混纺比例在环锭纺纱系统对纱线一系列性能的影响，例如纱线的拉伸强度、伸长率、纱支、捻度和均匀度等。如图6所示，纱线样品中的纤维成分和纤维径向分布，通过横截面观测确定，并建立了相应的模型和计算其迁移指数。通过这样的拟合模型分析，解释纤维长度、分布、纺纱方法和纺纱质量的关系——通过优化来提高纺纱质量。通过此项技术，最优的混纺壳聚糖纤维长度被确定，生产成本得到降低。同时，通过与不同的混纺方法的结合，壳聚糖这一生物基混纺纱线将可以具有不同的性能表现，远远拓宽了其运用范围，可从医疗行业跨界到时尚功能性服装设计。
实施例4
此项技术通过降低生物基纱线材料的生产成本，最优化其化学物理性能和生物功能，使得更多的生物基材料可被运用于临床医学、医疗材料和产品的开发和设计上。例如，此项技术使得壳聚糖这一生物基纤维在临床研究中成为非常具有前途的伤口愈合材料，它将被广泛运用在病患的日常护理上，例如帮助大疱性表皮松解症(缩写：EB)患者及他们的家庭和医务人员。目前，对EB的研究主要集中在其发病原因和治疗方法上。却鲜有研究如何在日常生活中减轻患者的病痛和防止伤口水疱的形成。此项技术将通过壳聚糖这一生物基纤维在纺织品工业化生产中的运用，设计同时具有自动痊愈伤口和抗菌功能、优良舒适性和方便穿着的防护服装，来减轻病症所带来的痛苦，解决EB患者对适合其日常护理防护服装的需求。此技术不仅可运用于减轻EB带来的不便和疼痛，而且还开发得到更多的皮肤防护纺织品，用于治疗烧伤，促进伤口愈合等。
需要特殊说明的是，以上技术方案仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，在阅读了本发明的内容之后，本领域技术人员可以对本发 明做出改动或修改，这些等价形式同样在本申请所附权利要求书所限定的范围之内。
Claims (6)
1.一种壳聚糖纤维的纺纱优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、使用不同的方法和后整参数，得到喷出的壳聚糖纤维丝；
S2、根据所述壳聚糖纤维丝的电学性质、力学性质以及其形态和结构，筛选与所述壳聚糖纤维性能互补的混纺纤维；
S3、优化纱线中纤维的横纵截面布局，优化壳聚糖纤维在纱线中的位置形态，完成纱线在结构和层次上的优化。
2.根据权利要求1所述的纺纱优化方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括：根据所述壳聚糖纤维的合成材料、合成结构、外形以及规格，设定壳聚糖纤维喷丝和后整参数。
3.根据权利要求1所述的纺纱优化方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述电学性质指纤维中的电荷分布情况，所述力学性质指纤维拉伸强度、伸长率。
4.根据权利要求1所述的纺纱优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过优化所述壳聚糖纤维与所述混纺纤维的纤维长度和直径比例，使得纤维在横纵截面的分布变化。
5.根据权利要求1所述的纺纱优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过优化所述壳聚糖纤维与所述混纺纤维的纺纱方法，使得纤维在纱线横纵截面的分布变化。
6.根据权利要求1所述的纺纱优化方法，其特征在于，所述步骤S3中，通过优化所述壳聚糖纤维与所述混纺纤维的纱线，通过织物结构优化纤维在织物中的效果。
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2016
- 2016-03-11 CN CN201610141033.7A patent/CN107177915A/zh active Pending
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