CN116254628B - 一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，包括转杯纺纱装置和静电纺纱装置，转杯纺纱装置包括喂给罗拉、分梳辊、输纤通道、转杯、假捻盘、引纱管、引纱罗拉和卷绕罗拉，静电纺纱装置包括喷丝头和静电发生器；假捻盘为静电纺纱装置的接收器；假捻盘的圆弧面与静电发生器的负极相连；喷丝头安装在转杯内，且喷丝头与静电发生器的正极相连。采用本发明的装置所纺包覆纱具有良好的力学性能且较高的比表面积，纳米纤维的定向度高，可广泛应用于组织工程、电子器件、气体传感器及燃料电池等领域。

Description

一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置

技术领域

本发明属于纺纱技术装备领域，涉及一种纺纱装置，特别是涉及一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置。

背景技术

纳米纤维是指直径为纳米尺度且具有一定长径比的线状高分子材料。纳米纤维以其高比表面积、高孔隙率及优异的物化性能等特点，在高效过滤、微型传感器、生物医药等领域有着广泛的应用。静电纺丝法是一种被广泛应用于制备纳米纤维的技术。静电纺丝法制备的纤维大多数以无纺布的形式收集，纤维力学性能较差，限制了纳米纤维的应用领域。

传统静电纺丝技术制备的纳米纤维多为无序排列的纤维堆积体，纤维强力差。随着静电纺丝工艺和纳米纤维应用研究的快速发展，寻求制备新型纳米纤维（如复合纤维、中空纤维和定向排列纤维等）成为研究热点，其中定向排列纳米纤维集合体具备周期性的有序结构，在细胞定向培养基、组织工程支架、光电子器件材料以及补强材料等领域有较大应用潜力。

将纳米纤维与普通纤维（非纳米尺寸的纤维）结合，一直是纺织工业长期追求的目标。纳米纤维具有超高的比表面积，普通纤维具有出色的力学性能，将纳米纤维包覆在普通纤维上，可有效发挥两者的优点。然而，现阶段将纳米纤维与普通短纤维纱包覆，通常采用的方法是先将普通短纤维通过环锭纺或其他纺纱方式制作成短纤维纱，然后再将纳米纤维以静电纺的方式喷到短纤维纱的表面。此种方式缺点一是包覆效果不好，纳米纤维不能完全包覆住短纤维纱，通常只能包覆住短纤维纱的一面；二是由于普通短纤维和纳米纤维的直径尺度差距很大，纳米纤维不能与普通纤维很好地进行结合，两者结合时结合的牢度不够。

发明内容

本发明的目的是解决的是现有技术中存在的上述问题，提供一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，包括转杯纺纱装置和静电纺纱装置，转杯纺纱装置包括喂给罗拉、分梳辊、输纤通道、转杯、假捻盘、引纱管、引纱罗拉和卷绕罗拉，静电纺纱装置包括喷丝头和静电发生器，假捻盘为静电纺纱装置的接收器；

假捻盘的圆弧面与静电发生器的负极相连；喷丝头安装在转杯内，且喷丝头与静电发生器的正极相连。

纤维条由喂给罗拉喂入，然后由分梳辊进行梳理并梳理成单纤维状态，在分梳辊和转杯之间有一个类似密封盘的部件（这个部件通常不单独命名，这里只是为了便于理解）将分梳辊与转杯相隔离，这个密封部件是一个金属的部件，上面装有假捻盘、引纱管和输纤通道，输纤通道为一个渐缩形的通道，一端与分梳辊相连，称为入纤口，另一端与转杯相连，称为出纤口，这个通道是纤维的由分梳辊进入转杯的通道，当纤维进入转杯内，由于转杯高速旋转，纤维会均匀的分散在转杯纤维凝聚槽内（杯底与杯壁相交围城的槽），当纤维加捻成纱后，纱线会在外面引纱罗拉的作用下，先通过假捻盘、再通过引纱管引出，最后再由卷绕罗拉卷绕成筒子纱。一般来讲，喂给罗拉、分梳辊、输纤通道、转杯、假捻盘、引纱管共同组成一个部件，称为转杯纺纱器，本发明的转杯纺纱装置和现有技术的转杯纺纱装置无实质区别，具体示意如图1。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，转杯由杯底、杯壁和杯轴组成；杯轴由空心管和轴承嵌套而成，杯底开有圆形孔，圆形孔的孔径略大于空心管的外径（大于空心管的外径，但不超过轴承的内径），空心管穿入圆形孔中，轴承与杯底固定相连，空心管靠近杯底的一端内壁安装有绝缘橡胶座，从而转杯通过轴承转动时，空心管是不转的，因此绝缘橡胶座上的喷丝头也是不随转杯转动的；

转杯的直径为55~75mm，空心管的内径为20~25mm；

喷丝头的数量为5~10个，成圆环状均匀安装在绝缘橡胶座上，且喷丝头贯穿绝缘橡胶座。

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，假捻盘与杯底之间的垂直距离为15~20mm（转杯纺中假捻盘与杯底之间的距离属于行业公知，指假捻盘圆弧面最高点与杯底之间的垂直距离）。

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，假捻盘的曲率半径为40~50mm，外径为22~27mm，孔径大小为2~4mm，本发明所使用假捻盘尺寸相比常规转杯纺用假捻盘尺寸较大，可以更好地作为静电纺丝装置的接收器。

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，静电纺纱装置还包括计量泵和热风空气干燥管，计量泵通过管道穿过空心管与喷丝头相连（一个计量泵同时连接多个喷丝头），热风空气干燥管的数量为5~10个，成圆环状均匀安装在绝缘橡胶座上，且热风空气干燥管贯穿绝缘橡胶座，热风空气干燥管的中心轴与绝缘橡胶座的中心轴之间的距离等于喷丝头的中心轴与绝缘橡胶座的中心轴之间的距离；

喷丝头与热风空气干燥管一一对应。

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，喷丝头的横截面为圆形，热风空气干燥管的横截面为圆形。

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，喷丝头的中心轴与对应的热风空气干燥管的中心轴之间的距离为2~3mm。

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，喷丝头材质为不锈钢，假捻盘的圆弧面材质为不锈钢或铝合金，也可以是其他金属材料。

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，绝缘橡胶座高出杯底的垂直距离为1~3mm；绝缘橡胶座为圆形，直径为20~25mm。

如上所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，喷丝头顶端伸出绝缘橡胶座表面的高度为0.5~1mm，喷丝头的中心轴与绝缘橡胶座的中心轴之间的距离为18~23mm。

本发明的原理如下：

转杯纺是除环锭纺外发展最为成熟的新型纺纱方式，具有纺纱速度快、产量高等优点。转杯纺纱时，短纤维经转杯纺纱器的喂给罗拉喂入后，由分梳辊分梳成单纤维状态，在气流的作用下经输纤通道喂入转杯凝聚槽内，由于转杯的高速旋转作用加捻成纱，并经假捻盘的假捻作用，由引纱罗拉引出。当转杯内的纤维经加捻成纱后引出时，纱线会首先穿过转杯假捻盘，纱线会随着转杯的转动沿着假捻盘表面滚动，此时假捻盘主要对纱线起假捻作用，以减少纺纱过程中的断头现象。

本发明的转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，将转杯纺纱技术与纳米静电纺纱技术相结合，在纱线引出的路径上，利用转杯成纱时纱线沿假捻盘表面的滚动现象，使静电纺丝所制得的纳米长丝均匀地包覆在短纤维转杯纱的表面。由于转杯纺纱的纺纱速度快，包覆在转杯短纤纱表面的纳米纤维可被充分定向拉直，在短纤维转杯纱表面呈定向的螺旋包缠状态。

本发明使纳米纤维对短纤维在成纱的过程中进行包覆，使得纳米纤维不仅仅对短纤维纱有包覆作用，还有部分纳米纤维在气流的作用下会包缠在短纤维纱的表面形成包缠纤维，因此，与现有技术相比，结合牢度更好。

有益效果

本发明的转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，所纺包覆纱具有良好的力学性能且较高的比表面积，纳米纤维的定向度高，可广泛应用于组织工程、电子器件、气体传感器及燃料电池等领域。具体地，本发明的装置所纺包覆纱纳米纤维在普通纤维转杯纺纱加捻的路径上就对其进行包覆，包覆的路径长，因此包覆率较高、结合牢度高，使得所纺包覆纱的条干、毛羽等力学性能较高；纳米纤维不仅受到静电场及气流场的伸直作用，还受到普通纤维转杯纱的拉伸作用，因此其取向度较高。

附图说明

图1为本发明的转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置示意图；

图2为本发明的转杯示意图；

图3为本发明的转杯俯视图；

图中，1-喂给罗拉，2-分梳辊，3-输纤通道，4-转杯，5-假捻盘，6-引纱管，7-引纱罗拉，8-卷绕罗拉，9-计量泵，10-喷丝头，11-静电发生器，12-热风空气干燥管，13-杯底，14-杯壁，15-杯轴，16-空心管，17-轴承，18-绝缘橡胶座。

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。

一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，如图1所示，由转杯纺纱装置和静电纺纱装置组合而成；转杯纺纱装置包括喂给罗拉1、分梳辊2、输纤通道3、转杯4、假捻盘5、引纱管6、引纱罗拉7和卷绕罗拉8，假捻盘5为静电纺纱装置的接收器，静电纺纱装置包括5~10个喷丝头10、静电发生器11、计量泵9和5~10个热风空气干燥管12；转杯4的直径为55~75mm，如图2、3所示，转杯4由杯底13、杯壁14和杯轴15组成；杯轴15由空心管16和轴承17嵌套而成，杯底13开有圆形孔，圆形孔的孔径略大于空心管16的外径，空心管16穿入圆形孔中，轴承17与杯底13固定相连，空心管16的内径为20~25mm，空心管16靠近杯底13的一端内壁安装有直径为20~25mm的圆形绝缘橡胶座18，绝缘橡胶座18高出杯底13的垂直距离为1~3mm，喷丝头10材质为不锈钢，喷丝头10与热风空气干燥管12一一对应，均成圆环状均匀安装在绝缘橡胶座18上，喷丝头10和热风空气干燥管12均贯穿绝缘橡胶座18，喷丝头10顶端伸出绝缘橡胶座18表面的高度为0.5~1mm，喷丝头与热风空气干燥管的横截面均为圆形，喷丝头10的中心轴与对应的热风空气干燥管12的中心轴之间的距离为2~3mm，热风空气干燥管12的中心轴与绝缘橡胶座18的中心轴之间的距离等于喷丝头10的中心轴与绝缘橡胶座18的中心轴之间的距离，为18~23mm；计量泵9与喷丝头10相连；假捻盘5的曲率半径为40~50mm，外径为22~27mm，孔径大小为2~4mm，假捻盘5与杯底13之间的垂直距离为15~20mm；假捻盘5的圆弧面材质为不锈钢或铝合金，其与静电发生器11的负极相连，喷丝头10与静电发生器11的正极相连。

采用本发明的转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置进行纺纱过程为，短纤维经喂给罗拉1喂入后，经分梳辊2的分梳及除杂作用后，在气流的作用下经输纤通道3喂入转杯4内，短纤维在转杯4内凝聚、加捻成短纤维转杯纱，经过假捻盘5的假捻作用，短纤维转杯纱经引纱管6，被引纱罗拉7从转杯4内引出，并由卷绕罗拉8卷绕在筒子上；纺丝液由静电纺丝装置的计量泵9计量，并由喷丝头10喷出，在静电发生器11产生的高压电场的作用下，喷丝头10喷出的纺纱液形成纳米尺度纤维，并向转杯纺假捻盘5的圆弧表面运动，在运动的过程中纳米尺度纤维受热风空气干燥管喷出的热空气的干燥作用而干燥，短纤维转杯纱被引纱罗拉7由转杯4内引出时，会沿着假捻盘5的圆弧表面做圆周运动，因此纳米尺度纤维会在短纤维转杯纱离开转杯4杯底到假捻盘5的圆弧表面上的整个路径上对短纤维转杯纱进行包覆，形成包覆纱，并由引纱罗拉7一起引出。

Claims (9)

1.一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于：包括转杯纺纱装置和静电纺纱装置，转杯纺纱装置包括喂给罗拉（1）、分梳辊（2）、输纤通道（3）、转杯（4）、假捻盘（5）、引纱管（6）、引纱罗拉（7）和卷绕罗拉（8），静电纺纱装置包括喷丝头（10）和静电发生器（11），假捻盘（5）为静电纺纱装置的接收器；

假捻盘（5）的圆弧面与静电发生器（11）的负极相连；喷丝头（10）安装在转杯（4）内，且喷丝头（10）与静电发生器（11）的正极相连；

转杯（4）由杯底（13）、杯壁（14）和杯轴（15）组成；杯轴（15）由空心管（16）和轴承（17）嵌套而成，杯底（13）开有圆形孔，圆形孔的孔径略大于空心管（16）的外径，空心管（16）穿入圆形孔中，轴承（17）与杯底（13）固定相连，空心管（16）靠近杯底（13）的一端内壁安装有绝缘橡胶座（18）；

转杯（4）的直径为55~75mm，空心管（16）的内径为20~25mm；

喷丝头（10）的数量为5~10个，成圆环状均匀安装在绝缘橡胶座（18）上，且喷丝头（10）贯穿绝缘橡胶座（18）。

2.根据权利要求1所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于，假捻盘（5）与杯底（13）之间的垂直距离为15~20mm。

3.根据权利要求2所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于，假捻盘（5）的曲率半径为40~50mm，外径为22~27mm，孔径大小为2~4mm。

4.根据权利要求1所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于，静电纺纱装置还包括计量泵（9）和热风空气干燥管（12），计量泵（9）与喷丝头（10）相连，热风空气干燥管（12）的数量为5~10个，成圆环状均匀安装在绝缘橡胶座（18）上，且热风空气干燥管（12）贯穿绝缘橡胶座（18），热风空气干燥管（12）的中心轴与绝缘橡胶座（18）的中心轴之间的距离等于喷丝头（10）的中心轴与绝缘橡胶座（18）的中心轴之间的距离；

喷丝头（10）与热风空气干燥管（12）一一对应。

5.根据权利要求4所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于，喷丝头的横截面为圆形，热风空气干燥管的横截面为圆形。

6.根据权利要求5所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于，喷丝头（10）的中心轴与对应的热风空气干燥管（12）的中心轴之间的距离为2~3mm。

7.根据权利要求6所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于，喷丝头（10）材质为不锈钢，假捻盘（5）的圆弧面材质为不锈钢或铝合金。

8.根据权利要求1所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于，绝缘橡胶座（18）高出杯底（13）的垂直距离为1~3mm；绝缘橡胶座（18）为圆形，直径为20~25mm。

9.根据权利要求8所述的一种转杯纺纺外层为纳米纤维的包覆纱的纺纱装置，其特征在于，喷丝头（10）顶端伸出绝缘橡胶座（18）表面的高度为0.5~1mm，喷丝头（10）的中心轴与绝缘橡胶座（18）的中心轴之间的距离为18~23mm。