CN107254724B - 一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，包括环锭细纱机，环锭细纱机的前罗拉后侧设有用于对短纤须条产生定位和集束作用的集束器，和用于控制弹力丝预张力及位置、将弹力丝喂入集束器、使其与短纤须条包缠形成有回弹功能的弹力纱的欠喂加弹器；环锭细纱机的前罗拉前侧设有用于将刚性长丝束展开的展平板，和用于对刚性长丝束继续展开并以设定包缠角喂入包绕、使弹力纱被刚性长丝束包缠形成负泊松比纱的锥筒；展平板上游设有用于使刚性长丝束产生因成纱螺旋轨迹所需超喂量的超喂器。本发明还提供了负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱方法。装置结构简单，操作方便，所得负泊松比纱可用于负泊松比的织物，具有更明显的负泊松比效应。

Description

一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置与方法
技术领域
本发明涉及可负泊松比变形的复合纱及其复合纺纱技术，是反常态的负泊松比纺织品及其制备新技术。
背景技术
负泊松比纱线是指沿纱线轴向拉伸时，纱线径向会发生非常态收缩的膨胀变形，即纱线的外观直径会因拉伸而变粗的纱线。
相近的有美国专利(P Hook，Uses of auxetic fibers，专利号：US8002879 B2，2011)主要内容为负泊松比纤维集合体的物理特征指标以及负泊松比纤维集合体的各类用途。此类负泊松比纤维体可用于：互联的负泊松比纤维体集合，可以是平行排列的纤维集合体、机织物、针织物、非织造布、毡等织物形式，或这些织物的多层叠合体。其定义的组成成分包括两种，第一组份为高弹性模量的长丝材料，如碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉、芳纶纤维、聚酯纤维、BET纤维或天然纤维棉等；第二组份为弹性模量低于第一组份弹性模量的长丝材料，如硅氧烷橡胶、天然橡胶或者尼龙纤维等。此专利涉及内容包含负泊松比纱线、负泊松比织物以及由以上材料复合而成的负泊松比复合材料，并列举了以上专利产品的各种应用以及应用方法。例如，利用负泊松比材料的多孔性储存抗菌剂用于医学领域，利用多层负泊松比织物叠加进行高气压分散等。但此专利均用长丝、且第二组分的构成材料仅局限于弹性长丝，并且为主要强调的是对负泊松比材料多孔性的形成方法与应用，专利中并未涉及负泊松比纱线的具体纺纱方法。
美国专利(M.K Burns,J.R Wright,K.E Evans,FIBROUS ASSEMBLY，专利号：US2011/0209557 A1)也提供了一种负泊松比的纤维集合体，该纤维集合体涉及包括两种组份的负泊松比纱线，但其组成均采用化纤长丝与上述专利相同。该专利中给出了负泊松比纱线的结构为弹性相对较小的组份以螺旋的形式缠绕在弹性相对较大的组份(芯纱)上。同时，该专利中明确地给出了芯纱的线密度、直径大小以及被包绕角度。但在负泊松比纱线的纺制上，仅简单地描述为将较高模量的长丝缠绕在弹性较好的芯纱上，并没有实现连续同一纺纱机的纺纱工艺方法，且在对负泊松比纱线组成成分的选择范围相对较窄，仅限于长丝。
美国专利(WanDuk Lee,SangSoo Lee,CholWoh Koh,Jin Heo,MOISTURESENSITIVE AUXETIC MATERIAL,专利号：US0039088 A1，2011)提出的材料的负泊松比效应为对湿度敏感的包缠长丝在外部湿度变化时产生收缩，导致芯纱弯曲，引起纱线直径增大。专利中涉及到对负泊松比纱线结构的描述，并未提出具体的纺纱装置及方法，且该纱线结构易存在捻度不匀及稳定性等问题。
中国专利(胡红，刘世瑞，专利号：CN103361811 A，2013)提出了一种负泊松比纱线结构及其制造方法。该纱线结构通过将拉伸模量较大的第一纱线和拉伸模量较小的第二纱线相间排列同时喂入槽孔，并在转盘的转动下汇聚加捻形成负泊松比纱线，当受到拉伸作用时，两组纱线相互挤压因模量不同产生相对转移，从而达到负泊松比效应。该方法要求第一纱线和第二纱线根数相同且均在2根以上，由于该纱线结构主要通过对各组分的加捻作用形成，因此为了提供纱线的成形结构，对纱线种类的选择局限性强，同时也限制了负泊松比纱线的应用领域。同时，在复合纺纱的机构和原理上完全不同。
W.Miller等人在文章(W Miller,P.B Hook，C.W Smith,X Wang,K.E Evans，Themanufacture and characterization of a novel,low modulus,negative Poisson’sratio composite,Composites Science and Technology,2009(69):651–655)中首次给出了负泊松比纱线的概念，称其结构为双螺旋纱，并采用细度较小的超高分子聚乙烯长丝作为包绕纱，细度较大的聚氨酯长丝作为芯纱进行了试验验证。其只是提供了理论结构和采用最为容易倂丝，即均为长丝的方法，实施了聚乙烯长丝包绕氨纶长丝的负泊松比纱线的成形。
J.R.Wright等人(J.R Wright,K.E Evans,M.R Sloan,The helical auxeticyarn–A novel structure for composites and textiles；geometry,manufacture andmechanical properties,Mechanics of Materials,2011(43):476–486)给出了一种简易的负泊松比纱线的成形方法，设备主要有喂入卷轴装置、包绕卷轴装置、卷绕轴装置以及三者各自的驱动电机装置。芯纱从喂入轴以某一固定速度退绕下来平行穿过有中心孔眼的包绕轴，包绕轴垂直于喂入轴转动，包缠纱从包绕轴退绕下来，经导纱钩及张力装置后在卷绕轴前与芯纱以一定的角度汇聚并在包绕轴的带动下发生包绕，匀速缠绕在卷绕轴上，从而形成负泊松比纱线。喂入轴与卷绕轴相互平行，包绕轴垂直位于两者之间。
J.R.Wright等人(J.R Wright,M.K Burns,E James,M.R Sloan,K.E Evans,Onthe design and characterization of low-stiffness auxetic yarns and fabrics,Textile Research Journal,2012,82(7):645–654)在文章中提到的纺制负泊松比纱线方法的基础上，采用聚酯纤维、聚酰胺纤维分别与橡胶丝组合而成的负泊松比纱线，对该类纱线的物理机械性能进行了研究，并以此为依据得出了影响负泊松比效应的结构参数；W.Miller等人(W.Miller,Z.Ren,C.W Smith,K.E Evans,A negative Poisson’s ratiocarbon fiber composite using a negative Poisson’s ratio yarn reinforcement,Composites Science and Technology,2012(72):761–766)采用碳纤维束与尼龙长丝复合的螺旋包缠纱及其复合材料也具备负泊松比效应。此两者着重研究了其负泊松比性能，即只提供纱线，并未在纺纱方法上做任何论述。
周铭的硕士论文(周铭.负泊松比纱线的结构成形及建模表征.东华大学，2014.)围绕负泊松比纱线的设计、制备与理论分析，基于有限元分析法探讨具有负泊松比效应的纱线的结构参数，并利用带有超喂装置和开槽前罗拉的环锭纺纺纱设备制备负泊松比纱线，并通过建立纱线拉伸条件下的几何结构模型，明晰纱线负泊松比效应的原因。
S.Bhattacharya等人(Bhattacharya S,Zhang GH,Ghita O,Evans KE.Thevariation in Poisson’s ratio caused by interactions between core and wrap inhelical composite auxetic yarns.Composites Science and Technology.2014,102:87-93.)在螺旋结构拉胀纱的基础上讨论了包缠纱与芯纱的模量差引起的芯纱的凹陷效应以及其对纱线泊松比的影响，同时通过选择合适的纱线模量与结构参数得到了负泊松比为-13.52的拉胀纱。
Teik-Cheng Lim(Lim T-C.Semi-auxetic yarns.Physica Status Solidi(b).2014,251:273-280.)提出了一种半拉胀纱线的结构和成形方法，即将不可伸长的细线组分以三角形的模式贯穿在较粗且具有弹性的组分中，纱线在拉伸作用下，在竖直方向上具有拉胀效应，而在水平方向上为普通的纱线特点。同时也对两个平面方向上的泊松比进行了对比分析。除了三角形模式之外，还提出了一些其它的方式，如梯形波形、矩形波形和正弦波形等。
G.H.Zhang等人(Zhang GH,Ghita O,Evans KE.The fabrication andmechanical properties of a novel 3-component auxetic structure forcomposites.Composites Science and Technology.2015,117:257-267.)提出了一种新型的三组分拉胀纱，即刚性包缠纱作为第一组分螺旋缠绕在第二组分弹性芯纱上，并由第三组分进行管状涂层处理。其中采用具有捻度的超高分子量聚乙烯复丝作为包缠纱，经过脱气、成膜固化处理的硅橡胶凝胶作为芯纱，最后用硅橡胶凝胶以成膜的方式进行管状涂层，主要讨论了涂层厚度对纱线泊松比及力学性能的影响。文中提出的纱线结构在一定程度上可以提高其稳定性，但同时也限制了其拉胀效应的大小，在实际生产中以及应用方面都具有较大的局限性。
Apurv Sibal等人(Sibal A,Rawal A.Design strategy for auxetic dualhelix yarn systems.Materials Letters.2015,161:740-742.)通过对不同细度纱线制备得到的双螺旋拉胀纱的负泊松比的研究，提出可以简单地通过减小纱线直径至微米到纳米尺度来获得较大负泊松比的双螺旋拉胀纱。
G.H.Zhang等人(Zhang G,Ghita O,Lin C,Evans KE.Varying the performanceof helical auxetic yarns by altering component properties andgeometry.Composite Structures.2016,140:369-377.)对螺旋拉胀纱三个关键的结构参数，即芯纱与包缠纱的直径比、初始包缠角和各组分模量进行了一系列的研究，并得出结论为较大的直径比、较小的包缠角和较大的模量差并合理配置可以得到较大范围的拉胀效应以扩大纱线的应用领域。
综上所述，以上给出的专利和已有的研究，均有以下两个问题没有涉及或解决：第一，负泊松比纱线能否突破仅在最为简单的弹性长丝/长丝组合中制备的限制，走向更为实用的短纤须条/长丝的复合结构纱，因为短纤维纱通常更软、更易变形，而很难得不到较高的负泊松比，甚至负的泊松比；第二，负泊松比纱线的成形还只是一般的长丝/长丝复并的间断式生产制造，能否在传统纺纱机上实现高模量长丝同步与高捻度、高弹性成纱的短纤须条一步法复合纺纱，是负泊松比长/短复合结构纱成形的关键技术。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何实现负泊松比复合纱线在传统环锭细纱机上的加工制造。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：包括环锭细纱机，环锭细纱机的前罗拉后侧设有用于对短纤须条产生定位和集束作用的集束器，和用于控制弹力丝预张力及位置、将弹力丝喂入集束器、使其与短纤须条包缠形成有回弹功能的弹力纱的欠喂加弹器；环锭细纱机的前罗拉前侧设有用于将刚性长丝束展开的展平板，和用于对刚性长丝束继续展开并以设定包缠角喂入包绕、使弹力纱被刚性长丝束包缠形成负泊松比纱的锥筒；展平板上游设有用于使刚性长丝束产生因成纱螺旋轨迹所需超喂量的超喂器。
优选地，所述展平板上设有用于展平刚性长丝束的展平槽，展平槽的槽面为双曲面，即由垂直于刚性长丝束移动方向的展平曲面和顺刚性长丝束移动方向的上顶曲面组成；展平槽上设有导向槽，展平槽下端连接用于对导向槽的上下位置和喂入方向进行调节的转动位移杆。
优选地，所述锥筒为圆台形的、表面和内壁光滑、并且表面带有接续所述弹力纱所必须的引纱斜槽的锥筒；锥筒上端为进纱口，锥筒下端为出纱口，进纱口口径大于出纱口，以保证进出弹力纱的通顺与光滑化，同时使外表面的刚性长丝束能保持包绕张力和下滑展平；所述引纱斜槽的倾斜方向与刚性长丝束的包绕丝的螺旋方向交叉，以回避包绕丝的滑入。
优选地，所述超喂器为能够提供刚性长丝束包缠时所必须的螺旋轨迹相对于直线轨迹的超喂量的喂入装置；所述超喂器的超喂比为(1-cosβ)/cosβ，其中，β为包缠角。
优选地，所述集束器通过左右移动来调节短纤须条的定位和使短纤须条能相对集中呈圆形，以减少成纱的毛羽及加捻的不均匀。
优选地，所述欠喂加弹器根据弹力纱的弹性要求，提供稳定的预张力，即产生欠喂并控制与短纤须条的汇聚角θ1+θ2；其中，θ1为弹力丝的轴线与弹力纱的轴线的夹角，称短弹力丝汇聚角；θ2为短纤须条的轴线与弹力纱的轴线的夹角，称短纤须条汇聚角。
优选地，所述刚性长丝束为高模量涤纶长丝、高模量丙纶长丝、芳纶长丝、高强高模聚乙烯长丝、碳纤维长丝、金属丝、玻璃纤维长丝、玄武岩纤维长丝中的一种。
优选地，所述短纤须条为芳纶、芳砜纶、玄武岩纤维、金属纤维中的一种短纤维纱条。
优选地，所述弹力丝是为用于增大加捻成纱后的所述短纤须条的回弹性而引入的弹性纤维，用于与所述短纤须条包缠形成有形状记忆功能的弹力纱。
本发明还提供了一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱方法，采用上述的负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于，步骤为：
步骤一：三轴系同步喂入
刚性长丝束经超喂器形成所需的超喂，喂入展平板的导向槽，此为轴Ⅰ；短纤须条经集束器定位和聚拢作用喂入前罗拉钳口，此为轴Ⅱ；弹力丝经欠喂加弹器施加预张力和调整定位后，喂入前罗拉钳口，此为轴Ⅲ；
步骤二：汇聚成纱与展开包绕
同步从前罗拉钳口输出的轴Ⅱ短纤须条和轴Ⅲ弹力丝汇聚加捻成二轴系复合的弹力纱，然后弹力纱进入锥筒，并在由大到小的管内壁作用下，毛羽向后倒伏和圆整光洁化；同步刚性长丝束在展平板的展开曲面的作用下展开，在上顶曲面的作用下，加大摩擦而展平，并以设定的角度及上下位置包绕于锥筒上，并在锥筒的斜面作用下沿锥筒外表面下滑，到达出纱口；
步骤三：包缠成负泊松比纱
从锥筒的出纱口输出的光洁圆整的弹力纱，立即被刚性长丝束的包绕丝所包缠而形成三轴系复合的负泊松比纱。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
①在普通环锭细纱机上安装一个由前上罗拉驱动或步进电机驱动的超喂机构，就可以解决较细、松的刚性长丝束的喂入与稳定包缠的问题，安装方便，简洁实用；
②刚性长丝束的超喂量可以方便地调节并稳定输出，以满足刚性长丝束对有捻短纤须条的无或低张力的包缠；
③采用短纤须条位于纺程的中心轴且不发生偏向的中心状态，以获得最大的上传捻度，即负泊松比复合结构纱的捻度，使有捻短线须条更为紧密、弹性和圆整，并能提供最大的泊松比和最强的形状记忆，既能产生螺旋、又能记忆复位伸直；
④采用松结构的刚性长丝束，既能减少纺纱损伤和扁平化展开，又能在包缠弯曲中平整化而减少长丝束的可见直径，使拉伸时的负泊松比更大；
⑤采用有捻短纤须条的粗和弹性与长丝束的细和刚性间的巧妙结合进行非对称复合纺纱，赋予了该纱线不同于传统纱线(轴向拉伸的正泊松比)的负泊松比性质；
⑥本发明制造的负泊松比复合结构纱具有更明显的负泊松比效应。
附图说明
图1是负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置的俯视图；
图2是负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置的侧视图；
图3是复合纺所得负泊松比复合结构纱拉伸前后的结构示意图；
其中：1-刚性长丝束；2-超喂器，21-圆台握持辊，22-调速罗拉，23-桥接罗拉；3-展平板，31-展平曲面，32-上顶曲面，33-导向槽，34-转动位移杆；4-锥筒，41-引纱斜槽，42-进纱口，43-出纱口；5-短纤须条；6-集束器；7-弹力丝；8-欠喂加弹器，81-握持辊，82-张力盘；9-定位导纱钩负泊松比纱，92-弹力纱；102-前罗拉钳口。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
下述各实施例的负泊松比复合结构纱均采用本发明的机构配置和工艺设置，如图1和图2所示。
负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，包括环锭细纱机，环锭细纱机的前罗拉后侧设有用于对短纤须条5产生定位和集束作用的集束器6，和用于控制弹力丝7预张力及位置、将弹力丝7喂入集束器6、使其与短纤须条5包缠形成有回弹功能的弹力纱92的欠喂加弹器8；环锭细纱机的前罗拉前侧设有用于将刚性长丝束1展开的展平板3，和用于对刚性长丝束1继续展开并以设定包缠角喂入包绕、使弹力纱92被刚性长丝束1包缠形成定位导纱钩负泊松比纱9的锥筒4；展平板3上游设有用于使刚性长丝束1产生因成纱螺旋轨迹所需超喂量的超喂器2。
超喂器2是由桥接罗拉23、被桥接罗拉23驱动的调速罗拉22、与调速罗拉22通过连接轴连接驱动并能卷绕握持刚性长丝束1的圆台握持辊21等构成。
展平板3上设有用于展平刚性长丝束1的展平槽，展平槽的槽面为双曲面，即由垂直于刚性长丝束1移动方向的展平曲面31和顺刚性长丝束1移动方向的上顶曲面32组成；展平槽上设有导向槽33，展平槽下端连接用于对导向槽33的上下位置和喂入方向进行调节的转动位移杆34。
锥筒4为圆台形的、表面和内壁光滑、并且表面带有接续所述弹力纱92所必须的引纱斜槽41的锥筒；锥筒上端为进纱口42，锥筒下端为出纱口43，进纱口口径大于出纱口，以保证进出弹力纱92的通顺与光滑化，同时使外表面的刚性长丝束1能保持包绕张力和下滑展平；所述引纱斜槽41的倾斜方向与刚性长丝束1的包绕丝的螺旋方向交叉，以回避包绕丝的滑入。
超喂器2为能够提供刚性长丝束1包缠时所必须的螺旋轨迹相对于直线轨迹的超喂量的喂入装置。
集束器6通过左右移动来调节短纤须条5的定位和使短纤须条5能相对集中呈圆形，以减少成纱的毛羽及加捻的不均匀。
欠喂加弹器由握持辊81和张力盘82组成。欠喂加弹器8根据弹力纱92的弹性要求，提供稳定的预张力，即产生欠喂并控制与短纤须条5的汇聚角θ1+θ2；其中，θ1为弹力丝7的轴线与弹力纱92的轴线的夹角，称短弹力丝汇聚；θ2为短纤须条5的轴线与弹力纱92的轴线的夹角，称短纤须条汇聚角。
本发明的原理是，在常态下，较为刚性、相对较细软、较高拉伸膜量的长丝束，外包缠于弹性较大、相对较粗硬、较低拉伸膜量的有捻短纤须条的复合结构纱体，当该纱体受到拉伸作用时，刚性长丝束伸直，而有捻短纤须条由伸直状态转为螺旋包缠而变粗，形成该复合结构纱体径向的负泊松比变形。
所得的负泊松比复合结构纱的基本结构如图3所示，在拉伸前是刚性长丝束1包缠弹力纱92的定位导纱钩负泊松比纱9；拉伸后即变为弹力纱92螺旋在外而刚性长丝束1却伸直在内，形成由粗细D+2d变粗为2D+d，其中D为包缠弹力纱92的直径；d为刚性长丝束1的直径。显然，定位导纱钩负泊松比纱9的粗细增加率δ为δ＝(D-d)/(D+2d)。
负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱方法，采用上述的负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于，步骤为：
步骤一：三轴系同步喂入
刚性长丝束1经超喂器2形成所需的超喂，喂入展平板3的导向槽33，此为轴Ⅰ；短纤须条5经集束器6定位和聚拢作用喂入前罗拉钳口102，此为轴Ⅱ；弹力丝7经欠喂加弹器8施加预张力和调整定位后，喂入前罗拉钳口102，此为轴Ⅲ；
步骤二：汇聚成纱与展开包绕
同步从前罗拉钳口102输出的轴Ⅱ短纤须条5和轴Ⅲ弹力丝7汇聚加捻成二轴系复合的弹力纱92，然后弹力纱92进入锥筒4，并在由大到小的管内壁作用下，毛羽向后倒伏和圆整光洁化；同步刚性长丝束1在展平板3的展开曲面31的作用下展开，在上顶曲面32的作用下，加大摩擦而展平，并以设定的角度及上下位置包绕于锥筒4上，并在锥筒4的斜面作用下沿锥筒4外表面下滑，到达出纱口43；
步骤三：包缠成负泊松比纱
从锥筒4的出纱口43输出的光洁圆整的弹力纱92，立即被刚性长丝束1的包绕丝所包缠而形成三轴系复合的定位导纱钩负泊松比纱9。
下述具体的所述负泊松比纱及其复合纺纱的实施例1-2是对不同纤维及线密度，即选用不同的刚性长丝束、不同短纤维的粗纱须条、不同的直径比和不同的复合纺纱工艺参数，即锭速、前罗拉转速、超喂罗拉转速、捻度。按照本发明的环锭细纱机超喂非对称三轴系复合纺纱机构和纺纱方法进行，并纺制出具有负泊松比的复合结构纱线。
对于纺制好的负泊松比纱，测量其有捻短纤须条平均直径，长丝束平均直径，负泊松比纱的外观直径；采用单纱强伸仪进行拉伸性能测试，并采用微焦高频摄像仪记录拉伸过程中纱线纵向、横向的变化，计算纱线拉伸过程中的泊松比值ν，是指纱线径向应变与轴向应变的比值的负值ν＝εx/εy。其中εx为纱线的径向应变，εy为纱线的轴向应变。具体实施例与复合纺纱工艺参数实施数据和成纱实测数据如表所示。
实施例1：纺制涤棉短纤+弹力丝/高强涤纶长丝复合的负泊松比复合结构纱
采用上述本发明的超喂非对称三轴系复合纺纱装置与工艺，按照上述方式将弹力丝(氨纶)同轴喂入前罗拉钳口并直接被涤棉短纤须条包缠，将高强涤纶长丝束喂入超喂机构的圆台握持辊对，而后超喂进入前罗拉钳口，从前罗拉前钳口输出后以22°汇聚角与包缠有弹力丝的棉涤短纤须条汇聚加捻成纱，具体工艺参数和成纱实测数据如表中所示。纺制而成的(涤棉短纤+弹力丝)/高强涤纶长丝负泊松比复合结构纱的物理机械性能参数如下。其中，当拉伸该涤棉短纤与氨纶丝的弹力包芯纱/高强涤纶长丝的复合结构纱时，棉短纤与氨纶丝的弹力包芯纱由伸直变为螺旋外包缠；高强涤纶长丝束由螺旋外包缠变为伸直芯纱，即该复合结构纱的径向变形为正值、复合结构纱的外观直径变粗，理论粗细增加率δ为0.76，呈负泊松比性质，理论最大负泊松比为-0.3800；实测结果为-0.3667较高，说明该纱变粗的能力较大。而实测/理论负泊松比值小于1(0.965)的原因是因为理论泊松比值是在假设短纤维束与长丝束外观直径不变的前提下，而纱线在拉伸过程中涤棉短纤须条和氨纶丝均会发生因螺旋伸长引起的收缩和压扁，使得涤棉短纤与氨纶丝的弹力包芯纱的外观直径D减小，因此实测/理论负泊松比的比值小于1，但弹力丝的收缩可以忽略不计，且弹性绷紧又降低了短纤维的相互滑移而导致的致弹力包芯纱的直径减小和增大其复位性。
实施例2：纺制不锈钢短纤+弹力丝/不锈钢长丝复合的负泊松比复合结构纱
采用上述本发明的超喂非对称三轴系复合纺纱装置与工艺，按照上述方式将弹力丝(耐高温橡胶丝)同轴喂入前罗拉钳口并直接被不锈钢短纤须条包缠，将不锈钢长丝束喂入超喂机构的圆台握持辊对，而后超喂进入前罗拉钳口，从前罗拉前钳口输出后以58°汇聚角与包缠有耐高温橡胶丝的不锈钢短纤须条汇聚加捻成纱，具体工艺参数和成纱实测数据如表中所示。纺制而成的(不锈钢短纤+弹力丝)/不锈钢长丝负泊松比复合结构纱的物理机械性能参数如下。其中，当拉伸该不锈钢短纤与耐高温橡胶丝的弹力包芯纱/不锈钢长丝束的复合结构纱时，不锈钢短纤与耐高温橡胶丝的弹力包芯纱由伸直变为螺旋外包缠；不锈钢长丝束由螺旋外包缠变为伸直芯纱，即该复合结构纱的径向变形为正值、复合结构纱的外观直径变粗，理论粗细增加率δ为0.8636，呈负泊松比性质，理论最大负泊松比为-0.9805；实测结果为-0.9743较高，说明该纱变粗的能力较大。而实测/理论负泊松比值小于1(0.994)的原因是因为理论泊松比值是在假设短纤维束与长丝束外观直径不变的前提下，而纱线在拉伸过程中涤棉短纤须条和氨纶丝均会发生因螺旋伸长引起的收缩和压扁，使得涤棉短纤与氨纶丝的弹力包芯纱的外观直径D减小，因此实测/理论负泊松比的比值小于1，但弹力丝的收缩可以忽略不计，且弹性绷紧又降低了短纤维的相互滑移而导致的致弹力包芯纱的直径减小和增大其复位性。
环锭细纱机超喂非对称三轴系复合纺纱工艺参数与纱线负泊松比性质指标
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：包括环锭细纱机，环锭细纱机的前罗拉后侧设有用于对短纤须条(5)产生定位和集束作用的集束器(6)，和用于控制弹力丝(7)预张力及位置、将弹力丝(7)喂入集束器(6)、使其与短纤须条(5)包缠形成有回弹功能的弹力纱(92)的欠喂加弹器(8)；环锭细纱机的前罗拉前侧设有用于将刚性长丝束(1)展开的展平板(3)，和用于对刚性长丝束(1)继续展开并以设定包缠角喂入包绕、使弹力纱(92)被刚性长丝束(1)包缠形成负泊松比纱(9)的锥筒(4)；展平板(3)上游设有用于使刚性长丝束(1)产生因成纱螺旋轨迹所需超喂量的超喂器(2)。
2.如权利要求1所述的一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：所述展平板(3)上设有用于展平刚性长丝束(1)的展平槽，展平槽的槽面为双曲面，即由垂直于刚性长丝束(1)移动方向的展平曲面(31)和顺刚性长丝束(1)移动方向的上顶曲面(32)组成；展平槽上设有导向槽(33)，展平槽下端连接用于对导向槽(33)的上下位置和喂入方向进行调节的转动位移杆(34)。
3.如权利要求2所述的一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：所述锥筒(4)为圆台形的、表面和内壁光滑、并且表面带有接续所述弹力纱(92)所必须的引纱斜槽(41)的锥筒；锥筒上端为进纱口(42)，锥筒下端为出纱口(43)，进纱口(42)口径大于出纱口(43)，以保证进出弹力纱(92)的通顺与光滑化，同时使外表面的刚性长丝束(1)能保持包绕张力和下滑展平；所述引纱斜槽(41)的倾斜方向与刚性长丝束(1)的包绕丝的螺旋方向交叉，以回避包绕丝的滑入。
4.如权利要求3所述的一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：所述超喂器(2)为能够提供刚性长丝束(1)包缠时所必须的螺旋轨迹相对于直线轨迹的超喂量的喂入装置；所述超喂器(2)的超喂比为(1-cosβ)/cosβ，其中，β为包缠角。
5.如权利要求4所述的一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：所述集束器(6)通过左右移动来调节短纤须条(5)的定位和使短纤须条(5)能相对集中呈圆形，以减少成纱的毛羽及加捻的不均匀。
6.如权利要求3所述的一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：所述欠喂加弹器(8)根据弹力纱(92)的弹性要求，提供稳定的预张力，即产生欠喂并控制与短纤须条(5)的汇聚角θ1+θ2；其中，θ1为弹力丝(7)的轴线与弹力纱(92)的轴线的夹角，称短弹力丝汇聚角；θ2为短纤须条(5)的轴线与弹力纱(92)的轴线的夹角，称短纤须条汇聚角。
7.如权利要求2所述的一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：所述刚性长丝束(1)为涤纶长丝、丙纶长丝、芳纶长丝、聚乙烯长丝、碳纤维长丝、金属丝、玻璃纤维长丝、玄武岩纤维长丝中的一种。
8.如权利要求2所述的一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：所述短纤须条(5)为芳纶、芳砜纶、玄武岩纤维、金属纤维中的一种短纤维纱条。
9.如权利要求2所述的一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于：所述弹力丝(7)是为用于增大加捻成纱后的所述短纤须条(5)的回弹性而引入的弹性纤维，用于与所述短纤须条(5)包缠形成有形状记忆功能的弹力纱(92)。
10.一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱方法，采用如权利要求3～9任一项所述的负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置，其特征在于，步骤为：
步骤一：三轴系同步喂入
刚性长丝束(1)经超喂器(2)形成所需的超喂，喂入展平板(3)的导向槽(33)，此为轴Ⅰ；短纤须条(5)经集束器(6)定位和聚拢作用喂入前罗拉钳口(102)，此为轴Ⅱ；弹力丝(7)经欠喂加弹器(8)施加预张力和调整定位后，喂入前罗拉钳口(102)，此为轴Ⅲ；
步骤二：汇聚成纱与展开包绕
同步从前罗拉钳口(102)输出的轴Ⅱ短纤须条(5)和轴Ⅲ弹力丝(7)汇聚加捻成二轴系复合的弹力纱(92)，然后弹力纱(92)进入锥筒(4)，并在由大到小的管内壁作用下，毛羽向后倒伏和圆整光洁化；同步刚性长丝束(1)在展平板(3)的展开曲面(31)的作用下展开，在上顶曲面(32)的作用下，加大摩擦而展平，并以设定的角度及上下位置包绕于锥筒(4)上，并在锥筒(4)的斜面作用下沿锥筒(4)外表面下滑，到达出纱口(43)；
步骤三：包缠成负泊松比纱
从锥筒(4)的出纱口(43)输出的光洁圆整的弹力纱(92)，立即被刚性长丝束(1)的包绕丝所包缠而形成三轴系复合的负泊松比纱(9)。
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