CN114981493A - 用于形成复合纱线的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种形成具有选定性能特性的复合纱线的方法和系统，所述性能特性包括耐切割性和/或耐火/耐热性。复合纱线将包括一根或多根长丝的芯和纤维束，该纤维束缠绕在芯周围并与一根或多根有助于将纤维围绕芯部束缚的另外的长丝合并。附加的长丝或其它复合纱线可以与其一起合股以形成成品复合纱线。芯部长丝(一根或多根)将选自耐切割和/或耐火/耐热材料，而纤维束的纤维和围绕芯缠绕的附加长丝(一根或多根)可以选自天然或合成纤维或具有附加期望性质的长丝。

Description

用于形成复合纱线的方法和系统
优先权要求
本申请要求在2019年12月18日提交的较早提交的美国专利申请号16/718,738的优先权。
参考引用
在2019年12月18日提交的第16/718,738号美国专利申请的公开内容和附图通过引用结合于此，如同以其整体阐述一样。
技术领域
本发明涉及织物、纱线和制造复合纱线的工艺。特别地，本发明涉及具有由嵌入有一根或多根长丝的纤维束包围的芯的复合短纤纱，以及形成这种复合短纤纱的方法，所述复合短纤纱显示出所需的性能特性，例如增强的强度和耐切割性。
背景技术
具有增强的物理性能(例如耐切割性、增加的强度和耐热/耐火性能)的高性能纱线和织物可通过结合具有这些性能的各种纤维和长丝形成。例如，这种高性能纱线通常包括由一根或多根长丝或纤维形成的芯，所述长丝或纤维为例如玻璃、金属、或者合成或聚合物材料，例如芳族聚酰胺或对芳族聚酰胺。芯通常用一根或多根附加的长丝或纤维包缠，通常包括各种天然和合成或聚合物材料。不幸的是，许多常规高性能纱线的共同缺点是不能表现出经济性和性能的最佳组合，即，由于常规高性能纱线中所用材料的性质和由此预期的性能特性，这些纱线在其制造中通常需要更大的费用。此外，需要设法使由这些复合纱线制成的服装的穿戴者与复合纱线的潜在磨蚀性芯部长丝(即，芳族聚酰胺、对位芳族聚酰胺、玻璃或钢纤维/丝)之间的直接皮肤接触最小化。因此，一直需要解决本领域中的上述和其它相关和无关问题的替代性高性能纱线和织物。
发明内容
简而言之，本公开在一个方面涉及用于形成具有所需性能特性的复合短纤纱(spun yarns)的方法和系统。在一个实施方式中，可以提供一种用于制造复合纱线的方法。形成复合纱线的方法包括将短纤维的一根或多根粗纱与至少一根芯部长丝(即，具有耐切割和/或耐热性能的玻璃、金属或合成/聚合物长丝)一起纺制，所述短纤维可以是相同或相似类型的，以便形成将围绕芯部长丝纺制的基本上混纺的纤维束。例如，纤维束的纤维可以是天然或合成/聚合纤维，例如棉、尼龙等…，其具有另外的选定性质，例如水分芯吸、柔软性等...，以与芯部长丝的性质结合。当芯部长丝和来自粗纱的纤维一起纺制时，另外的或第一长丝被进一步引入到纺纱机中。
附加的长丝或第一长丝以与粗纱纤维围绕芯部长丝纺制或加捻时大约相同的每英寸捻回数施加，以便与纤维束合并。该合并的附加长丝/纤维束物质围绕基本上在该合并的长丝/纤维束内居中并被包围的芯部长丝纺制/加捻，从而形成初始纱线或基础纱线，该初始纱线或基础纱线在第一方向上纺制以具有初始“S”或“Z”加捻方向。在该操作期间，芯部长丝被合并的长丝/纤维束覆盖并被包封在该合并的长丝/纤维束中，所述合并的长丝/纤维束形成围绕所述芯部长丝的鞘或包缠部，围绕程度使得芯部长丝基本上被束缚并锁定在合并的长丝/纤维束或鞘内。由于这种将芯部长丝锁定在其中的合并的长丝/纤维束的加捻/缠绕，在随后的针织、机织或其它操作以由其形成织物的过程中，芯部长丝被保护而免于暴露或从所得复合纱线中拉出。
该方法可以进一步包括在附加的纺纱或加捻操作期间，将基础纱线与可以以约10°至45°的角度施加的另外的或第二长丝或纱线部件/束合股。除了基础纱线的耐切割性和其它性能之外，通常基于附加技术性能或特征选择这种附加的长丝或纱线，希望将其引入到所得复合高性能纱线和由其机织、针织或以其它方式形成的织物中。在该附加的纺纱/加捻操作过程中，基础纱线和与其合股的第二或其它长丝或纱线沿相反方向纺制以施加相反的捻(例如相反的Z或S捻)并达到一定程度(例如以被选择/设计成基本上使成品复合纱线的扭矩最小化的每英寸捻数或加捻率/量)。
另外，或作为另外一种选择，第二长丝或纱线部件可被添加到初始纺纱操作中，即，与第一长丝一起，使得第二长丝也可以在第一长丝和粗纱的纤维在第一方向上围绕芯部长丝缠绕和加捻时与第一长丝和粗纱的纤维两者交缠(intermingle)。结果，第一长丝和第二长丝可以基本上合并在限定包围芯部长丝的缠绕部或覆盖部的纤维束中，并且附加长丝围绕其加捻，以形成具有初始“S”或“Z”加捻方向的基础纱线，其中其芯部长丝基本上被锁定和束缚在鞘或覆盖纤维/长丝内。此后，该方法还可包括将一根或多根附加长丝(例如第三长丝)与基础纱线以一角度合股，并将基础纱线和第三长丝沿与第一方向相反的第二方向一起纺制，以便足以使成品复合纱线的扭矩基本上最小化，同时向纱线提供进一步选择的或期望的性能特性/性质。
在另一个实施方案中，公开了具有增强的耐切割性和/或其它选定的技术或性能特性的复合高性能纱线。复合纱线通常包括第一纱线部件，其可包括作为围绕中心芯纺制的包覆部或覆盖部施加的混纺纤维束，所述中心芯可由一根或多根基本连续的长丝或纤维形成，所述长丝或纤维选自具有选定或预定的根据莫氏硬度表为例如约7.0或更大的高硬度的材料。纤维束可以包括天然和/或合成材料(例如，棉、羊毛、尼龙等)的纤维，通常选择这些纤维以提供保护，防止芯部长丝与人的皮肤接触，以及提供其它所需的特性，例如柔软性、吸湿性和/或其它性质。高硬度芯部长丝通常可由金属(如钨或其合金、或其它类似的高硬度金属)或合成材料形成，以形成莫氏硬度表中硬度为至少约7.0或更大的第一或基础纱线部件。
因此，基于纺制或包缠在其周围并形成鞘或覆盖部的纤维，将形成具有增强的耐切割性和具有另外的选择或所需性质的高硬度第一芯部纱线部件。此外，由于高硬度芯部长丝被纺制并包缠有纤维鞘(例如，诸如棉、羊毛等…的短纤维或天然纤维或包括芳族聚酰胺、对芳族聚酰胺、尼龙等的合成纤维)，在纺纱过程中，可以加入一种或多种附加的长丝或纱线，以便与高硬度芯部第一纱线部件合并并加捻。在各种实施方案中，附加的长丝或纱线通常可以包括诸如聚酯、尼龙、莱卡、对芳族聚酰胺、高密度聚乙烯、低线性聚乙烯、高密度聚丙烯、PTT、及其组合或混合物的材料，可以选择所述材料以帮助将高硬度芯部束缚或锁定在纤维束内，同时还为高硬度芯部提供附加的性能特性和/或保护。
附加的长丝也将与纤维束一起纺制/加捻并与纤维束合并，该合并的长丝/纤维束围绕芯部长丝缠绕和/或加捻，从而限定了具有围绕芯部长丝加捻的、附加的合并缠绕的长丝的紧密缠绕的鞘或覆盖部。包缠纤维、芯部长丝和第一长丝(以及在一些实施例中的任何附加的独立丝)进一步被纺制在一起以形成初始纱线或基础纱线，该初始纱线或基础纱线通常具有沿第一方向(例如“S”或“Z”方向)取向的捻，并且其中合并的长丝/纤维束以足以将束的丝和纤维基本上束缚在一起并围绕合并的长丝/纤维束内的芯部长丝锁定的每英寸捻回数围绕芯部长丝被加捻和/或纺制。结果，形成的第一纱线部件的芯部长丝基本上被包封在合并的长丝/纤维束中，所述合并的长丝/纤维束足以束缚并保护芯部，防止其在复合纱线经受的用以形成高性能或技术织物的后续整理、针织、机织或其它操作期间被拉出或以其它方式暴露。
复合纱线还可包括一根或多根另外的(例如第二或第三)长丝或第二纱线部件，其将与基础或第一纱线部件合股并且在随后的纺纱操作中与其一起纺制。例如，高硬度芯部的仿制的第一纱线部件可与第二纱线部件合股和纺制，所述第二纱线部件包含玻璃芯纱，所述玻璃芯纱具有包封在纤维鞘内的玻璃或玻璃纤维材料的芯部。通常选择该合股的第二纱线部件以提供附加的所需性能或工作特性(例如，来自玻璃芯部的附加的耐切割性或耐磨性)和可以由鞘纤维提供的其它性能(如柔软性、吸湿性)。
第二纱线部件通常进一步围绕第一或基础纱线部件包缠或加捻，例如以约10°至45°的角度(尽管也可以使用其它角度)施加和/或加捻。在这种纺纱过程中，第一纱线或基础纱线和第二纱线部件通常进一步在与第一方向相反的第二方向上纺制或加捻，以产生/施加足以使在初始纺纱操作过程中在基础纱线中产生的扭矩基本上最小化的相反方向的加捻。因此，所得复合高性能纱可具有显著降低或最小化的扭矩水平，同时还将第二纱线部件的性能特性或性质与第一纱线部件的高硬度和耐切割性和其它性质结合。
在一个方面，制造复合纱线的方法可包括将至少一根芯部长丝与一系列短纤维一起纺制，以及在围绕所述至少一根芯部长丝纺制所述一系列短纤维期间引入第一长丝。该一系列短纤维和第一长丝将被组合以形成纤维束，该纤维束围绕至少一根芯部长丝缠绕以形成在第一加捻方向上纺制的基础纱线。第一长丝通常也以与该一系列短纤维大约相同的每英寸捻回数施加。该方法还包括将至少一根附加长丝或附加纱线束合股至基础纱线以形成基础纱线束，并且沿与第一加捻方向相反的第二加捻方向加捻所述至少一根附加长丝。
复合纱线可以包括基础纱线，基础纱线具有芯部长丝，芯部长丝具有围绕其纺制或加捻的纤维束，其中纤维束包括在一系列鞘纤维围绕芯部长丝纺制期间引入的第一长丝，使得第一长丝和鞘纤维形成围绕芯部长丝加捻的合并的长丝和纤维束，以便足以将芯部长丝基本上锁定和束缚在合并的长丝和纤维束内，并且其中第一长丝以与鞘纤维大约相同的每英寸捻回数围绕芯部长丝与鞘纤维加捻，以产生具有第一加捻方向的基础纱线。至少一根附加的长丝或附加的或第二纱线与基础纱线一起合股并纺制，其中至少一根附加的长丝或纱线与基础纱线一起以与第一加捻方向相反的第二加捻方向纺制，以便足以基本上最小化复合纱线中的扭矩。
在另一方面，制造复合纱线的方法可包括将第一芯部长丝和一系列纤维以及在纺制期间引入的至少一根附加长丝一起纺制，以便围绕第一芯部长丝形成合并的长丝/纤维鞘，从而形成第一纱线部件，其中第一芯部长丝包含莫氏硬度表中的硬度为至少约7.0或更大的材料并且被基本上束缚和锁定在长丝/纤维鞘中。该方法还包括将第一纱线部件与具有至少一根包含玻璃部件的第二芯部长丝的第二纱线部件合股，并将第一纱线部件与第二纱线部件纺制成复合纱线，其中第一纱线部件形成复合纱线的芯部，该芯部具有莫氏硬度表中为至少约7.0或更大的硬度，并用第二纱线部件缠绕。
在另一方面，复合纱线可以包括由莫氏硬度表中硬度至少为约7.0的材料形成的第一纱线部件、围绕至少一根第一芯部长丝纺制的第一纤维鞘、和在围绕芯部纺制第一纤维鞘期间引入的附加长丝，以便围绕芯部加捻足以将芯部基本上锁定在第一纤维鞘内。第二纱线部件包含玻璃芯部和施加在玻璃芯周围的第二纤维鞘，其中第一纱线部件与第二纱线部件通过环锭纺纱的方式纺制以形成复合纱线，该复合纱线以第一纱线部件为复合纱线的芯部，第二纱线部件围绕芯部加捻。
在结合附图阅读以下详细描述后，本发明的各种目的、特征和优点对本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
应当理解，为了说明的简单和清楚，图中所示的元件不一定按比例绘制。例如，一些元件的尺寸可能相对于其他元件被夸大。在此，结合附图示出并描述了结合本公开的教导的实施例，其中：
图1A-1B是根据本公开的实施例的用于制造复合纱线的系统和方法的示意图；
图2示出了根据本公开的实施例的用于制造复合纱线的另一示例系统和方法；
图3示出了根据本公开的实施例的用于制造复合纱线的基础纱线和基础纱线束的透视图；
图4A-4B是根据本公开原理的具有高硬度芯的复合纱线的实施例的侧视图；
图5示出了根据本公开原理的用于制造复合纱线的方法的实施例的流程图。
在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的物品。
具体实施方式
提供结合附图的以下描述以帮助理解本文公开的教导。本说明书集中于这些教导的具体实现和实施例，并且被提供以帮助描述这些教导。这种关注不应被解释为对这些教导的范围或适用性的限制。
本发明一般涉及用于形成高性能复合短纤纱的系统和方法。这些复合纱线通常表现出诸如增强的耐切割性和强度的性能。本公开的一些实施方案包含有助于赋予成品复合纱线有用的性能特性的方法。然后，可以将这些性能特性赋予由这些复合纱线制成的织物和由其形成的服装。通常，本发明的纱线被设计成使用环锭或其它类型的纺纱机和纺纱工艺来生产。
通过这些工艺形成的成品复合纱线通常还被设计成在将纱线针织或机织成织物期间以及在用于形成各种织造和/或非织造性能织物的其它操作(如针刺法、簇绒法等…)期间，承受针织或机织机器的机械和物理损伤，而不遭受导致芯部长丝突出或以其它方式暴露(即，基本上最小化它们的芯部长丝被拉出或通过鞘或覆盖物起泡的可能性)的物理损伤。由复合纱线形成的最终高性能织物通常具有增强的性能，例如增强的强度、耐磨性或耐切割性和/或耐火性/耐热性。这些织物可用于形成防护服装，例如防护手套、如消防服的外衣、或各种其它类型的服装和制品，对于这些服装和制品，诸如高耐切割性、抗冲击性、增强的强度、增强的耐火性或耐热性的性能是必需或期望的，而且还具有其它期望的性能，如柔软性或触感，以使织物的可动性和/或柔韧性能够增强，同时保护穿戴者免于与纱线内的潜在的耐磨性、耐切割性或耐火性/耐热性材料接触。本发明的高性能复合纱线也可用于工业织带、带和其它应用。
图1A-1B示出了根据本公开的实施例的用于制造复合纱线的系统和工艺。如所示，至少一根芯部长丝102将被引入到初始纺纱操作120的前输送辊121。初始纺纱操作120可包括形成环锭纺纱工艺的一部分的纺纱机。所述至少一根芯部长丝102可由一种或多种材料构成，所述材料例如针对耐热性或耐切割性而选择，并且可由具有耐切割性和/或耐热性的玻璃、金属、合成/聚合物或天然材料构成。
在一个实施例中，所述至少一根芯部长丝102可包括任何合适的无机或有机玻璃或玻璃纤维材料。另外或替代地，所述至少一根芯部长丝102可由任何合适的金属(例如钢、不锈钢、铝、铜、青铜、它们的合金等)以及选自丙烯酸树脂、改性聚丙烯腈、聚酯、高密度聚乙烯(如
Figure BDA0003756652000000081
and
Figure BDA0003756652000000082
)、聚酰胺、线性低密度聚乙烯、聚乙烯类、液晶聚酯、液晶聚合物(如VectranTM)、聚丙烯、尼龙、纤维素塑料、PBI、石墨和其它碳基纤维、及其共聚物和混合物的合成或天然长丝材料形成。
在一些实施方案中，玻璃长丝可用于至少一根芯部长丝102或用作至少一根芯部长丝102的一部分，并且厚度可在例如约50旦尼尔至约1200旦尼尔之间变化，并且可为加捻的或未加捻的。在其它实施例中，用于作为至少一根芯部长丝102或其一部分的各种金属(例如钢、铝等…)、天然和/或合成长丝同样地通常可在例如约25微米至约400微米之间的厚度变化，为加捻的或未加捻的。根据复合纱线122的应用，根据需要或需求，玻璃、金属、天然和合成长丝也可使用更大或更小的长丝尺寸或厚度。
再次参考图1A-1B，至少一根芯部长丝102在初始纺纱操作120中与一系列纤维106一起纺制，该纤维可以由所述一根或多根粗纱103供应。纤维可以作为压缩棉条的细股进料，并且可以由与至少一根芯部长丝102的那些材料类似的材料形成。通常进一步选择纤维106以提供对至少一根芯部长丝的基本完全覆盖以及附加的选定特性，例如柔软性/触感、静电消散、耐切割性、耐磨性和/或绝缘特性等。形成纤维106的材料可包括芳族聚酰胺、间芳族聚酰胺、改性聚丙烯腈、蛋白石、高密度聚乙烯、尼龙、聚酯、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、纤维素塑料、二氧化硅、棉、丙烯酸、碳纤维、聚酰胺、金属、以及它们的混合物。从粗纱(一根或多根)喂入的短纤维106将与至少一根芯部长丝102组合并且一起纺制或围绕所述至少一根芯部长丝加捻，以便形成基本上包封和包围其中的至少一根芯部长丝102的包缠/覆盖混合物或纤维束105。
当至少一根芯部长丝102和来自粗纱的短纤维106被在一起纺制时，另外的或第一长丝104被进一步引入到初始纺纱操作120中。在一个实施例中，第一长丝104可以包括与至少一根芯部长丝102的材料基本上类似的材料。在其它实施例中，第一长丝104可包括与至少一根芯部长丝102的材料基本上不同的材料。例如，用于第一长丝104的合适材料可包括聚酯、尼龙、PTT、莱卡、对芳族聚酰胺、高密度聚乙烯、及其混合物。
第一长丝104与纤维106一起被引入到初始纺纱操作120，其通常被供给到纤维106围绕至少一根芯部长丝被纺制的区域中，使得第一长丝104与围绕芯部长丝纺制或加捻的纤维束105的纤维106组合和/或交缠，以形成合并的纤维束107。在一个实施方案中，第一长丝104可以在纤维束形成之前或形成之时或在其离开初始纺纱操作120时例如从图中所示的侧部引入到纤维束105。
以这种方式引入第一长丝104使得第一长丝104与纤维106合并以形成围绕至少一根芯部长丝102的合并的纤维束107，其中第一长丝104和纤维106围绕芯部长丝加捻到一定程度以将所述至少一根芯部长丝基本上锁定在合并的纤维束的中间或中心内。第一长丝作为构成整体的部件嵌入所得的基础纱线112中，并且通常进一步以与纤维106的大约相同的每英寸捻回数施加，使得长丝/纤维束107基本上将芯部长丝102封装并合并地束缚在纱线的中心内，而不是如由通常的包覆工艺提供的被松散地包覆或包缠，芯部长丝在其保护性纤维束内的这种束缚/锁定有助于最小化芯部长丝在复合纱线122在针织、机织等以形成织物期间经受机械应力时被暴露/拉出。
这样，合并的长丝/纤维束缠绕并束缚所述至少一根芯部丝线102形成了以第一方向加捻纺制的基础纱线112。在一个实施例中，第一加捻方向可以是S方向或逆时针加捻方向。在另一个实施方案中，第一加捻方向是Z方向或顺时针加捻方向。合并的长丝/纤维束围绕芯部长丝加捻或纺制所进行的程度足以将至少一根长丝102锁定在由合并的长丝/纤维束限定的包缠部/鞘内，以便确保所述至少一根芯部长丝102被保护免受磨损或切割；并且还保护和/或阻止所述至少一根芯部长丝从围绕所述至少一根芯部长丝形成包缠部或覆盖鞘的合并的纤维束突出或突伸(即，即使芯部长丝例如在针织、机织或其它操作期间暴露于机械应力时变得断裂或碎裂，也将其包含在复合纱线内)，以保护穿戴者免于与其无意中接合。
再次参考图1A-1B，此后由初始纺纱操作120形成的基础纱线112可以与附加纱线束或至少一根附加长丝108合股，所述附加纱线束或至少一根附加长丝将在附加纺纱/加捻操作130期间围绕其加捻或纺制以形成复合纱线束122。通常以约10°至约45°之间的角度(尽管也可以使用其它角度)引入至少一根附加长丝或纱线108，并且选择该至少一根附加长丝或纱线以提供附加的所需/选定的性能特性或性能，例如柔软性/触感、耐磨性、水分芯吸等…。基础纱线和附加长丝或纱线也将以与第一加捻方向相反的第二加捻方向(例如相反的Z或S捻)纺制，并且也将以选定或设计成基本上抵消和/或最小化成品复合纱线122的所得扭矩的每英寸捻数或捻回数围绕基础纱线加捻或纺制。
如图1A所示，在一个实施例中，附加的长丝或纱线可以作为基本上连续操作的一部分引入，例如被喂入到第二纺纱系统或操作130的牵伸辊131，从而形成复合纱线122。
或者，如图1B所示，可以在随后的或单独的纺纱工艺130中进行另外的或第二长丝或纱线108的添加。例如，基础纱线112可以形成并收集在粗纱132或锭子上，并且此后可以被转移到单独的或下游的纺纱机130以围绕其纺制或加捻附加的长丝或纱线108。
在一个实施方案中，由基础纱线束112形成的所得复合纱线122中的至少一根芯部长丝102的质量比可介于约10％和约60％之间。在另一个实施方案中，由基础纱线束112形成的所得复合纱线122中的至少一根附加长丝104的质量比可介于约3％和约35％之间。这些质量比范围是示例性范围，并且可以考虑不同的质量比范围以满足所得复合纱线的某些期望特性。
在图2所示的另外的实施方案中，第二长丝或至少一根另外的长丝或纱线108可以添加到初始纺纱操作120中，即，在其中第一长丝104围绕芯部长丝102纺制或加捻并与纤维106合并并且另外的纱线或长丝204也可以与所得基础纱线212合股和纺纱的过程期间。在这样的实施方案中，第二长丝108也将与第一长丝104和粗纱103的纤维106两者在它们沿第一方向围绕芯部长丝102缠绕时交缠/合并。结果，第一长丝104和第二长丝108将基本上合并在短纤维束中，从而限定围绕芯部长丝102的束缚包覆部，以形成具有初始“S”或“Z”加捻方向的基础纱线112，并且中心芯部长丝被基本上锁定和封装在合并的长丝和纤维束中，以便保护芯部长丝102在随后的使用/操作期间(例如将复合纱线针织或机织成织物期间)不被拉出或鼓出或以其它方式暴露(如对于用更传统的短纤纱松散的包缠或包覆部可能发生的那样)。
此后，一根或多根另外的长丝(例如，第三长丝204)可与基础纱线112合股，例如以约10°至约45°之间的角度引入，并且以与第一方向相反的第二方向与基础纱线112一起纺制，其中每英寸捻数足以提供附加特性或性能特性以基本上抵消成品复合纱线222的扭矩和/或使该成品复合纱线222的扭矩最小化。
在其它实施方案中，例如，具有增强的耐切割性和/或耐火性或耐热性的复合高性能纱线(在图3中以122示出)包括作为围绕芯部长丝102纺制的包缠部或包覆部施加的短纤维束106，所述芯部长丝可由选自具有高水平的耐切割性和/或耐火性或耐热性的材料(如玻璃、金属或合成/聚合物材料)的一种或多种基本上连续的长丝102形成。纤维束106的纤维可包括天然和/或合成材料(例如，棉、羊毛、尼龙等)的短纤维，其可被选择以提供保护以免芯部长丝与人的皮肤之间接触，以及提供其它期望的特性，诸如柔软性、水分芯吸和/或其它特性。此外，第一长丝104将被引入并与短纤维束和芯部长丝102合并(integrated)，以形成围绕芯部长丝102的包缠部或覆盖部的一部分，从而有助于将第一长丝的纤维和短纤维束的纤维束缚在一起并围绕芯部长丝102，使得芯部长丝102基本上被包含或封装在其中以形成基础纱线112(图3)。
在一些实施例中，附加的或第二长丝或多个第二长丝也可被引入并嵌入基础纱线112内。缠绕短纤维106、一个或多个芯部长丝102和第一长丝104(在一些实施方案中，以及任何附加独立长丝)将被纺制在一起以形成初始纱线或基础纱线，该初始纱线或基础纱线通常将具有如图3的箭头310所示的在第一方向(例如“S”或“Z”方向)上取向的捻回。复合纱线122(图3)还包括在随后的纺纱/加捻操作中与基础纱线112合股的一根或多根附加长丝108，在此期间，合股的附加纤维以约10°至约45°之间的角度(尽管也可以使用其它角度)围绕基础纱线缠绕或加捻，并且复合纱线122经受在与第一方向(图3中的箭头320所示)相反的第二方向上纺制或加捻，以产生/施加足以基本上平衡和/或最小化由初始纺纱操作在基础复合纱线中产生的扭矩的相反方向的捻。
此外，织物可由图1A-3的复合纱线122和222制成，例如用于形成具有增强的热和/或切割防护的防护服。这样形成的织物可以由机织或针织结构制成。例如，由复合纱线122和222制成的织物可以以一图案(即，平纹图案、斜纹图案、席纹图案、缎纹图案、纱罗图案、绉纹图案、多臂提花图案、人字形图案、提花图案、凹凸花纹图案、经绒头、或机织构型)织造。在另一个实施方案中，织物可以被针织以形成衣服制品，例如平针织物、罗纹、反针、绒头织物(fleece)、双纬、特里科针织物、拉舍尔针织物、经编针织物或平针织物结构。所得织物可用于形成各种性能和/或防护性的服装。
在另一个实施方案中，图4A和4B示出了第一部件或纱线10和第二部件110的截面的侧视图，其被组合以形成通过将第二部件110围绕第一部件10合股/纺制而生产的高性能纱线。如所指出的，第一部件10将包括可根据本公开生产的复合纱线，其具有包括莫氏硬度表中硬度为约7.0或更大的材料的芯部长丝12。在一个实施例中，芯部长丝12可包括钨或钨合金，或其它类似的高硬度材料。也可以使用硬度为大约7.0莫氏硬度(Mohs)或更大的其它材料。选择莫氏硬度表中硬度为大约7.0或更大的材料，以在由图4A和4B的第一部件10和第二部件110形成的复合纱线中获得一定水平的强度、韧性、抗切割性和其它性能特性。
在环喷纺纱工艺期间，将短纤维24的第一鞘施加到至少一根第一芯部长丝12上。所得到的第一部件10通常包括硬度至少为约7.0莫氏硬度并具有纤维鞘24的高硬度芯部长丝12，该纤维鞘可以选自各种短纤维或天然纤维、合成纤维或其它纤维，它们缠绕或加捻在高硬度芯部长丝上。
该第一部件或纱线10可进一步与第二部件110合股/加捻和纺制。第二部件110可以包括具有由耐切割材料形成的芯部长丝112的长丝或纱线。例如，第二部件可以包含具有厚度范围为约20旦尼尔至约3,000旦尼尔的玻璃长丝芯部的复合纱线，所述玻璃长丝芯部被包封在纤维124的鞘内，所述鞘可以包括与应用于高硬度芯部的第一纱线部件10的那些类似的纤维，并且其可以被选择以提供另外的特性或性质，例如柔软性/感觉、水分芯吸、静电耗散等。或者，第二部件可包含长丝或由无芯纤维的纺鞘(spun sheath)形成的纱线，并且可使用一种或多种附加的合成或天然长丝或纤维，包括由选自芳族聚酰胺、丙烯酸、
Figure BDA0003756652000000131
改性聚丙烯腈、聚酯、高密度聚乙烯(HPPE)(例如
Figure BDA0003756652000000132
and
Figure BDA0003756652000000133
)、聚酰胺、液晶聚酯、液晶聚合物(例如VectranTM)、线性低密度聚乙烯、聚丙烯、尼龙、纤维素塑料、PBI、石墨和其它碳基纤维、共聚物、及其混合物的材料形成的纤维。
如还指出的，在环锭纺纱工艺期间，纤维24的第一鞘和纤维124的第二鞘的纤维可以基本上互相咬合或缠绕以帮助锁定纤维。结果，第一部件或纱线10和第二部件110一起加捻和纺制，其中由第二纱线部件110的玻璃长丝芯112束缚所得高性能复合纱线的高硬度芯12，并且复合纱线126的高硬度芯12基本上包封或包缠在保护性覆盖部中。高硬度芯12在合并的玻璃芯纱/纤维束中的这种束缚和/或锁定保护了高硬度芯部长丝12和/或纤维，同时向复合纱线添加进一步选择的或期望的性能性质或特性。此后，由于复合纱线在机织、针织、针刺(needling)或其它操作期间经受机械应力以由其形成性能织物，因此可以保护高硬度芯免于接合和牵拉或暴露。
在某些情况下，期望形成体现本公开原理的高性能纱线，其中第二纱线部件110不含玻璃长丝。在一个实施方案中，第二纱线部件110可以包括一个或多个金属长丝和一个或多个非金属长丝。非金属长丝或纤维可以是粗糙的、有纹理的和/或拉断的。包括在该实施方案的芯部中的这种非金属长丝可以由选自芳族聚酰胺、丙烯酸树脂、三聚氰胺树脂(例如
Figure BDA0003756652000000141
)、改性聚丙烯腈、聚酯、聚丙烯、高密度聚乙烯(如
Figure BDA0003756652000000142
and
Figure BDA0003756652000000143
)、聚酰胺、液晶聚酯、液晶聚合物(如VectranTM)、尼龙、人造丝、二氧化硅、纤维素塑料、PBI、导电纤维、石墨和其它碳基纤维、共聚物、及其混合物的材料形成。这些非金属长丝可以被拉伸断裂和/或粗糙化以用于其它类型的护理和/或鞘纤维。此后施加到该实施方案的芯部上的短纤维124的鞘通常由相同的材料形成，并根据本文所述的用于其它鞘的相同方法进行加工。
图5是示出制造图1A-4B的复合纱线的方法500的流程图。方法500包括将至少一根芯部长丝102与一系列短纤维106一起纺制(步骤510)。方法500还包括在围绕至少一根芯部长丝102纺制一系列短纤维106期间引入第一长丝104(步骤520)，一系列短纤维106和第一长丝104组合以形成合并的纤维束。该合并的纤维束围绕至少一根芯部长丝102缠绕以形成在第一加捻方向上纺制的基础纱线112，第一长丝104以与一系列短纤维106大约相同的每英寸捻回数被施加。方法500还包括将至少一根附加长丝108或附加纱线束合股到基础纱线112以形成复合物122、并且在与第一加捻方向相反的第二加捻方向上纺制所述至少一根附加长丝108的步骤530。
测试结果：
使用复合纱线形成的耐磨/耐切割织物(以下称作“样品A”)与使用具有围绕玻璃芯部纺制的短纤维的现有耐磨纱线形成的耐磨/耐切割织物(以下称作“样品B”)进行对比测试，根据本公开的原理和方法形成的所述复合纱线由围绕玻璃长丝芯缠绕和纺制的一系列短纤维形成，并且包括围绕所述芯纺制的短纤维缠绕并与所述短纤维合并的高密度聚乙烯长丝。对于测试，所用的样品织物包括：
样品A：用由以下构成的短纤芯纱(spun core yarns)织造的织物重量为441G/M2的织物：
32％HPPE长丝
24％聚酯长丝
16％玻璃纤维
14％HPPE短纤维
14％尼龙短纤维
样品B：用由以下构成的短纤芯纱织造的织物重量为569G/M2的织物：
46％尼龙短纤维
30％HPPE短纤维
17％玻璃纤维长丝
7％涤纶长丝
在第一系列测试中，根据ASTM D3884对样品A和样品B的织物进行纺织织物的耐磨性测试：其中测试每种织物的多个样品，其中每个样品被安装在泰伯尔(Tabor)砂轮测试装置(H-18型)的旋转转盘上，向其施加500克的重量，并经受由一对砂轮以恒定压力施加的磨损作用。测试结果如下：
织物样品A——平均(Avg.)耐磨性＝3,585次循环
织物样品B——平均耐磨性＝431次循环
因此，使用根据本发明生产的纱线形成的耐磨织物显示出约731.8％的耐磨性的近似增加。
在第二系列测试中，根据ASTM F2992/F2992M-15用以测量在防护服中使用的材料的耐切割性标准测试，样品A和样品B的织物还经受耐切割性测试。在这种测试中，样品A和B的织物被放置在支架中，并通过沿着/横跨每个样品的剃刀刀片进行切割。对于每次测试运行，在施加到剃刀刀片上的不同重量/负载的情况下重复测试。测试结果如下：
织物样品A——平均耐切割性＝A5(≥2200克，中/高“工作危险因素”)
织物样品B——平均耐切割性＝A4(≥1500克，中“工作危险因素”)
因此可以看出，与使用现有耐切割/耐磨纱线形成的织物相比，使用根据本发明生产的复合纱线形成的织物(样品A)在耐磨性和耐切割性两方面都表现出显著的提高。
尽管在此仅详细描述了几个示例性实施例，但是本领域技术人员将容易理解，在本质上不脱离本公开的实施例的新颖教导和优点的情况下，可以对示例性实施例进行许多修改。因此，所有这些修改都旨在包括在如所附权利要求中限定的本公开的实施例的范围内。在权利要求中，装置加功能的语句旨在覆盖在此描述的执行所述功能的结构，并且不仅覆盖结构等同物，而且覆盖等同结构。

Claims (30)

1.一种制造复合纱线的方法，包括：
将至少一根芯部长丝与一系列短纤维一起纺制；
在围绕所述至少一根芯部长丝纺制所述一系列短纤维期间引入第一长丝，所述一系列短纤维和所述第一长丝组合以形成纤维束，所述纤维束围绕所述至少一根芯部长丝包缠以形成在第一加捻方向上纺制的基础纱线，所述第一长丝以与所述一系列短纤维大约相同的每英寸捻回数施加；以及
将至少一根附加长丝或附加纱线束合股到所述基础纱线，并且在与所述第一加捻方向相反的第二加捻方向上加捻所述至少一根附加长丝，以形成所述复合纱线。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一长丝和所述一系列短纤维在纺制期间基本上交缠或嵌入，以将所述至少一根芯部长丝基本上包封在所述纤维束内。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在围绕所述至少一根芯部长丝纺制所述一系列短纤维期间引入第二长丝，所述纤维束包括所述短纤维、所述第一长丝和所述第二长丝。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在与所述第一加捻方向相反的第二加捻方向上加捻所述至少一根附加长丝包括以介于约10°至约45°之间的角度加捻所述至少一根附加长丝。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述一系列短纤维所包含的纤维包括选自包括如下各项的组的材料：对位芳族聚酰胺、间位芳族聚酰胺、改性聚丙烯腈、蛋白石、高密度聚乙烯、尼龙、聚酯、聚丙烯、纤维素塑料、人造丝、二氧化硅、棉、丙烯酸树脂、碳纤维、聚酰胺、金属、PTT、PBI、羊毛、聚乙烯、液晶聚合物、以及它们的混合物。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一根芯部长丝包括选自包括如下各项的组的材料：钢、铝、不锈钢、铜、钨、及其合金、对芳族聚酰胺、玻璃、高密度聚乙烯、莱卡、高密度聚丙烯、二氧化硅、VectranTM和液晶聚酯。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一长丝或所述至少一根附加长丝或附加纱线束包括选自包括如下各项的组的材料：聚酯、尼龙、莱卡、对芳族聚酰胺、高密度聚乙烯、聚丙烯、低线性聚乙烯、人造丝、碳纤维、聚酰胺、不锈钢、棉、羊毛、改性聚丙烯腈、及其组合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中至少一根芯部长丝与所述复合纱线的质量比按线性重量计在约10％至约60％之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一根附加长丝或附加纱线束与所述复合纱线的质量比按线性重量计在约3％至约50％之间。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一加捻方向是Z方向，并且所述第二加捻方向是S方向。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一加捻方向是S方向，并且所述第二加捻方向是Z方向。
12.一种复合纱线，包括：
基础纱线，所述基础纱线包括芯部长丝，所述芯部长丝具有围绕所述芯部长丝纺制或加捻的纤维束，其中所述纤维束包括在一系列鞘纤维围绕所述芯部长丝纺制期间引入的第一长丝，使得所述第一长丝和所述鞘纤维形成合并的长丝和纤维束，所述合并的长丝和纤维束围绕所述芯部长丝加捻至足以将所述芯部长丝基本上锁定和束缚在所述合并的长丝和纤维束内，并且其中所述第一长丝围绕所述芯部长丝以与所述鞘纤维大约相同的每英寸捻回数与所述鞘纤维一起加捻，以产生具有第一加捻方向的所述基础纱线；以及
与所述基础纱线合股并加捻的至少一根附加长丝或附加纱线，其中所述至少一根附加长丝或附加纱线在与所述第一加捻方向相反的第二加捻方向上加捻至足以使所述复合纱线中的扭矩基本上最小化。
13.根据权利要求12所述的复合纱线，其中所述第一长丝以与所述纤维束中每英寸捻回数基本上相等的每英寸捻回数被施加。
14.根据权利要求12所述的复合纱线，其中所述纤维束的纤维包括选自包括如下各项的组的材料：对芳族聚酰胺、间芳族聚酰胺、改性聚丙烯腈、蛋白石、高密度聚乙烯、尼龙、聚酯、聚丙烯、纤维素塑料、人造丝、二氧化硅、羊毛、棉、丙烯酸树脂、碳纤维、聚酰胺、金属、液晶聚合物、低线性聚乙烯、PTT、PBI、及其混合物。
15.根据权利要求12所述的复合纱线，其中所述至少一根芯部长丝包括选自包括如下各项的组的材料：钢、不锈钢、铝、钨、及其合金、玻璃、高密度聚乙烯、高密度聚丙烯、VectranTM、二氧化硅、对芳族聚酰胺、聚丙烯和液晶聚酯。
16.根据权利要求12所述的复合纱线，其中所述至少一根附加长丝或附加纱线包括选自包括如下各项的组的材料：聚酯、尼龙、莱卡、对芳族聚酰胺、高密度聚乙烯、VectranTM、PTT、PBI、聚丙烯、人造丝、羊毛、碳纤维、聚酰胺、不锈钢、棉、改性聚丙烯腈、及其组合。
17.根据权利要求12所述的复合纱线，其中按线性重量计所述至少一根芯部长丝形成所述复合纱线的质量的约10％至约60％。
18.根据权利要求12所述的复合纱线，其中按线性重量计所述至少一根附加长丝形成所述复合纱线质量的约3％至约55％。
19.根据权利要求12所述的复合纱线，其中由所述复合纱线形成的织物用在用于热保护和/或切割保护的防护服中。
20.根据权利要求19所述的复合纱线，其中所述织物由机织或针织构造制成。
21.根据权利要求20所述的复合纱线，其中所述织物以选自包括如下各项的组的图案进行机织：平纹图案、斜纹图案、席纹图案、缎纹图案、纱罗图案、绉纹图案、多臂提花图案、人字形图案、提花图案、凹凸花纹图案、经绒头和机织构型。
22.根据权利要求20所述的复合纱线，其中选自包括如下各项的组的织物被针织以形成服装：平针织物、罗纹、反针、绒头织物、双纬、特里科针织物、拉舍尔针织物、经编针织物和平针织物结构。
23.一种制造复合纱线的方法，包括：
将第一芯部长丝与一系列纤维和在纺纱期间引入的至少一根附加长丝一起纺制，以便围绕第一芯部长丝形成合并的长丝/纤维鞘，从而形成第一部件，其中所述第一芯部长丝包括在莫氏硬度表中硬度为至少约7.0或更大的材料，并且所述第一芯部长丝基本上被束缚并锁定在所述长丝/纤维鞘内；
将所述第一部件与第二部件合股，所述第二部件包括纱线或长丝；以及
将所述第一部件与所述第二部件一起纺制以形成复合纱线，其中所述第一部件形成所述复合纱线的芯，所述第一部件具有在莫氏硬度表中至少约7.0或更大的硬度并且被所述第二部件包缠。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述至少一根第一芯部长丝包括钨及其合金。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述一系列纤维包含的纤维包括选自包括如下各项的组的材料：芳族聚酰胺、丙烯酸树脂、改性聚丙烯腈、聚酯、羊毛、聚丙烯、尼龙、纤维素、二氧化硅、石墨、碳纤维、高线性聚乙烯、PTT、VectranTM、聚酰胺、金属、聚苯并咪唑、其共聚物和混合物。
26.一种复合纱线，包括：
第一部件，所述第一部件包括在莫氏硬度表中的硬度为至少约7.0的形成材料、围绕所述至少一根第一芯部长丝纺制的第一纤维鞘、以及附加长丝，所述附加长丝在围绕所述第一芯部长丝纺制所述第一纤维鞘期间引入，以便围绕所述第一芯部长丝加捻至足以将所述第一芯部长丝基本锁定在所述第一纤维鞘内；以及
第二部件，所述第二部件包括芯部和施加在所述芯部周围的第二纤维鞘；并且
其中所述第一部件与所述第二部件通过环锭纺纱纺制以形成所述复合纱线，所述复合纱线具有作为所述复合纱线的芯部的所述第一纱线部件和围绕所述第一部件加捻的所述第二纱线部件。
27.根据权利要求26所述的复合纱线，其中所述至少一根第一芯部长丝包含钨或钨合金。
28.根据权利要求26所述的复合纱线，其中第一纤维鞘的纤维包括棉、尼龙、羊毛、芳族聚酰胺、对芳族聚酰胺、聚乙烯、丙烯酸树脂、改性聚丙烯腈、聚酯、碳纤维中的至少一种。
29.根据权利要求26所述的复合纱线，其中所述第一纤维鞘和所述第二纤维鞘包括选自包括如下各项的组的材料的纤维：芳族聚酰胺、丙烯酸树脂、改性聚丙烯腈、聚酯、聚丙烯、尼龙、纤维素、二氧化硅、石墨、碳纤维、高密度聚乙烯、聚酰胺、聚苯并咪唑、其共聚物和混合物。
30.根据权利要求26所述的复合纱线，其中所述第二部件的所述芯部包括玻璃、钢、钨和芳族聚酰胺。
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