CN114318603B - 一种棉纤维/热塑性聚氨酯纳米纤维混纺纱线的制备方法 - Google Patents

一种棉纤维/热塑性聚氨酯纳米纤维混纺纱线的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种棉纤维/热塑性聚氨酯纳米纤维混纺纱线的制备方法，采用共混法和静电纺丝法制备获得混纺纱。本发明将TPU纳米纤维与棉纤维相结合，弥补了低品级棉纤维、落棉、回棉转杯纱线强力不匀的缺点，成本低廉、工艺简单且安全环保，提高了企业在梳棉工序落棉回棉的使用率，节约生产成本，为企业带来了较高的经济价值。

Description

一种棉纤维/热塑性聚氨酯纳米纤维混纺纱线的制备方法
技术领域
本发明属于混纺纱的技术领域，特别涉及一种棉纤维/热塑性聚氨酯纳米纤维混纺纱线的制备方法。
背景技术
转杯纺的最终产品是应用转杯纱织造的织物。与环锭纱相比，转杯纱条干均匀、伸长大、结杂少、吸色率强，其织物耐磨性好、身骨挺括、纹路清晰，色泽鲜艳而丰满，故特别适用于织制“牛仔裤”用的劳动布及各种起绒织物，其服用性能极为良好，但其抗拉强度稍低。近年来,由于转杯纺规模增大,原料紧缺,一些企业以低等级棉甚至扫地花等作为转杯纺的原料,由于其含杂过高,因此对成纱强力影响较大，导致本就强度偏低的转杯纱线强力不匀率进一步提高，影响后道生产工序。
目前对于该问题的解决办法总结为以下几点：主要包括合理配棉、控制低等级棉使用比例、控制原料含杂率；提高开清棉、梳棉的除杂效率，合理调整落棉工艺，尽量去除杂质，在开清棉流程中增加除微尘装置；降低并条、转杯纺工序的湿度，让微尘不易黏附在纤维上；加装电子清纱装置，去除细节弱环，提高平均强力；合理制定落纱长度，周期性进行清洁；控制筒子回潮率使其达到规定范围，稳定成纱强力。但以上措施或存在增加成本或加重车间负担的弊端，同时对于成纱的强力提高并无显著效果。
聚氨酯的可纺性是限制其静电纺产业化生产的最大瓶颈，目前对于聚氨酯的静电纺研究仅局限在实验室规模的单针头纺制，传统的单针头效率低下，纺丝均匀度难以控制，无法产业化生产。多针头纺丝可提高效率，但增加针头会存在电场干扰的问题，并且针头见必要的空隙会增加设备的占地面积，这与产业化发展的方向背道而驰，所以仍然存在局限。同时纺丝液在室温较低的环境中会发生溶质的沉积，导致喷嘴堵塞，致使生产效率下降，影响生产工艺的可控性和产品质量的稳定性。现阶段TPU纳米纤维纱线的连续化批量化制备方法中，还存在着纱线质量和产量难以同时保证的问题。
发明内容
基于现有技术上述技术缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种棉纤维/热塑性聚氨酯纳米纤维混纺纱线的制备方法。
本发明的一种纳米纤维混纺纱线的制备方法，包括：
(1)将热塑性聚氨酯TPU-1、热塑性聚氨酯TPU-2、有机溶剂、助剂混合，在水浴条件下搅拌，得到TPU纺丝液；
(2)将步骤(1)TPU纺丝液进行静电纺并喷射在棉网上，生条，热压，然后经过并条工序、转杯纺工序，得到纳米纤维混纺纱线。
上述步骤的优选方式如下：
所述步骤(1)中热塑性聚氨酯TPU-1的分子量大小为10000—120000；所述热塑性聚氨酯TPU-2的分子量大小5000—10000。
进一步地，所述TPU为Lubrizol Pearlstick 5703和BASF Elastollan 1185A10。
所述步骤(1)中TPU纺丝液中热塑性聚氨酯TPU-2的浓度为18-22wt％，热塑性聚氨酯TPU-1的浓度为8-10wt％。
所述步骤(1)中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF和四氢呋喃THF，其中DMF与THF质量配比为1:1-6:4；助剂为十二烷基三甲基氯化铵DTAC，浓度为0.5-0.6wt％。
所述步骤(2)中TPU纺丝液进行静电纺并喷射在运动的棉网上7-10m/s，在范德华力的作用下与棉网紧密结合，然后在集束三角区热压。
步骤(2)中含TPU纳米纤维的棉网中TPU纳米纤维的含量为1800mg/kg-2400mg/kg。
所述步骤(2)中热压温度为70-90℃，时间为2-5min。
所述步骤(2)中静电纺丝工艺参数为：静电纺丝施加电压为48-53KV，纺丝喷头为钢丝式，接收距离为16-18cm，纺丝温度为23-28℃，环境相对湿度为30-45％，梳棉车速为20-40m/min。所述步骤(2)中转杯纺工艺参数为：转杯转速为100000-120000r/min，分梳转速为7500-8500r/min，捻度为650-750捻/米，张力系数为0.95-0.98，成纱支数为20-30支。
本发明的一种所述制备方法采用的装置，所述装置包括：上压辊1、下压辊2、负压吸风装置3、静电纺装置、加热装置9、热压辊10；其中静电纺装置包括：接收基布4、供液底座6、推进泵7、高压发生器8；
其中所述负压吸风装置3设于接收基布4的正上方；供液底座6设于接收基布4的正下方；静电纺装置的集束三角区设有一对热压辊10。
棉网经过上压辊1、下压辊2进入静电纺装置，此时负压吸风装置3打开使棉网吸附在接收基布4上，同时开启高压发生器8与推进泵7，纺丝液在电场作用下抽离形成亚微米纤维，与棉网形成混纺纤维，混纺纤维随着基布前进进入集束三角区，混纺纤维层被卷绕成具有一定厚度的生条，同时生条经过加热辊10，加热生条后续生条经过转杯纺装置成纱，最终实现增强纱线的效果。
本发明的一种所述纳米纤维混纺纱线的应用，如(高弹牛仔纱)。
有益效果
本发明提供的棉纤维/TPU纳米纤维混纺纱线，在成纱之前通过静电纺丝向棉纤维中沉积结合TPU纳米纤维，并在集束三角区进行热压处理，使纳米纤维与棉纤维结合更加紧密，较传统后道加工纱线提高强力的方法，该方法制得的棉纤维/TPU纳米纤维力学性能更佳且持久，制备过程简单，避免了传统工序加装电子清纱器等装置的繁琐步骤，降低工序并且成本低廉，同时有效利用了各生产工序的废棉落棉，有效节省企业成本，提高经济效益。
本发明将TPU纳米纤维与棉纤维相结合，弥补了低品级棉纤维、落棉、回棉转杯纱线强力不匀的缺点，成本低廉、工艺简单且安全环保，提高了企业在梳棉工序落棉回棉的使用率，节约生产成本，为企业带来了较高的经济价值。
本专利通过设置不同分子量的TPU颗粒共混，解决了TPU静电纺丝过程中的溶液凝固问题，有效提高了产量。
附图说明
图1是本发明利无针头静电纺丝装置向即将成条的棉网上进行静电纺丝并将棉网通过簇状设备收集的过程示意图；其中1上压辊、2下压辊、3负压吸风装置、4接收基布、5聚氨酯纤维、6供液底座、7推进泵、8高压发生器、9加热装置、10热压辊。
图2为本发明实施例1制备的复合纱线的扫描电镜图。
图3为本发明实施例提供的具有增强功能复合纱线的工艺流程图。
具体实施方式
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作各种改动或修改，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。
热塑性聚氨酯Pearlstick 5703(TPU)(分子量11348)，路博润特种化工有限公司；热塑性聚氨酯BASF Elastollan 1185A10，(分子量120231)(TPU)，巴斯夫(上海)有限公司；N,N-二甲基甲酰胺(DMF，纯度99.0％)，上海国药集团化学试剂有限公司；四氢呋喃(THF，纯度99.0％),上海凌峰化学试剂有限公司；十二烷基三甲基氯化铵(DTAC),AEGIS公司。纺纱原料采用OE 27.8tex品种，用70％精梳落棉加30％六级棉配棉。
参照标准GB/T 3916-2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》对复合纱线的拉伸进行定量的评价。
实施例1
装置包括：上压辊1、下压辊2、负压吸风装置3、静电纺装置、加热装置9、热压辊10；其中静电纺装置包括：接收基布4、供液底座6、推进泵7、高压发生器8；其中所述负压吸风装置3设于接收基布4的正上方；供液底座6设于接收基布4的正下方；静电纺装置的集束三角区设有一对热压辊10。
采用该装置制备过程：棉网经过上压辊1、下压辊2进入静电纺装置，此时负压吸风装置3打开使棉网吸附在接收基布4上，同时开启高压发生器8与推进泵7，纺丝液在电场作用下抽离形成纤维，与棉网形成混纺纤维，混纺纤维随着基布前进进入集束三角区，混纺纤维层被卷绕成生条，同时生条经过加热辊10，加热生条后续生条经过转杯纺装置成纱。
实施例2
(1)将热塑性聚氨酯5703和热塑性聚氨酯1185A10溶于DMF/THF溶剂(DMF与THF质量配比为6:4)中，70℃加热搅拌4h，得到TPU复合纺丝液，其中纺丝液中热塑性聚氨酯5703的浓度为20wt％，热塑性聚氨酯1185A10的浓度为8wt％；
(2)在TPU纺丝液搅拌过程中加入浓度为0.5wt％的十二烷基三甲基氯化铵，搅拌速度为500r/h，室温下搅拌2h。
(3)将上述开清棉工序得到的棉束进行梳棉(采用盖板梳理机)，在原棉梳棉的同时，进行混合纺丝溶液的静电纺丝。将制备的纺丝液加入到静电纺丝发生器的储液器中，再将静电纺丝喷头置于梳棉机下，所述的静电纺丝设备为无针头静电纺丝设备，其中，静电纺丝施加电压为50kV，纺丝环境温度为25℃，纺丝环境湿度为50％；在高压静电作用下，受到电场力的纺丝液克服自身的表面张力，形成静电纺丝射流，空白棉网在梳棉机运行的过程中，喷头离棉网距离16cm，出丝量为80g/h，梳棉机的运行速度为30m/min，静电纺丝喷头自下而上将TPU纳米纤维与白色棉网复合，并在出口三角区经过热压辊热压(热压温度在70-90℃之间，2min)，制成复合棉条。
将步骤(3)中含有TPU纳米纤维的棉网经成条后进入转杯纺成纱工序。断裂强力:按GB/T3916-2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE法)》,将试样按规定设定隔距长度500mm土2mm，动夹持器移动的恒定速度应为500mm/min，在多功能织物强力机上进行测定，测定10组，取平均值。
表1增强型热塑性聚氨酯纳米纤维混纺纱线的拉伸测试结果
对比例1
TPU增强棉2的制备：
制备方法同实施例2，区别仅在于步骤(1)中仅采用TPU1185A10，纺丝液中其浓度为28wt％，其余条件均相同。
对比例2
TPU增强棉的制备：
制备方法同实施例2，区别仅在于步骤(3)中不进行热压。

Claims (9)

1.一种纳米纤维混纺纱线的制备方法，包括：
（1）将热塑性聚氨酯TPU-1、热塑性聚氨酯TPU-2、有机溶剂、助剂混合，在水浴条件下搅拌，得到TPU纺丝液；其中热塑性聚氨酯TPU-1的分子量大小为 120231；所述热塑性聚氨酯TPU-2的分子量大小为11348；
（2）将步骤（1）TPU纺丝液进行静电纺并喷射在棉网上，生条，热压，然后经过并条工序、转杯纺工序，得到纳米纤维混纺纱线；其中纺丝液在电场作用下抽离形成纤维，与棉网形成混纺纤维，混纺纤维随着基布前进进入集束三角区，混纺纤维层被卷绕成生条，同时生条经过加热辊，加热生条后续生条经过转杯纺装置成纱。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中TPU纺丝液中热塑性聚氨酯TPU-2的浓度为 18-22wt%，热塑性聚氨酯TPU-1的浓度为8-10wt%。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF和四氢呋喃THF，其中DMF与THF质量配比为1:1-6:4；助剂为十二烷基三甲基氯化铵 DTAC，浓度为0.5-0.6wt%。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤（2）中含TPU纳米纤维的棉网中TPU纳米纤维的含量为1800mg/kg-2400mg/kg。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中热压温度为70-90℃，时间为2-5min。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中静电纺丝工艺参数为：静电纺丝施加电压为 48-53KV，纺丝喷头为钢丝式，接收距离为 16-18cm，纺丝温度为23-28℃，环境相对湿度为 30-45%，梳棉车速为20-40m/min；
所述步骤（2）中转杯纺工艺参数为：转杯转速为100000-120000r/min，分梳转速为7500-8500r/min，捻度为650-750捻/米，张力系数为0.95-0.98，成纱支数为20-30支。
7.一种权利要求1所述制备方法采用的装置，其特征在于，所述装置包括：上压辊（1）、下压辊（2）、负压吸风装置（3）、静电纺装置、加热装置（9）、热压辊（10）；其中静电纺装置包括：接收基布（4）、供液底座（6）、推进泵（7）、高压发生器（8）；
其中所述负压吸风装置（3）设于接收基布（4）的正上方；供液底座（6）设于接收基布（4）的正下方；静电纺装置的集束三角区设有一对热压辊（10）。
8.根据权利要求7所述装置，其特征在于，棉网经过上压辊（1）、下压辊（2）进入静电纺装置，此时负压吸风装置（3）打开使棉网吸附在接收基布（4）上，同时开启高压发生器（8）与推进泵（7），纺丝液在电场作用下抽离形成纤维，与棉网形成混纺纤维，混纺纤维随着基布前进进入集束三角区，混纺纤维层被卷绕成生条，同时生条经过热压辊（10），加热生条后续生条经过转杯纺装置成纱。
9.一种权利要求1所述纳米纤维混纺纱线的应用。
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