CN108625014B - 一种双组分微纳米纤维纱线及纺纱装置 - Google Patents

一种双组分微纳米纤维纱线及纺纱装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双组分微纳米纤维纱线及纺纱装置，将两种成分的微纳米纤维，通过喷气纺纱装置上的两个熔喷口，一边通过将TPU和PP熔喷共混纺丝形成的微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸，另一边采用具有透明、隔热、吸声等功能的CQ‑M81‑PP纳米聚丙烯切片通过熔喷纺丝制取微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸，两个微纳米纤维在V形容腔旋转、加捻形成一根纱线；最后由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱。本发明加捻效果好且工作效率高，使得生产出来的纱线结构蓬松、孔隙多，具有抗菌、隔热、保暖、过滤、吸附、吸声等功能。

Description

一种双组分微纳米纤维纱线及纺纱装置
技术领域
本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种双组分微纳米纤维纱线及纺纱装置。
背景技术
熔喷法纺丝技术主要用于非织造布的生产。熔喷非织造技术起源于20世纪50年代初，当时美国海军实验室在政府资助下，研究并开发用于收集核弹爆炸后上层大气中放射性微粒的过滤材料，其工艺是将熔融的聚合物通过挤压机挤入一股敛聚的热气流中，在气流的拉伸作用下形成的超细纤维被吹向凝网器，从而堆积成一种超细过滤材料。该工艺是现代熔喷非织造技术的雏形。20 世纪 60 年代中期，美国 Exxon公司对该方法进行了改进，进入70 年代将此技术转为民用，并与美国田纳西大学联合建立了非织造材料发展研发中心，熔喷技术进入了产学研发展阶段。20 世纪 80 年代开始，熔喷非织造材料在全球增长迅速，保持了 10%~12% 的年增长率，得到了突飞猛进的发展。
熔喷法非织造布是 20 世纪 50 年代首先在美国研制成功的，我国也曾在 60 年代初进行过研制。它由高熔融指数的聚丙烯切片直接纺丝成布，是一种高新技术产品。
熔喷法非织造工艺流程为：聚合物切片在螺杆挤出机中受热熔融，熔体被输送到喷丝板的喷丝孔中，离开喷丝孔的聚合物熔体在高速高温气流的强烈牵伸作用下形成超细长丝或超细短纤维，并随气流沉积于成网帘或接收滚筒上形成熔喷纤网。
熔喷工艺是聚合物熔体从模头中挤出后，受到高速热气流的作用，在聚合物射流冷却凝固前，利用高速气流对聚合物射流进行拉伸，在接收装置上直接形成超细纤维无纺布的一种加工工艺。
商业熔喷纤维的直径通常为1～10μｍ，目前实验室已经能利用熔喷技术制备出的熔喷纤维最小直径低于0.6μｍ，属纳米纤维。从喷丝板挤出后进入高速高温气流场中并被迅速拉伸变细至微纳米纤维。
熔喷法非织造布的纤维特点是超细，其纤维直径最小可达到0.5μm，一般在1~5μm之间，纤维越细，非织造布的质量越好，但产量相对减少。
熔喷纤维的直径很细，比表面积大且纤网的孔径小，熔喷非织造产品其有优越的粒子栏截、粒子捕获的性能以及保暖性。同时，熔喷产品还有不同寻常的毛细作用以及透气性（水与血液不能渗透而水蒸汽可以渗透）。为此，熔喷产品也广泛用作过滤材料、保暖材料、卫生材料、医用材料等。
聚合物从喂料漏斗中喂入，由螺杆马达带动旋转的螺杆挤压螺纹推动向机筒前方，先后经过5个设有不同温度的加热区域。聚合物在机筒中温度会逐渐升高，其物理状态也由玻璃态转变为高弹态，最后成为粘流态，达到完全熔融。螺杆按一定速度稳定旋转，把均匀的熔融聚合物等压、等量地输送到喷丝板。流经喷丝板孔径后挤出的聚合物细流再经两股高温高速气流牵伸熔融聚合物，制得微纳米纤维。
CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片是具有透明、隔热、吸声等功能，富含超细复合型纳米新材料的PP聚丙烯切片。
PP属于热塑性高聚物，TPU属于弹性高聚物，两组份的收缩量差异巨大。在熔喷共混纺丝中，二者由于收缩量的不同，一种高收缩性的纤维会缠绕在另一种低收缩性的纤维上，在径向产生螺旋结构的卷曲，形成螺旋结构纤维。采用弹性高聚物TPU和热塑性高聚物PP熔喷共混纺丝，由于收缩性不同可以形成螺旋结构的纤维。这种螺旋结构的纤维可以获得更好的蓬松效果、透气效果，由于具有良好的弹性，可以提高其面料的柔软性能。
随着PP/TPU中TPU质量百分比的不同，纤维的螺旋形貌也发生变化。在一定条件下，当TPU质量百分比增加，纤网中卷曲或螺旋纤维的数量逐渐增多，且纤维的卷曲程度逐渐增加。当TPU质量百分比降低，纤网中纤维的卷曲程度逐渐下降，卷曲纤维数量逐渐减少。
把PP/TPU熔喷共混纺丝纤维与CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片通过熔喷纺丝形成纤维，通过本发明中的纺纱装置，在纺丝过程中两种微纳米纤维在V形容腔旋转、加捻形成一根纱线；使这种纱线及面料具有更好的柔软、蓬松、保暖、顺滑、抑菌效果。
发明内容
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种双组分微纳米纤维纱线及纺纱装置。
技术方案：本发明所述的一种双组分微纳米纤维纱线，该微纳米纤维纱线制备过程如下：
将两种成分的微纳米纤维，通过喷气纺纱装置上的两个熔喷口，一边通过将TPU和PP熔喷共混纺丝形成的微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸，另一边采用具有透明、隔热、吸声等功能的CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片通过熔喷纺丝制取微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸，两个微纳米纤维在V形容腔旋转、加捻形成一根纱线；最后由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱。
进一步的，所述的一种双组分微纳米纤维纱线，所述双组分微纳米纤维纱线采用两种组分，所述双组分微纳米纤维纱线一种组分为TPU和PP熔喷共混纺丝，所述双组分微纳米纤维纱线另一种组分为采用CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片熔喷纺丝。
进一步的，所述喷气纺纱装置包括装置本体，所述装置本体内设有V形容腔，所述装置本体的侧部分别设有容纳微纳米纤维进入的第一熔喷嘴和第二熔喷嘴，所述第一熔喷嘴和第二熔喷嘴处均设有热空气入口，所述热空气入口与V形容腔相连通，所述装置本体的中部还设有多个压缩空气入口，所述压缩空气入口与V形容腔相连通，所述装置本体的下部还设有多个减压排气孔，所述V形容腔底部出料口下方依次设有引纱罗拉、导纱罗拉、筒纱和卷绕罗拉。
进一步的，所述V形容腔的半径自上到下逐渐变小。
进一步的，所述V形容腔的中心与V形容腔底部出料口同轴心。
进一步的，所述第一熔喷嘴和第二熔喷嘴的上部均设有一个热空气入口，下部设有四个相互对称的压缩空气入口。
进一步的，所述第一熔喷嘴和第二熔喷嘴下方均设有螺旋导流板。
进一步的，所述V形容腔的角度a范围是5°-60°。
进一步的，所述第一熔喷嘴与第二熔喷嘴对称设置。
进一步的，所述压缩空气入口与V形容腔轴线呈45-90°夹角。
有益效果：本发明的双组分微纳米纤维纱线及纺纱装置，通过将两种成分的微纳米纤维分别通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸、加捻，然后两种微纳米纤维相互缠绕在一起，形成一种双组分微纳米纤维，加捻效果好且工作效率高，使得生产出来的纱线具有抗菌、隔热、蓬松、保暖、过滤 吸附、吸声等功能。由于两种微纳米纤维同时V形容腔内做螺旋运动，然后两种微纳米纤维相互缠绕在一起，形成一种双组分微纳米纤维，由于两种微纳米纤维在一个V形容腔内以相同的速度同步旋转加捻，而且是通过纤维旋转而非纤维扭曲进行加捻，所以加捻效果好且工作效率高，纤维间贴合效果好。
本发明提供了一种熔喷法微纳米一步法纺纱装置，通过本发明装置，熔喷形成的微纳米纤维通过螺旋气流加捻，直接形成纱线，为熔喷微纳米纤维纺纱技术带来较大进步，也为微纳米纤维的应用提供了广阔的空间。本发明装置结构紧凑，设计合理，便于工业化、规模化生产，把纺丝、成纱结合在一起，极大缩短了工艺流程，有利于纺织行业技术进步。
通过本发明装置生产的双组份微纳米纱线，一方面具有微纳米纤维的性能，同时又兼具有独特的纱线结构，为微纳米纤维纱线产品的开发提供了更多的选择，扩大了微纳米纤维的市场空间。
附图说明
图1为本发明的微纳米纤维融合过程示意图；
图2为本发明的芯纱融合过程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本发明的一种双组分微纳米纤维纱线制备工艺，结合图1和图2，具体包括：
将两种成分的微纳米纤维，通过喷气纺纱装置上的两个熔喷口，一边通过将TPU和PP熔喷共混纺丝形成的微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸，另一边采用具有透明、隔热、吸声等功能的CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片通过熔喷纺丝制取微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸，两个微纳米纤维在V形容腔旋转、加捻形成一根纱线；最后由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱。
进一步的，所述双组分微纳米纤维纱线采用两种组分，一种组分为TPU和PP熔喷共混纺丝，另一种组分为采用CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片熔喷纺丝。
所述微纳米纤维采用CQ-M81- PP纳米聚丙烯切片。熔体温度为 260℃，热空气温度为 220℃，空气压力为3atm，熔体流量为 3.2ml/min。
所述微纳米纤维采用PP与TPU混合；投料前，先把TPU切片在 80℃下真空干燥 24小时，再按一定质量比把PP、TPU 切片使用深冷低温粉碎机，粉碎成100目的超细粉末；其中混合质量比：TPU的质量百分比为 5%-17%；其中PP采用熔融指数为 1300g/10min 的 PP原料。
如图1到图2所示的上述双组分微纳米纤维纱线的纺纱装置，包括喷气装置本体1，所述喷气纺纱装置包括装置本体1，所述装置本体1内设有V形容腔2，所述装置本体1的侧部分别设有容纳微纳米纤维进入的第一熔喷嘴3和第二熔喷嘴5，所述第一熔喷嘴3和第二熔喷嘴5处均设有热空气入口4，所述热空气入口4与V形容腔2相连通，所述装置本体1的中部还设有多个压缩空气入口6，所述压缩空气入口6与V形容腔2相连通，所述装置本体1的下部还设有多个减压排气孔12，所述V形容腔2底部出料口下方依次设有引纱罗拉8、导纱罗拉9、筒纱10和卷绕罗拉11。
作为上述实施例的进一步优化：
优选地，所述V形容腔2的半径自上到下逐渐变小。
优选地，所述V形容腔2中心与V形容腔2底部出料口同轴心。
优选地，所述第一熔喷嘴3和第二熔喷嘴5的上部均设有一个热空气入口4，下部设有四个相互对称的压缩空气入口6。
优选地，所述第一熔喷嘴3和第二熔喷嘴5下方均设有螺旋导流板7。
优选地，所述V形容腔2的角度a范围是5°-60°。V形容腔长度：100mm，上部内径60mm，出口内径3mm。
优选地，如图1所示，所述第一熔喷嘴3与第二熔喷嘴5对称设置。
优选地，所述压缩空气入口6与V形容腔2轴线呈45-90°夹角。
本发明的工作原理是：在V型喷气纺纱管上端存在对称分布的两个熔喷口，高速热空气从两个熔喷口分别沿着切线方向喷入纺纱管，在螺旋导流板的约束下在V形腔内旋转，两个热熔喷嘴喷出的两组微纳米纤维，在高速旋转的热气流的引导下，不断牵引、旋转、拉伸。四个沿切线方向分布的压缩空气喷气孔，喷入的压缩空气对来自V形腔上部的旋转热气流进行旋转加速、降温，使两组微纳米纤维分别在降温中完成结晶、成形。随着气流下移，V型纺纱管直径越来越小，旋转速度不断加快，两组微纳米纤维在高速旋转气流的引导下进一步完成拉伸、加捻，在V形腔的下部设有减压排气孔，高速旋转气流通过排气孔排出，旋转的两组微纳米纤维相互旋转、加捻在一起形成一个双组分微纳米纤维纱，再由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱。由于两组微纳米纤维在一个V形容腔内以相同的速度同步旋转加捻，而且是通过纤维旋转而非纤维扭曲进行加捻，所以加捻效果好且工作效率高，纤维间贴合效果好
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：该微纳米纤维纱线制备过程如下：
将两种成分的微纳米纤维，通过喷气纺纱装置上的两个熔喷口，一边通过将TPU和PP熔喷共混纺丝形成的微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸，另一边采用具有透明、隔热、吸声等功能的CQ-M81-PP纳米聚丙烯切片通过熔喷纺丝制取微纳米纤维通过在V形容腔内做螺旋运动，随着快速气流的牵引、旋转，完成拉伸，两个微纳米纤维在V形容腔旋转、加捻形成一根纱线；最后由引纱罗拉引出，经过导纱罗拉、卷绕罗拉卷绕成筒纱；
所述喷气纺纱装置包括装置本体(1)，所述装置本体(1)内设有V形容腔(2)，所述装置本体(1)的侧部分别设有容纳微纳米纤维进入的第一熔喷嘴(3)和第二熔喷嘴(5)，所述第一熔喷嘴(3)和第二熔喷嘴(5)处均设有热空气入口(4)，所述热空气入口(4)与V形容腔(2)相连通，所述装置本体(1)的中部还设有多个压缩空气入口(6)，所述压缩空气入口(6)与V形容腔(2)相连通，所述装置本体(1)的下部还设有多个减压排气孔(12)，所述V形容腔(2)底部出料口下方依次设有引纱罗拉(8)、导纱罗拉(9)、筒纱(10)和卷绕罗拉(11)。
2.根据权利要求1所述的一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：所述双组分微纳米纤维纱线采用两种组分，一种组分为TPU和PP熔喷共混纺丝，另一种组分为采用CQ-M81-PP纳米聚丙烯切片熔喷纺丝。
3.根据权利要求1所述的一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：所述V形容腔(2)的半径自上到下逐渐变小。
4.根据权利要求1所述的一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：所述V形容腔(2)中心与V形容腔(2)底部出料口同轴心。
5.根据权利要求1所述的一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：所述第一熔喷嘴(3)和第二熔喷嘴(5)的上部均设有一个热空气入口，下部设有四个相互对称的压缩空气入口(6)。
6.根据权利要求1所述的一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：所述第一熔喷嘴(3)和第二熔喷嘴(5)下方均设有螺旋导流板(7)。
7.根据权利要求1所述的一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：所述V形容腔(2)的角度a范围是5°-60°。
8.根据权利要求1或5所述的一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：所述第一熔喷嘴(3)与第二熔喷嘴(5)对称设置。
9.根据权利要求1或5所述的一种双组分微纳米纤维纱线，其特征在于：所述压缩空气入口(6)与V形容腔(2)轴线呈45-90°夹角。
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