CN116516538A - 一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，具体包括以下步骤，步骤S1：将一根低模量高伸长纤维长丝一和一根低模量高伸长纤维长丝二通过积极喂入罗拉退绕，并分别喂入下层空心锭中心管一和下层空心锭中心管二，作为两根芯丝；步骤S2：高模量低伸长纤维长丝一在下层导纱钩一处正螺旋线构型包缠于所述芯丝表面；高模量低伸长纤维长丝二在下层导纱钩二处反螺旋线构型包缠于所述芯丝表面；形成双轴皮芯结构包覆纱体系，并穿过上层空心锭中心管；步骤S3：在上层导纱钩处，将卷绕于上层空心锭上的具有优良弹性伸长的纤维长丝纱线以低螺旋包覆密度捆绑于所述双轴皮芯结构包覆纱体系的表面，形成捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线。
Description
技术领域
本发明属于包覆纱技术领域，具体地说，本发明涉及一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺。
背景技术
复合纺纱自上世纪50年代后期出现至今，为纱线结构性能的改善和功能化等提供了更大的空间和更多的选择。但基本上还是局限在多轴系的物质含量、纺纱装备上的改造和关键工艺优化上做努力。通常传统材料在拉伸时，表现为正泊松比，即拉伸时材料变窄，压缩时变宽。而负泊松比材料受拉膨胀或受压收缩，在抗剪承载力、抗断裂性、能量吸收等方面比传统材料更具优势，因而负泊松比材料在生物医学、防护装备、国防等诸多领域具有较广泛的应用前景。因此，从多轴系复合纱成纱结构调控及优化角度实施创新，实现具有稳健成纱结构特征和显著负泊松比效应的拉胀纱线，是本发明亟待解决的技术难点。
近年来，利用纺织技术制备各种负泊松比材料受到人们越来越多的关注。作为一种纺织负泊松比材料，负泊松比纱线的发展和应用同样受到人们的高度重视。例如，Hook的专利，专利申请号US8002879 B2，Uses of Auxetic Fibres，涉及负泊松比纱线、织物，并列举了部分应用领域。但该专利中并未涉及负泊松比纱线的具体纺纱成形方法。胡红的专利，专利申请号201210212844.3，一种负泊松比纱线结构及其制造方法，将相间排列的第一纱线和第二纱线同时喂入到纱线形成区域，通过转动槽孔转盘对喂入的第一纱线和第二纱线同时加捻，即可在加捻集聚装置入口处汇聚成拉胀纱线结构。该制备方法要求第一纱线和第二纱线根数相同且均在2根以上，由于该纱线结构主要通过对各组分的加捻作用形成，因此为了提供纱线的成型结构，对纱线种类具有较强的限制性，一定程度上限制了负泊松比纱线的应用范畴。于伟东的专利，专利申请号201710539903.0，前置预包绕管的负泊松比复合纺纱装置、方法及用途，基于环锭细纱机，将短纤须条从前罗拉钳口输出后被加捻为高捻须条；刚性长丝经喂丝器喂入，并经预包绕管与高捻须条呈一定的张力实施包缠，形成刚性长丝略嵌入高捻须条的负泊松比纱。该制备方法需要将短纤须条制备成高捻须条，且需同时配备特定的预包绕管和较复杂的的成纱工艺实现负泊松比效应。该纱线在反复拉伸激励作用下易存在纱体捻度不匀及结构稳定性欠缺等不足。且纱线受拉变形程度受限导致负泊松比效应较小。于伟东的专利，专利申请号201710539952.4，一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置与方法，基于环锭细纱机，将同步从前罗拉钳口输出的短纤须条和一定张紧态弹力丝汇聚加捻形成二轴系弹力纱，进入锥筒，并在由大到小的管内壁作用下，毛羽向后倒伏和圆整光洁化；刚性长丝束经展平装置展开后以设定角度及相对位置包绕于锥筒上。最后，从锥筒出纱口输出的光洁圆整的弹力纱，立即被刚性长丝束的包绕丝所包缠而形成三轴系复合的负泊松比纱。该成纱装置机构复杂、纱线成形过程中对各组分纱设定轨迹精准控制度要求较高，制备方法有待进一步熟化完善。
本发明旨在构筑一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线，其成纱原理、纺纱机构等与上述专利均不同。如何合理配置各组分纱体模量、设计并优化负泊松比纱线结构，是本发明亟待解决的技术重难点。
发明内容
本发明提供一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，以解决上述背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，具体包括以下步骤，
步骤S1：将一根低模量高伸长纤维长丝一和一根低模量高伸长纤维长丝二通过积极喂入罗拉退绕，并分别喂入空心锭包缠纺纱机的两边的下层空心锭中心管一和下层空心锭中心管二，作为两根芯丝；
步骤S2：调控下层空心锭一和下层空心锭二的运转方向，使卷绕于下层空心锭一上的高模量低伸长纤维长丝一和下层空心锭二上的高模量低伸长纤维长丝二分别作同速反向退绕；低模量高伸长纤维长丝一和高模量低伸长纤维长丝一在下层导纱钩一处与一根芯丝汇合，并呈正螺旋线构型包缠于所述芯丝表面；低模量高伸长纤维长丝二和高模量低伸长纤维长丝二在下层导纱钩二处与另一根芯丝汇合，并呈反螺旋线构型包缠于所述芯丝表面；形成双轴皮芯结构包覆纱体系，并穿过上层空心锭中心管；
步骤S3：在上层导纱钩处，将卷绕于下层空心锭中心管三对应的上层空心锭上的具有优良弹性伸长的纤维长丝纱线以低螺旋包覆密度捆绑于所述双轴皮芯结构包覆纱体系的表面，形成捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线；通过卷取罗拉同步卷绕在收集纱筒上。
优选的，所述步骤S2中高模量低伸长纤维长丝一呈正螺旋线构型和高模量低伸长纤维长丝二呈反螺旋线构型是采用电脑程序控制器通过伺服电机单独控制两根皮带一和皮带二的运转方向和速度，以达到转向可调、速度变频可调的目的。
优选的，所述步骤S1中的低模量高伸长纤维长丝一和低模量高伸长纤维长丝二为氨纶丝、莱卡丝、聚烯烃基弹性丝、橡胶丝中的一种，且为粗的规格参数。
优选的，所述步骤S2中的高模量低伸长纤维长丝一和高模量低伸长纤维长丝二为金属丝、涤纶长丝、丙纶长丝、碳纤维长丝、玻璃纤维长丝、玄武岩纤维长丝中的一种，且为细的规格参数。
优选的，所述步骤S3中的具有优良弹性伸长的纤维长丝纱线为腈纶、橡胶丝、含弹力丝的复合纱中的一种，且为细的规格参数。
优选的，通过在空心锭包缠纺纱机的下方增设一对弹力丝积极喂入罗拉，通过调控积极喂入罗拉和卷取罗拉的转速差，实现不同预牵伸倍数低模量高伸长纤维长丝一和低模量高伸长纤维长丝二的超稳态等喂或欠喂；其中，预牵伸倍数＝1，表示长丝以无张力态等喂；预牵伸倍数＞1，表示长丝以低张紧态欠喂。
采用以上技术方案的有益效果是：
1、本发明的捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，只需在现有空心锭包缠纺纱机下方加装积极喂入罗拉，并从纺纱工艺和成纱结构精准调控双重角度实施创新，即可成功纺制一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线。制备工艺简捷实用、实施便捷，易操作、设备改造成本低，可连续化批量生产，便于推广实施。
2、本发明的捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，采用纺纱工艺一次成型，捆绑式构型赋予纱线在反复拉伸激励下仍可保持良好的结构稳定性。克服了现有技术中负泊松比纱线结构表层纱线滑移、结构不稳定且捻度分布不匀等技术难点。
3、本发明的捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，创新性提出本发明拉胀纱线成形和调控机制，使本发明拉胀纱线结构具有较大的负泊松比和稳健的拉胀效应，适用于不同负泊松比织物和结构的制作，在功能性服装、复合材料增强制造、医疗保健等诸多领域具有较好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线的纺纱工艺原理示意图一；
图2是本发明的捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线的纺纱工艺原理示意图二；
图3是拉胀纱线在承受轴向载荷前后的结构变化示意图；
图4是平行排列的本发明拉胀纱线在承受轴向载荷前后的结构变化示意图；
图5是根据本发明实施例1制得的拉胀纱线在承受轴向载荷前后的实物图；
图6是实施例1-4是选择不同纺纱原料和不同纺纱工艺参数图；
其中：
1、低模量高伸长纤维长丝一；2、低模量高伸长纤维长丝二；3、积极喂入罗拉；40、下层空心锭一；50、下层空心锭二；41、下层空心锭中心管一；51、下层空心锭中心管二；61、下层空心锭中心管三；7、高模量低伸长纤维长丝一；8、高模量低伸长纤维长丝二；9、下层导纱钩一；10、下层导纱钩二；11、双轴皮芯结构包覆纱体系；120、上层空心锭；121、上层空心锭中心管；13、优良弹性伸长的纤维长丝纱线；14、上层导纱钩；15、捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线；16、卷取罗拉；17、收集纱筒；18、皮带一；19、皮带二。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图6所示，本发明是一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，制备工艺简捷实用、实施便捷，易操作、设备改造成本低，可连续化批量生产，便于推广实施；采用纺纱工艺一次成型，捆绑式构型赋予纱线在反复拉伸激励下仍可保持良好的结构稳定；创新性提出本发明拉胀纱线成形和调控机制，使本发明拉胀纱线结构具有较大的负泊松比和稳健的拉胀效应，适用于不同负泊松比织物和结构的制作。
具体的说，如图1至图6所示，一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，具体包括以下步骤，
步骤S1：将一根低模量高伸长纤维长丝一1和一根低模量高伸长纤维长丝二2通过积极喂入罗拉3退绕，并分别喂入空心锭包缠纺纱机的两边的下层空心锭中心管一41和下层空心锭中心管二51，作为两根芯丝；
步骤S2：调控下层空心锭一40和下层空心锭二50的运转方向，使卷绕于下层空心锭一40上的高模量低伸长纤维长丝一7和下层空心锭二50上的高模量低伸长纤维长丝二8分别作同速反向退绕；低模量高伸长纤维长丝一1和高模量低伸长纤维长丝一7在下层导纱钩一9处与一根芯丝汇合，并呈正螺旋线构型包缠于所述芯丝表面；低模量高伸长纤维长丝二2和高模量低伸长纤维长丝二8在下层导纱钩二10处与另一根芯丝汇合，并呈反螺旋线构型包缠于所述芯丝表面；形成双轴皮芯结构包覆纱体系11，并穿过上层空心锭中心管121；
步骤S3：在上层导纱钩14处，将卷绕于下层空心锭中心管三61对应的上层空心锭120上的具有优良弹性伸长的纤维长丝纱线13以低螺旋包覆密度捆绑于所述双轴皮芯结构包覆纱体系11的表面，形成捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线15；通过卷取罗拉16同步卷绕在收集纱筒17上。
所述步骤S2中高模量低伸长纤维长丝一7呈正螺旋线构型和高模量低伸长纤维长丝二8呈反螺旋线构型是采用电脑程序控制器通过伺服电机单独控制两根皮带一18和皮带二19的运转方向和速度，以达到转向可调、速度变频可调的目的。
所述步骤S1中的低模量高伸长纤维长丝一1和低模量高伸长纤维长丝二2为氨纶丝、莱卡丝、聚烯烃基弹性丝、橡胶丝中的一种，且为粗的规格参数。
所述步骤S2中的高模量低伸长纤维长丝一7和高模量低伸长纤维长丝二8为金属丝、涤纶长丝、丙纶长丝、碳纤维长丝、玻璃纤维长丝、玄武岩纤维长丝中的一种，且为细的规格参数。
所述步骤S3中的具有优良弹性伸长的纤维长丝纱线13为腈纶、橡胶丝、含弹力丝的复合纱中的一种，且为细的规格参数。
通过在空心锭包缠纺纱机的下方增设一对弹力丝积极喂入罗拉3，通过调控积极喂入罗拉3和卷取罗拉16的转速差，实现不同预牵伸倍数低模量高伸长纤维长丝一1和低模量高伸长纤维长丝二2的超稳态等喂或欠喂；其中，预牵伸倍数＝1，表示长丝以无张力态等喂；预牵伸倍数＞1，表示长丝以低张紧态欠喂。以下用具体实施例对具体工作方式进行阐述：
下面具体实施例1-4是选择不同纺纱原料和不同纺纱工艺参数，按照本发明所提及的纺纱工艺所做的捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线15。
纱线表观直径膨胀率计算公式：式中：d1为拉胀纱线承受轴向拉伸后的表观直径(mm)，d0为拉胀纱线未拉伸时的表观直径(mm)。
拉胀纱线负泊松比效应优劣的评判标准：本发明所得拉胀纱线按其负泊松比效应的显著程度分为四个档次，即“优(εd≥25％)”、“良(15％≤εd＜25％)”、“中(10％≤εd＜15％)”、“差(εd≤10％)”。
实施例1：
选取低模量高伸长氨纶弹力丝筒2个、高模量低伸长涤纶长丝筒2个、具有优良弹性伸长的腈纶长丝筒1个，按上述纺纱工艺纺制捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线15，具体工艺参数如图6所示。
实施例2：
选取低模量高伸长莱卡弹力丝筒2个、高模量低伸长玻璃纤维长丝筒2个、具有优良弹性伸长的橡胶丝筒1个，按上述纺纱工艺纺制捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线15，具体工艺参数如图6所示。
实施例3：
选取低模量高伸长XLA弹力丝筒2个、高模量低伸长不锈钢丝筒2个、具有优良弹性伸长的棉/氨纶包芯纱筒1个，按上述纺纱工艺纺制捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线15，具体工艺参数如图6所示。
实施例4：
选取低模量高伸长橡胶弹力丝筒2个、高模量低伸长丙纶长丝筒2个、具有优良弹性伸长的氨纶涤纶包覆丝筒1个，按上述纺纱工艺纺制捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线15，具体工艺参数如图6所示。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，其特征在于：具体包括以下步骤，
步骤S1：将一根低模量高伸长纤维长丝一(1)和一根低模量高伸长纤维长丝二(2)通过积极喂入罗拉(3)退绕，并分别喂入空心锭包缠纺纱机的两边的下层空心锭中心管一41和下层空心锭中心管二51，作为两根芯丝；
步骤S2：调控下层空心锭一40和下层空心锭二50的运转方向，使卷绕于下层空心锭一40上的高模量低伸长纤维长丝一(7)和下层空心锭二50上的高模量低伸长纤维长丝二(8)分别作同速反向退绕；低模量高伸长纤维长丝一(1)和高模量低伸长纤维长丝一(7)在下层导纱钩一(9)处与一根芯丝汇合，并呈正螺旋线构型包缠于所述芯丝表面；低模量高伸长纤维长丝二(2)和高模量低伸长纤维长丝二(8)在下层导纱钩二(10)处与另一根芯丝汇合，并呈反螺旋线构型包缠于所述芯丝表面；形成双轴皮芯结构包覆纱体系(11)，并穿过上层空心锭中心管(121)；
步骤S3：在上层导纱钩(14)处，将卷绕于下层空心锭中心管三(61)对应的上层空心锭(120)上的具有优良弹性伸长的纤维长丝纱线(13)以低螺旋包覆密度捆绑于所述双轴皮芯结构包覆纱体系(11)的表面，形成捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线(15)；通过卷取罗拉(16)同步卷绕在收集纱筒(17)上。
2.根据权利要求1所述的一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，其特征在于：所述步骤S2中高模量低伸长纤维长丝一(7)呈正螺旋线构型和高模量低伸长纤维长丝二(8)呈反螺旋线构型是采用电脑程序控制器通过伺服电机单独控制皮带一(18)和皮带二(19)的运转方向和速度，以达到转向可调、速度变频可调的目的。
3.根据权利要求1所述的一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，其特征在于：所述步骤S1中的低模量高伸长纤维长丝一(1)和低模量高伸长纤维长丝二(2)为氨纶丝、莱卡丝、聚烯烃基弹性丝、橡胶丝中的一种，且为粗的规格参数。
4.根据权利要求1所述的一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，其特征在于：所述步骤S2中的高模量低伸长纤维长丝一(7)和高模量低伸长纤维长丝二(8)为金属丝、涤纶长丝、丙纶长丝、碳纤维长丝、玻璃纤维长丝、玄武岩纤维长丝中的一种，且为细的规格参数。
5.根据权利要求1所述的一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，其特征在于：所述步骤S3中的具有优良弹性伸长的纤维长丝纱线(13)为腈纶、橡胶丝、含弹力丝的复合纱中的一种，且为细的规格参数。
6.根据权利要求1所述的一种捆绑式双轴皮芯结构拉胀纱线纺纱工艺，其特征在于：通过在空心锭包缠纺纱机的下方增设一对弹力丝积极喂入罗拉(3)，通过调控积极喂入罗拉(3)和卷取罗拉(16)的转速差，实现不同预牵伸倍数低模量高伸长纤维长丝一(1)和低模量高伸长纤维长丝二(2)的超稳态等喂或欠喂；其中，预牵伸倍数＝1，表示长丝以无张力态等喂；预牵伸倍数＞1，表示长丝以低张紧态欠喂。
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