CN114481388B - 一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法及装置，制备方法为：由熔喷纺丝箱制得的超细纤维与经由转杯纺纱器的输纤通道输送至转杯中的短纤维在转杯的凝聚槽中混合凝聚后，在转杯的高速旋转作用下加捻制成超细纤维/短纤转杯复合纱；制备装置包括熔喷纺丝箱和转杯纺纱器；熔喷纺丝箱包括螺杆挤压机、计量泵、带喷丝孔的熔喷模头和两个用于热牵伸的热风室以及热风管；转杯纺纱器包括内嵌凝聚槽的转杯以及转杯纺纱器盖，转杯纺纱器盖上带有输纤通道、假捻盘和引纱管；转杯纺纱器的进气口处连接有冷风室。本发明减少了复合纱多工序的制备流程，实现了高效短流程一步成型纺纱，制得的复合纱性能优异。

Description

一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法及装置
技术领域
本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置与方法。
背景技术
近年来，随着科学技术的快速发展和人们生活水平的提高，市场对纺织品附加值的要求也愈发增加。其中，超细纤维复合纱因其附加值较高而具有广阔的市场前景。目前超细纤维复合纱的制备方法主要有两种，一是两种或多种超细纤维长丝束结合成超细纤维复合纱，但该长丝束的制备需多次牵伸制备工艺流程繁琐，且该方法所制备的超细纤维复合纱复合不匀；二是将超细纤维同传统纺纱工艺结合，将超细纤维同短纤维网或者纤维条子结合再进行纺纱或者将超细纤维以加捻包覆的方式同长丝束或者短纤纱结合，然而此方法所制备的超细纤维复合纱中超细纤维同长丝束或者短纤维的结合力低，超细纤维容易脱落，复合纱的稳定性和耐用性较差。
因此缺少一种复合均匀、结构稳定且有较强机械性能和可加工性以及高附加值的超细纤维复合纱的高效短流程制备装置及方法。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法及装置。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，由熔喷纺丝箱制得的超细纤维与经由转杯纺纱器的输纤通道输送至转杯中的短纤维在转杯的凝聚槽中混合凝聚后，在转杯的高速旋转作用下加捻制成超细纤维/短纤转杯复合纱；转杯转速为25000～90000r/min。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，转杯出口负压为-2000～-9000Pa；短纤维经由分梳辊梳理后由输纤通道输送至转杯中，分梳辊转速为4000～10000r/min。
如上所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，超细纤维的直径为1～5μm；短纤维的线密度为1.0～5.0dtex，长度为10～50mm，超细纤维/短纤转杯复合纱的成纱速度为16.7～180.0m/min。
转杯纺纱器外接抽气泵，使得转杯出口负压为-2000～-9000Pa，转杯内存在负压气流，该负压气流会将经由分梳辊分梳的短纤维由输纤通道输送到高速旋转的转杯内壁面或者杯底，并在转杯高速旋转的离心力作用下向转杯凝聚槽凝聚。同时，由熔喷纺丝箱喷出的熔体经热气流牵伸成超细纤维后也会向转杯内壁面或者杯底处沉积，并在转杯高速旋转的离心力作用下向转杯凝聚槽处凝聚，从而同由输纤通道输送到转杯中的短纤维混合凝聚随后加捻成纱。
本发明还提供一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置，包括熔喷纺丝箱和转杯纺纱器，熔喷纺丝箱用于将熔体纺制成超细纤维，转杯纺纱器用于将超细纤维与短纤维凝聚混合并加捻成纱；
熔喷纺丝箱包括带喷丝孔的熔喷模头和两个用于热牵伸的热风室以及热风管；
转杯纺纱器包括内嵌凝聚槽的转杯以及转杯纺纱器盖，纺纱器盖和转杯间有缝隙，该缝隙用来抽气从而使转杯内有负压，转杯纺纱器盖上带有输纤通道、假捻盘和引纱管，引纱管和假捻盘分别位于转杯纺纱器盖的上下两侧(沿厚度方向的两侧)，且引纱管穿过转杯纺纱器盖与假捻盘相连，假捻盘、引纱管以及转杯三者的中心线重合，输纤通道斜穿转杯纺纱器盖的上下两侧，且输纤通道入口同分梳辊相连接，输纤通道出口位于转杯内，在转杯凝聚槽中混合后的超细纤维和短纤维须条在引纱作用及转杯高速旋转作用下经假捻盘后加捻成超细纤维/短纤转杯复合纱，并由引纱管引出；转杯纺纱器盖上还具有适配于熔喷纺丝箱中熔喷模头和热风管的孔洞，所述孔洞为贯穿转杯纺纱器盖上下两侧的通孔，从而使得熔喷纺丝箱中熔喷模头和热风管穿过纺纱器盖到达转杯纺纱器内部；
熔喷模头上的喷丝孔位于转杯内且正对凝聚槽，每个热风管的一端各连接一个热风室，另一端位于转杯内部且朝向由喷丝孔喷出的超细纤维，用于输送高温热气流对熔体细流进行牵伸从而得到超细纤维。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置，转杯直径为40～66mm，转杯直径相对较大，方便熔喷纺丝箱中组件的嵌入。
如上所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置，熔喷纺丝箱还包括螺杆挤压机和计量泵，螺杆挤压机和计量泵均位于转杯纺纱器盖背对转杯的一侧，计量泵分别与螺杆挤压机和熔喷模头相连。聚合物切片在熔喷纺丝箱的螺杆挤压机内加热熔融成熔体，再经计量泵计量加压后，熔体会由熔喷模头的喷丝孔喷出，且在两侧热风管产生的高速高温气流的作用下牵伸成超细纤维。
如上所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置，熔喷模头(熔喷模头为圆管状)中心线与输纤通道中心线(即输纤通道进出口中心的连线)之间的夹角为20°～160°；
两个热风室以及两个热风管均关于熔喷模头对称分布，热风管与熔喷模头之间的夹角为15°～45°。
如上所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置，喷丝孔的截面为圆形，喷丝孔孔径为0.1～0.3mm；熔喷模头上喷丝孔的数量为1～50个。
如上所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置，转杯纺纱器的进气口处连接有冷风室，使进入到转杯纺纱器中的气流为冷气流，从而可冷却经高速高温热气流牵伸过的超细纤维；牵伸后的超细纤维冷却降温后定型，但其余温会使其与自身和凝聚槽中的短纤维产生热粘合。
本发明的原理如下：
熔喷法是20世纪50年代发展起来的一种超细纤维制备技术，它通过将熔融后的高聚物经高速高温气流喷吹来使得聚合物熔体得到迅速拉伸从而制备超细纤维。同时由于熔喷法的高聚物原料具有多样性，故其可制备多种超细纤维。但目前熔喷法主要是通过网帘收集来制成熔喷非织造布，少数以熔喷制成的纤维束纺制纱线，但是所纺制的纱线的机械性能较差，不适于后续的加工使用。
转杯纺纱是20世纪60年代出现的一种自由端纺纱技术，其主要是通过负压气流和高速旋转的转杯来驱动纤维向转杯凝聚槽凝聚并实现加捻成纱。且转杯纺可直接用纤维条子进行纺纱，故其工艺流程较短，同时转杯纺也具有对纺纱原料要求较低、适纺范围较广，成纱效率较高等特点。
本发明将熔喷纺丝技术和转杯纺纱技术相结合，通过将熔喷纺丝箱嵌在转杯纺纱器中，改造得到一种用于制备超细纤维/短纤转杯复合纱的装置。在转杯纺纱过程中，由熔喷纺丝箱中制得的超细纤维会与经由转杯纺纱器的输纤通道输送到转杯中的的短纤维在转杯的凝聚槽中混合凝聚，并在转杯的高速旋转作用下加捻制成超细纤维/短纤转杯复合纱。由于该复合纱是在转杯纺成纱的过程中进行的超细纤维和短纤维的混合，故两种纤维复合均匀；本发明利用了转杯纺短流程成纱速度快的特点，可实现超细纤维/短纤转杯复合纱的直接纺制，减少了复合纱多工序的制备流程，也满足高效短程一步成型纺纱的工艺需求。且该复合纱中超细纤维之间以及超细纤维与短纤维之间的结合方式既有熔喷纺丝余温作用下的热粘合作用，又有转杯纺纱纤维间由于加捻而产生的机械缠结抱合作用，故该复合纱结构稳定，其内部的超细纤维不易脱落，同时这两种结合作用也使得该复合纱的机械性能较好。
有益效果
(1)本发明提供了一种直接制备超细纤维/短纤转杯复合纱的方法，减少了复合纱多工序的制备流程，实现了高效短流程一步成型纺纱。
(2)本发明的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法中，熔喷纺丝的原料具有多样性，故可纺制多种类型的超细纤维/短纤转杯复合纱，有较强的实用性和较高的经济价值。
(3)采用本发明的制备方法和装置所纺制的超细纤维/短纤转杯复合纱中超细纤维和短纤维的结合既有热粘合作用又有由加捻产生的纤维间缠结抱合作用，故该复合纱结构稳定，其中的超细纤维不易脱落，从而该复合纱具有优良的耐用性，同时该复合纱也具备纱线加工使用所需的较佳的机械性能。
(4)本发明的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置中熔喷纺丝箱和转杯纺纱器的结合方式简单，可快速改造便于实现。
附图说明
图1为一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置的结构示意图；
图2为一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置的截面示意图(正对输纤通道出口方向)；
图3为输纤通道示意图；
图4为一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置的截面示意图(正对熔喷纺丝箱方向)。
其中，1-转杯；2-转杯纺纱器盖；3-输纤通道；4-假捻盘；5-引纱管；6-凝聚槽；7-螺杆挤压机；8-计量泵；9-熔喷模头；10-喷丝孔；11-热风室；12-热风管；13-冷风室。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，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。
一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置，如图1、2、4所示，包括熔喷纺丝箱和转杯纺纱器；
熔喷纺丝箱包括带喷丝孔10的熔喷模头9、两个用于热牵伸的热风室11和热风管12以及螺杆挤压机7和计量泵8；喷丝孔10的截面为圆形，喷丝孔孔径为0.1～0.3mm；熔喷模头9上喷丝孔10的数量为1～50个；
转杯纺纱器包括内嵌凝聚槽6的转杯1以及转杯纺纱器盖2；转杯1直径为40～66mm；转杯纺纱器盖2上带有输纤通道3(如图3所示)、假捻盘4和引纱管5；引纱管5和假捻盘4分别位于转杯纺纱器盖2的上下两侧，且引纱管5穿过转杯纺纱器盖2与假捻盘4相连，假捻盘4、引纱管5以及转杯1三者的中心线重合；输纤通道3斜穿转杯纺纱器盖2的上下两侧，其出口位于转杯1内，入口同分梳辊相连接；转杯纺纱器盖2上还具有适配于熔喷纺丝箱中熔喷模头9和热风管12且分别贯穿转杯纺纱器盖2上下两侧的孔洞；
熔喷纺丝箱中熔喷模头9上的喷丝孔10位于转杯1内且正对凝聚槽6；两个热风管12位于转杯1内部的一端朝向由喷丝孔10喷出的超细纤维，另一端各自分别连接有一个热风室11；两个热风室11以及两个热风管12均关于熔喷模头对称分布，热风管12与熔喷模头9之间的夹角为15°～45°；熔喷模头9中心线与输纤通道3中心线之间的夹角为20°～160°；螺杆挤压机7和计量泵8均位于转杯纺纱器盖2背对转杯1的一侧，计量泵8分别与螺杆挤压机7和熔喷模头9相连；
转杯纺纱器的进气口处连接有冷风室13。
采用上述装置制备超细纤维/短纤转杯复合纱的步骤如下：
(1)经由分梳辊梳理后的短纤维在负压气流的作用下由转杯纺纱器盖上的输纤通道输送至转杯内壁面上，同时熔喷纺丝箱中聚合物切片经螺杆挤压机熔融和计量泵计量后由喷丝孔喷出的熔体在两侧热风管输送的热气流作用下牵伸成超细纤维，由于冷风室会对转杯纺纱器的入口气流进行冷却处理，故制备出的超细纤维会在转杯内的冷气流作用下冷却并沉积在转杯内壁面上；其中，超细纤维的直径为1～5μm；短纤维的线密度为1.0～5.0dtex，长度为10～50mm；
(2)在转杯高速旋转离心力作用下，在转杯内壁面上的超细纤维和短纤维向凝聚槽滑移并在凝聚槽中混合成超细纤维短纤维须条；
(3)在导引纱和引纱张力作用下超细纤维短纤维须条经由假捻盘后加捻成超细纤维/短纤维转杯复合纱，并由引纱管引出，超细纤维/短纤转杯复合纱的成纱速度为16.7～180.0m/min。
工艺参数如下：
转杯的转速为25000～90000r/min；转杯出口负压为-2000～-9000Pa；分梳辊转速为4000～10000r/min；
螺杆挤压机的熔融温度140～300℃，最高熔融压力20bar；计量泵输入输出段均配置压力传感器，驱动功率为1.5kW；热风室配有热风加热系统，包括鼓风机和空气加热器，热风室内的压缩空气温度为250～300℃，喷丝孔的单孔挤出量为0.02～0.05ghm，喷丝速度为500～1500m/min。

Claims (8)

1.一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，其特征在于：采用超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置，由熔喷纺丝箱制得的超细纤维与经由转杯纺纱器的输纤通道输送至转杯中的短纤维在转杯的凝聚槽中混合凝聚后，在转杯的高速旋转作用下加捻制成超细纤维/短纤转杯复合纱；转杯转速为25000~90000r/min，转杯出口负压为-2000~-9000Pa；
所述超细纤维/短纤转杯复合纱的制备装置包括熔喷纺丝箱和转杯纺纱器；
熔喷纺丝箱包括带喷丝孔（10）的熔喷模头（9）和两个用于热牵伸的热风室（11）以及热风管（12）；
转杯纺纱器包括内嵌凝聚槽（6）的转杯（1）以及转杯纺纱器盖（2），转杯纺纱器盖（2）上带有输纤通道（3）、假捻盘（4）和引纱管（5），引纱管（5）和假捻盘（4）分别位于转杯纺纱器盖（2）的上下两侧，且引纱管（5）穿过转杯纺纱器盖（2）与假捻盘（4）相连，假捻盘（4）、引纱管（5）以及转杯（1）三者的中心线重合，输纤通道（3）斜穿转杯纺纱器盖（2）的上下两侧，且输纤通道（3）入口同分梳辊相连接，输纤通道（3）出口位于转杯内；转杯纺纱器盖（2）上还具有适配于熔喷纺丝箱中熔喷模头（9）和热风管（12）的孔洞，所述孔洞为贯穿转杯纺纱器盖（2）上下两侧的通孔；
熔喷纺丝箱中熔喷模头（9）上的喷丝孔（10）位于转杯（1）内且正对凝聚槽（6）；每个热风管（12）的一端各连接一个热风室（11），另一端位于转杯（1）内部且朝向由喷丝孔（10）喷出的超细纤维。
2.根据权利要求1所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，其特征在于，短纤维经由分梳辊梳理后由输纤通道输送至转杯中，分梳辊转速为4000~10000r/min。
3.根据权利要求1所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，其特征在于，超细纤维的直径为1~5μm；短纤维的线密度为1.0~5.0dtex，长度为10~50mm；超细纤维/短纤转杯复合纱的成纱速度为16.7~180.0m/min。
4.根据权利要求1所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，其特征在于，转杯直径为40~66mm。
5.根据权利要求4所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，其特征在于，熔喷纺丝箱还包括螺杆挤压机（7）和计量泵（8），螺杆挤压机（7）和计量泵（8）均位于转杯纺纱器盖（2）背对转杯（1）的一侧，计量泵（8）分别与螺杆挤压机（7）和熔喷模头（9）相连。
6.根据权利要求1所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，其特征在于，熔喷模头（9）中心线与输纤通道（3）中心线之间的夹角为20°~160°；
两个热风室（11）以及两个热风管（12）均关于熔喷模头对称分布，热风管（12）与熔喷模头（9）之间的夹角为15°~45°。
7.根据权利要求1所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，其特征在于，喷丝孔（10）的截面为圆形，喷丝孔孔径为0.1~0.3mm；熔喷模头（9）上喷丝孔的数量为1~50个。
8.根据权利要求1所述的一种超细纤维/短纤转杯复合纱的制备方法，其特征在于，转杯纺纱器的进气口处连接有冷风室（13）。
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