一种包芯纱的连续制备方法和制备装置与流程

本发明属于包芯纱制备领域，涉及一种包芯纱的连续制备方法和制备装置。

背景技术：

包芯纱是由两种或两种以上的纤维或者纱线组合而成的一种新型纱线。包芯纱的制备方法多样，常规的包芯纱的制备方法主要是在细纱机及环锭纺的基础上进行改装，如专利cn104894717a以及专利cn106687628a，是在纺纱三角区中将包覆纱添加到纺织过程中，添加的包芯纤维包裹到从粗纱的纤维表面再经过多个罗拉牵伸和加捻在纱线表面形成包芯纱，这些装置不但结构繁琐，且包芯纱的外层多为纤维状，不能实现纱线之间的连续包覆。专利cn206015199u也公开了一种外层可用纱线来制备包芯纱的装置，其将具有抗辐射纱卷绕到棉纱表面，成功获得一种抗辐射包芯纱，虽然该装置结构简单，但是只能利用单根纱作为外层，且对外层纱的强度有一定要求，低强力纱线不能作为外层纱包覆芯纱。研究者也对纳米纤维包芯纱进行探索如专利cn107338541a以及文献(纳米纤维包芯纱的成纱机理与实验[d].中原工学院，2014.)，但由于纳米纤维强力低，故纳米纤维只能在成型过程中包覆于普通纱线上，而对于纳米纤维纱这种强力较低的纱线不能作为外层纱进行包覆。

因此，研究一种低强力纱线可作为外层纱制备包芯纱的方法具有十分重要的意义。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服上述现有技术中存在的问题，提供一种低强力纱线可作为外层纱制备包芯纱的连续制备方法和制备装置。本发明通过三个电机的旋转实现芯纱的包覆，并且在多孔纱管的作用下制得的包芯纱的均匀性显著提高，而退绕电机上可添加不同根数及种类的芯纱，从而实现不同结构复合包芯纱的连续制备。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种包芯纱的连续制备方法，在芯纱匀速直线运动同时围绕自身中心轴转动的过程中，将低张力主动输送的外层纱与芯纱联结，通过芯纱的转动带动外层纱包缠在芯纱表面制得包芯纱，所述低张力为1～40cn，联结前外层纱的运行路线与芯纱的运行路线相互垂直或者顺芯纱前进方向形成锐角夹角，锐角夹角有利于外层纱在芯纱表面的缠绕。

由于本发明采用电机实现纱筒的自动卷绕及退绕，纱线只是在包覆过程中承受张力装置赋予的外力，而张力装置施加于纱线上的张力较小，仅为保持纱线在包覆过程中处于伸直状态，且可根据纱线强力的大小进行调节，因此本发明对外层纱的强力要求较低。而现有技术为纱线带动纱筒转动，对纱筒的转动速度不可控，故对外层纱的强力要求高。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种包芯纱的连续制备方法，所述芯纱为主动输送的芯纱，所述芯纱和外层纱的数量为1根或多根，芯纱和外层纱的数量更优选为1根或3根，如果芯纱根数过多，芯纱纱筒的质量也将增加，导致机械装置振动程度过大，芯纱运动状态不稳定，多根芯纱的种类相同或不同，强力相同或不同，多根外层纱的种类相同或不同，强力相同或不同，所述外层纱的强力大于5cn，只要是强力大于5cn的纱线都可以作为本发明的外层纱，大于5cn的纱线既包括高强力的纱线又包括低强力的纱线，本发明有效地解决了现有技术低强力纱线不能作为外层纱包覆的问题，所述外层纱为普通长丝纱(例如桑蚕丝长丝纱)、短纤纱(例如棉纱、聚丙烯腈短纤纱)、纳米纤维纱或碳纳米管纱，其中纳米纤维纱和碳纳米管纱为本领域公知的低强力纱，现有技术仍未实现将纳米纤维纱和碳纳米管纱作为外层纱制备包芯纱，所述芯纱为普通长丝纱(例如桑蚕丝长丝纱)、短纤纱(例如棉纱、聚丙烯腈短纤纱)、纳米纤维纱或碳纳米管纱。

如上所述的一种包芯纱的连续制备方法，所述芯纱和外层纱的直径和速度满足以下条件：

式中，v1为芯纱的退绕速度，单位为米/分钟，v2为外层纱的退绕速度，单位为米/分钟，r为芯纱的转速，单位为转/分钟，d1为芯纱的直径，单位为米，d2为外层纱的直径，单位为米。

如上所述的一种包芯纱的连续制备方法，所述芯纱的直径为0.1～1mm，所述外层纱的直径为0.1～1mm，所述芯纱的退绕速度为0.2～2米/分钟，所述外层纱的退绕速度为0.321～4.817米/分钟。

如上所述的一种包芯纱的连续制备方法，所述包芯纱具有螺旋结构，外层纱的螺距均匀，外层纱的螺距为0.133～0.9mm，螺距cv值为0～5％。

本发明还提供采用如上所述的一种包芯纱的连续制备方法的制备装置，包括传动装置d1、传动装置d2和传动装置d3以及沿芯纱直线运行方向依次排列的安装轴a1、张力装置b1、固纱环c1、固纱环c2、张力装置b2、安装轴a2以及位于芯纱直线运行方向一侧、由近及远排列的张力装置b3和安装轴a3，所有的张力装置都是一个小的吊钩，吊钩挂到纱线上，随纱线张力和在芯纱纱筒与包芯纱纱筒之间自由纱线长度的不同上下移动；

安装轴a1、安装轴a2和安装轴a3分别用于安装芯纱纱筒、包芯纱纱筒和外层纱纱筒，传动装置d1、传动装置d2和传动装置d3分别用于带动芯纱纱筒、包芯纱纱筒和外层纱纱筒绕自身中心轴转动，安装轴a1和安装轴a2分别与驱动其绕轴β和轴ε转动的驱动装置e1和驱动装置e2连接，轴β和轴ε平行于水平面同时分别与安装轴a1和安装轴a2的中心轴相互垂直，所有的张力装置都用于保证纱线处于伸直状态，所有的固纱环都用于控制纱线抖动幅度。

作为优选的技术方案：

如上所述的制备装置，安装轴a1、安装轴a2和安装轴a3分别安装在芯纱固定架、包芯纱固定架和外层纱固定架中，所有的固定架都为匚形结构，由两侧板以及与两侧板垂直连接的底板构成，所有的安装轴都与底板平行同时与两侧板滑动连接，滑动连接是通过在侧板上设置长条状凹槽后将安装轴的两端安插在长条状凹槽中实现的。

如上所述的制备装置，传动装置d1由通过皮带连接且安装在芯纱固定架上的退绕电机和退绕罗拉构成，退绕罗拉平行于安装轴a1且位于安装轴a1和底板之间；

传动装置d2由通过皮带连接且安装在包芯纱固定架上的卷绕电机和卷绕槽筒构成，卷绕槽筒平行于安装轴a2且位于安装轴a2远离底板的一侧，卷绕槽筒和安装轴a2的两端头分别通过弹簧f3连接，弹簧f3嵌在长条状凹槽中且自然长度小于卷绕槽筒半径和安装轴半径之和；

传动装置d3由电机g3和主动罗拉构成，主动罗拉平行于安装轴a3且位于安装轴a3与底板之间，电机g3的转动轴与主动罗拉的一端头连接；

驱动装置e1和驱动装置e2分别为电机g1和电机g2，电机g1和电机g2的转动轴分别与芯纱固定架和包芯纱固定架的底板垂直连接，电机g1和电机g2的转动轴旋转方向相同，旋转速度都为300～1500转/分钟，电机g1和电机g2的转动轴的中心轴线与轴β和轴ε共线，轴β与安装轴a1的中心轴的交点以及轴ε与安装轴a2的中心轴的交点分别为安装轴a1和安装轴a2的中心轴的中点。

如上所述的制备装置，安装轴a1的数量为1个或多个，芯纱固定架中两侧板远离底板的端头分别与距离其最近的安装轴a1的两端头通过弹簧f1连接，弹簧f1嵌在长条状凹槽中且自然长度大于退绕罗拉与两侧板远离底板的端头之间的距离，以保证多个安装轴a1上的芯纱始终相切以及靠近退绕罗拉的芯纱始终与退绕罗拉相切，安装轴a3的数量为1个或多个，外层纱固定架中两侧板远离底板的端头分别与距离其最近的安装轴a3的两端头通过弹簧f2连接，弹簧f2嵌在长条状凹槽中且自然长度大于主动罗拉与两侧板远离底板的端头之间的距离，以保证多个安装轴a3上的包芯纱始终相切以及靠近主动罗拉的包芯纱始终与主动罗拉相切。

如上所述的制备装置，固纱环c1和固纱环c2为圆环，内径为包芯纱直径的2倍，固纱环c1和固纱环c2的安装高度相同，张力装置b3远离安装轴a3的一侧设有多孔纱管，多孔纱管可提高制得的包芯纱的均匀性，这是因为外层纱可在多孔纱管中均匀排列，且多孔纱管对外层纱的抖动幅度能够进行有效控制。多孔纱管与固纱环c1和固纱环c2之间的芯纱平行且间距小于等于5mm，优选为1～5mm，多孔纱管中设有多个沿直线方向排列的圆形通孔，圆形通孔为包芯纱直径的1.5倍，相邻两圆形通孔孔心之间的距离为1.5～3mm，两根外层纱之间的距离可通过穿过多孔纱管上的孔距进行调节。固纱环与多孔纱管的圆形通孔直径过大，对纱线的抖动幅度的可控性小；直径过小时穿纱困难，同时对纱线的结构会有磨损。多孔纱管与芯纱间的间距过大，不同外层纱间的排列均匀性差；间距过小，包芯纱容易与多孔纱管接触，造成磨损。

有益效果：

(1)本发明的一种包芯纱的连续制备方法，有效地解决了现有技术低强力纱线不能作为外层纱包覆的问题，实现了低强力纱线作为外层纱对于芯纱的包覆；

(2)本发明的一种包芯纱的连续制备装置，结构简单且多孔纱管可提高包芯纱的均匀性，提高制得的产品的品质。

(3)本发明的一种包芯纱的连续制备方法和制备装置，可以对不同性能的芯纱及外层纱实现连续包覆，从而获得多功能包芯纱。

附图说明

图1为本发明的包芯纱的制备装置的示意图；

图2为本发明的多孔纱管示意图；

其中，1-芯纱固定架，2-包芯纱固定架，3-外层纱固定架，4-芯纱纱筒、5-包芯纱纱筒，6-外层纱纱筒，7-电机g1，8-电机g2，9-弹簧f1，10-退绕电机，11-退绕罗拉，12-弹簧f2，13-电机g3，14-主动罗拉，15-卷绕电机，16-卷绕槽筒，17-弹簧f3，18-固纱环c1，19-固纱环c2，20-张力装置b1，21-张力装置b2，22-张力装置b3，23-多孔纱管，24-芯纱，25-包芯纱，26-外层纱。

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。

实施例1

一种包芯纱的制备装置，如图1所示，包括传动装置d1、传动装置d2和传动装置d3以及沿芯纱24和包芯纱25直线运行方向依次排列的安装轴a1、张力装置b120、固纱环c118、固纱环c219、张力装置b221、安装轴a2以及位于外层纱26直线运行方向一侧、由近及远排列的张力装置b322和安装轴a3；

安装轴a1、安装轴a2和安装轴a3分别安装在芯纱固定架1、包芯纱固定架2和外层纱固定架3中，分别用于安装有芯纱纱筒4、包芯纱纱筒5和外层纱纱筒6，安装轴a1和安装轴a2分别与驱动其绕轴β和轴ε转动的电机g17和电机g28连接，轴β和轴ε平行于水平面同时分别与安装轴a1和安装轴a2的中心轴相互垂直，安装轴a1共有3根，安装轴a2共有2根，安装轴a3共有1根，安装轴a1、a2和a3的数量并不限于此，其也可为1根或多根；

芯纱固定架为匚形结构，由两侧板以及与两侧板垂直连接的底板构成，其两侧板上对称设有长条状凹槽i，安装轴a1与底板平行且其两端安插在长条状凹槽i内以实现滑动连接，芯纱固定架中两侧板远离底板的端头分别与距离其最近的一安装轴a1的两端头通过弹簧f19连接，弹簧f1嵌在长条状凹槽i中且自然长度大于退绕罗拉与两侧板远离底板的端头之间的距离，电机g1的转动轴与芯纱固定架的底板垂直连接，传动装置d1用于带动芯纱纱筒绕自身中心轴转动，其由通过皮带连接且安装在芯纱固定架上的退绕电机10和退绕罗拉11构成，退绕罗拉平行于安装轴a1且位于安装轴a1和底板之间；

外层纱固定架的结构与芯纱固定架类似，不同在于，外层纱固定架侧板上开有长条形凹槽ii，其两侧板远离底板的端头分别与距离其最近的安装轴a3的两端头通过弹簧f212连接，弹簧f2嵌在长条状凹槽ii中且自然长度大于主动罗拉与两侧板远离底板的端头之间的距离，传动装置d3用于带动外层纱纱筒绕自身中心轴转动，其由电机g313和主动罗拉14构成，主动罗拉平行于安装轴a3且位于安装轴a3与底板之间，电机g3的转动轴与主动罗拉的一端头连接；

包芯纱固定架的结构与芯纱固定架类似，不同在于，包芯纱固定架侧板上开有长条形凹槽iii，电机g2的转动轴与包芯纱固定架的底板垂直连接，传动装置d2用于带动包芯纱纱筒绕自身中心轴转动，其由通过皮带连接且安装在包芯纱固定架上的卷绕电机15和卷绕槽筒16构成，卷绕槽筒平行于安装轴a2且位于安装轴a2远离底板的一侧，卷绕槽筒和安装轴a2的两端头分别通过弹簧f317连接，弹簧f3嵌在长条状凹槽iii中且自然长度小于卷绕槽筒半径和安装轴半径之和；

电机g1和电机g2的转动轴旋转方向相同，旋转速度都为200～1500转/分钟，电机g1和电机g2的转动轴的中心轴线与轴β和轴ε共线，轴β与安装轴a1的中心轴的交点以及轴ε与安装轴a2的中心轴的交点分别为安装轴a1和安装轴a2的中心轴的中点。

固纱环c118和固纱环c219用于控制纱线抖动幅度，张力装置b120、b221和b322用于保证纱线处于伸直状态，固纱环c1和固纱环c2为圆环，内径为包芯纱25直径的2倍，固纱环c1和固纱环c2的安装高度相同，张力装置b3远离安装轴a3的一侧设有如图2所示的多孔纱管23，多孔纱管与固纱环c1和固纱环c2之间的芯纱平行且间距为1～5mm，多孔纱管中设有多个沿直线方向排列的圆形通孔，圆形通孔为包芯纱25直径的1.5倍，相邻两圆形通孔孔心之间的距离为1.5～3mm。

一种采用以上装置连续制备包芯纱的方法如下：在芯纱匀速直线运动同时围绕自身中心轴转动的过程中，将主动输送且张力为40cn的外层纱与主动输送的芯纱联结，通过芯纱的转动带动外层纱包缠在芯纱表面制得包芯纱；芯纱和外层纱的数量均为1根，外层纱为桑蚕丝长丝纱，其直径为0.5mm，退绕速度为4.817米/分钟，芯纱为棉纱，直径为1mm，退绕速度为1米/分钟，芯纱和包芯纱的转速都为1000转/分钟。

最终制得的包芯纱具有螺旋结构，外层纱的螺距为0.5mm，螺距均匀，螺距cv值为2％。

其中外层纱可为普通长丝纱，也可为短纤纱、纳米纤维纱或碳纳米管纱，芯纱并不限于普通长丝纱，短纤纱、纳米纤维纱或碳纳米管纱均可用作本发明的芯纱，芯纱和外层纱的直径和速度并不限于本例所给出的值，芯纱和外层纱的直径和速度满足以下条件即可实现低强力纱的包缠：

式中，v1为芯纱的退绕速度，单位为米/分钟，v2为外层纱的退绕速度，单位为米/分钟，r为芯纱的转速，单位为转/分钟，d1为芯纱的直径，单位为米，d2为外层纱的直径，单位为米。

实施例2

一种包芯纱的制备装置，其结构与实施例1相同。

采用该装置连续制备包芯纱的方法与实施例1基本相同，不同在于，外层纱的张力为1cn，芯纱和外层纱的数量分别为3根和1根，外层纱为碳纳米管纱，直径为0.1mm，退绕速度为1.791米/分钟，3根芯纱都为碳纳米管纱，直径都为0.1mm，退绕速度都为1.5米/分钟，芯纱和包芯纱的转速都为1500转/分钟。

最终制得的包芯纱具有螺旋结构，外层纱的螺距为0.9mm，螺距均匀，螺距cv值为3％。

实施例3

一种包芯纱的制备装置，其结构与实施例1相同。

采用该装置连续制备包芯纱的方法与实施例1基本相同，不同在于，三根外层纱的张力都为20cn，芯纱和外层纱的数量分别为1根和3根，3根外层纱分别为桑蚕丝长丝纱、棉纱和聚丙烯腈短纤纱，直径都为0.5mm，退绕速度都为2.543米/分钟，芯纱为棉纱，直径为0.5mm，退绕速度为2米/分钟，芯纱和包芯纱的转速都为500转/分钟。

最终制得的包芯纱具有螺旋结构，外层纱的螺距为0.833，螺距均匀，螺距cv值为5％。

实施例4

一种包芯纱的制备装置，其结构与实施例1相同。

采用该装置连续制备包芯纱的方法与实施例1基本相同，不同在于，三个外层纱的张力都为3cn，芯纱和外层纱的数量分别为1根和3根，3根外层纱分别为纳米纤维纱、碳纳米管纱和纳米纤维纱，直径都为0.2mm，退绕速度为0.321米/分钟，芯纱为纳米纤维纱，直径为0.2mm，退绕速度为0.2米/分钟，芯纱和包芯纱的转速都为200转/分钟。

最终制得的包芯纱具有螺旋结构，外层纱的螺距为0.133mm，螺距均匀，螺距cv值为0％。

实施例5

一种包芯纱的制备装置，其结构与实施例1相同。

采用该装置连续制备包芯纱的方法与实施例1基本相同，不同在于，每根外层纱的张力都为5cn，芯纱和外层纱的数量分别为3根和3根，3根外层纱都为纳米纤维纱，直径都为0.3mm，退绕速度为0.935米/分钟，3根芯纱都为棉纱，直径都为0.5mm，退绕速度都为0.5米/分钟，芯纱和包芯纱的转速都为300转/分钟。

最终制得的包芯纱具有螺旋结构，外层纱的螺距为0.256mm，螺距均匀，螺距cv值为1％。