内凹六角蜂窝结构柔软和弹性拉胀面料的加工装置及方法与流程

本发明涉及一种利用纤维或纱线连续制备具有内凹六角蜂窝结构柔性和弹性拉胀面料的装置及方法，属于纺织服装的布料加工技术领域。

背景技术：

现有的纺织服装布料多为拉缩材料，即布料在一个方向拉伸时，垂直于拉伸方向变窄，压缩时变宽的性质。与拉缩材料对立的为拉胀材料，拉胀材料是指具有负泊松比效应的材料，即材料在拉伸时垂直于拉伸方向变宽，压缩时材料变窄的现象，为21世纪智能材料之一。纺织服装布料采用拉胀结构制备成拉胀布料具有潜在应用前景。目前利用拉胀结构制备拉胀纺织材料(包括拉胀纤维、拉胀纱线、拉胀织物)的报道鲜见。

近年来国内外有关柔性拉胀纺织材料的研究，有关于拉胀纤维的制备集中于从改变高聚物内部微结构入手，如改进传统熔融纺丝工艺，使高聚物长丝成形后内部具有微孔，从而具备拉胀效应，如授予alderson等人的auxeticfilamentarymaterials(美国专利，发明专利号u.s.2007/7247265b2)；关于拉胀纱线的制备则主要采用传统正泊松比长丝通过螺旋结构成形，使其在受轴向拉伸作用时，表现为纱线的表观直径增大，如授予胡红等人的一种负泊松比纱线结构及其制造方法(发明专利号cn201210212844.3)；关于拉胀织物的制备主要采用针织结构，在其中加入嵌入纱，使针织结构在拉伸变形过程中由于嵌入纱的作用而打开空隙，形成拉胀效应，如授予starbuck等人的fabricshavingknitstructuresexhibitingauxeticpropertiesandgarmentsformedthereby(美国专利，发明专利号u.s.2008/0011021a1)，授予anand等人的auxeticknittedfabrics(美国专利，发明专利号wo2010/125397a1)，授予ugbolue等人的auxeticfabricstructureandrelatedfabricationmethods(美国专利，发明专利号u.s.2014/8772187b2)；此外还有直接采用高聚物制作拉胀网片的发明，如授予alberg等人的methodsofmakinganauxeticmesh(美国专利，发明专利号u.s.2014/8728369b2)；关于拉胀纺织品的应用，可用于穿戴，如授予blakely等人的articlesofapparelwithauxeticfabrics(美国专利，发明专利号u.s.2014/0109286a1)，可用于过滤，如授予martin等人的filteringface-piecerespiratorhavinganauxeticmeshinthemaskbody(美国专利，发明专利号u.s.2015/8967147b2)，可用于冲击防护，如授予rossow等人的blastcontrolblanket(美国专利，发明专利号u.s.2016/0040962a1)，授予eberlein等人的seatingunitwithauxeticsupport(美国专利，发明专利号u.s.2015/0320220a1)。

上述拉胀织物在制备过程中虽然采用了纤维或纱线，但主要工艺仍然是基于传统的针织工艺，加工过程复杂，且织物产品变形过大和结构不稳定，常采用树脂再固化的方式制成半刚性的拉胀织物；而拉胀网片虽方法新颖，但网片硬度较大，柔性不足。要使拉胀纺织品扩大应用，必须使成形的拉胀面料具备一定柔性、弹性和稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提高拉胀面料的柔性、弹性和稳定性。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种内凹六角蜂窝结构的柔软和弹性拉胀面料的加工装置，其特征在于，包括喂纱机构、拉胀机构、定型机构和卷装机构；

喂纱机构包括纱架及导纱器，通过导纱器将纱架上的四路循环纤维或纱线导入至拉胀机构的拉胀辊筒表面；

拉胀机构包括拉胀辊筒，拉胀辊筒表面有内凹六角蜂窝结构岛状物的拉胀图案，通过导纱器与拉胀辊筒的配合运动，使四路循环纤维或纱线各自沿着拉胀图案的内凹六角蜂窝结构岛状物的凹槽放置，使纱线连续、均匀地排列在内凹六角蜂窝结构岛状物的内凹六角形各边，使纤维或纱线围绕内凹六角蜂窝结构岛状物形成预设拉胀图案；

定型机构置于拉胀机构一侧，定型机构包括热烘辊筒和剥离辊，热烘辊筒对拉胀辊筒表面的纤维或纱线进行热定型，并通过剥离辊进行剥离；

卷装机构置于定型机构的下方，包括卷绕辊和压布辊，通过剥离辊剥离后的具有拉胀图案的拉胀布料通过卷绕辊和压布辊卷装成形。

优选地，所述四路循环纤维或纱线中至少有1路有良好的弹性或结构弹性，良好的弹性是指纤维或纱线在伸直后还具有较大的伸长，良好的结构弹性是指通过将纤维或纱线制成螺旋或折等结构，具有自然状态下具有较大的伸长。

优选地，所述纤维或纱线导入所述拉胀辊筒后，在所述内凹六角蜂窝岛状物周围每条边都具有两路纤维或纱线，形成内凹六角各边的对称的纤维或纱线均匀体，且内凹六角至少有一边具有1路有良好的弹性或结构弹性的纤维或纱线。

优选地，所述纤维或纱线包括拉胀纤维、非拉胀纤维、纯纺非拉胀纱线、纯纺拉胀纱线、混纺非拉胀纱线、混纺拉胀纱线。

优选地，所述定型机构对所述拉胀辊筒表面的纤维或纱线采取空气变形、热黏、胶黏、或假捻方式，增加相邻纤维或纱线间相互摩擦或粘结作用，使纤维或纱线形成的具有拉胀图案的拉胀布料结构稳定，在拉胀布料成形后承受y方向应力作用时，x方向的纤维或纱线相对保持稳定，使拉胀布料形成的内凹结构α角增大，x方向相邻内凹六角形之间距离增加，宏观上呈现y方向拉伸，x方向膨胀的负泊松比效应，即拉胀效应。

本发明的另一技术方案是提供了一种上述的内凹六角蜂窝结构的柔软和弹性拉胀面料的加工装置的应用，其特征在于，用于连续制备内凹六角蜂窝结构柔性和弹性拉胀面料。

本发明的另一技术方案是提供了一种通过上述的内凹六角蜂窝结构的柔软和弹性拉胀面料的加工装置制备得到的柔性和弹性拉胀面料的应用，其特征在于，用于服装、个体防护、过滤材料、复合材料领域。

本发明通过导纱机构和拉胀机构控制纤维或纱线形成预期内凹六角蜂窝结构，并通过热定型机构稳定面料结构，最终通过卷绕机构制备柔性和弹性拉胀纺织品，其特征在于可以连续生产，提高拉胀面料的生产效率，且柔性拉胀面料的剪切性能、抗压痕性好，并具有同向曲率，可应用于服装、冲击防护、过滤等领域，市场前景广阔。

本发明的原理在于通过喂纱机构和拉胀机构的运动结合，即导纱器与拉胀辊筒的运动配合，使纤维或纱线按照预期方式在拉胀辊筒表面的拉胀图案凹槽内形成内凹六角蜂窝结构的连续的、均匀的纱线网，且内凹六角的至少一边含有弹性或结构弹性的纤维或纱线，赋予拉胀织物良好的柔性和弹性；使用本发明的纱线排列方式可以使纱线在拉胀辊筒转动线速度方向连续，从而制备过程连续；且在此种排列方式下，内凹六角蜂窝结构的各边均含有两路纱线，结构均匀，再辅以热定型，稳定拉胀结构和面料结构，有利于拉胀效果的实现。

本发明的特点和有益效果在于：

1)导纱器与拉胀辊筒的运动配合使纤维或纱线最终在拉胀辊筒表面的拉胀图案的内凹六角凹槽内形成连续的、均匀的纱线网，内凹六角至少有一边具有1路有良好的弹性或结构弹性的纤维或纱线，所形成拉胀布料具有良好的柔性和弹性；

2)热定型机构使纱线在内凹六角蜂窝结构下定型，拉胀结构稳定，可成为服用的服装面料；

3)卷绕后的纱线网由于自身具有内凹六角蜂窝结构，在承受力的作用时，由于内凹六角各边形态相对固定，且拐角处较柔韧，内凹六角结构的夹角α增大，导致面料整体呈现膨胀效果，即拉胀效应；

4)具有拉胀效果的柔性面料剪切性能、抗压痕性好，并具有同向曲率，可以应用于服装、冲击防护、过滤等领域，市场前景广阔。

附图说明

图1一种内凹六角蜂窝结构柔性拉胀面料制备装置示意图

图2拉胀内凹六角蜂窝结构图案凹槽内四路循环纱线放置轨迹示意图

图3拉胀辊筒示意图

图4拉胀图案平面示意图

图中：11-纱架、12-导纱器、13-纤维或纱线、13a-a路纱线、13b-b路纱线、13c-c路纱线、13d-d路纱线；21-拉胀辊筒、22-拉胀图案；31-热烘辊筒、32-剥离辊、33-拉胀布料；41-卷绕辊、42-压布辊；50-长轴中心线、52-凹槽、53-x方向相邻内凹六角形之间距离、54-长边、55-两条等长的线、56-内凹六角蜂窝岛状物、57-v形端、59-短轴。

具体实施方式

下面结合具体实施例，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。

本发明专利实施例均采用本发明的一种内凹六角蜂窝结构柔性拉胀面料制备装置，如图1所示，包括喂纱机构、拉胀机构、定型机构和卷装机构。

喂纱机构包括纱架11及导纱器12，通过导纱器12将纱架11上的四路循环纤维或纱线13导入至拉胀机构2的拉胀辊筒21表面。

纤维或纱线13包括拉胀纤维、非拉胀纤维、纯纺非拉胀纱线、纯纺拉胀纱线、混纺非拉胀纱线、混纺拉胀纱线。

四路循环纤维或纱线13中至少有1路有良好的弹性或结构弹性，良好的弹性是指纤维或纱线13在伸直后还具有较大的伸长，良好的结构弹性是指通过将纤维或纱线13制成螺旋或折等结构，具有自然状态下具有较大的伸长。

拉胀机构包括拉胀辊筒21，拉胀辊筒21表面有内凹六角蜂窝结构岛状物56的拉胀图案22。如图2所示，拉胀辊筒21表面的拉胀图案22布置如图3所示，其平面示意图见图4，内凹六角蜂窝结构岛状物56的总高度和宽度分别为h和w，两条等长的线55从六边形的各长边54的末端延伸，并相交于其长轴中心线50，形成了岛状物的v形端57。这些岛状物相对于其中心线，沿其长轴50或其短轴59间隔开。所有岛状物的长轴与拉胀辊筒21的轴线平行。交替的横排岛状物与上面或下面一排的偏移量为每个岛状物宽度的二分之一。随着内凹六角蜂窝结构岛状物56以这种方式形成，构建成凹槽52的网络。

通过导纱器12与拉胀辊筒21的配合运动，使四路循环纤维或纱线13各自沿着拉胀图案22的内凹六角蜂窝结构岛状物56的凹槽52放置，使纱线连续、均匀地排列在内凹六角蜂窝结构岛状物56的内凹六角形各边，使纤维或纱线13围绕内凹六角蜂窝结构岛状物56形成预设拉胀图案。

纤维或纱线13导入拉胀辊筒21后，在内凹六角蜂窝岛状物56周围每条边都具有两路纤维或纱线13，形成内凹六角各边的对称的纤维或纱线均匀体，且内凹六角至少有一边具有1路有良好的弹性或结构弹性的纤维或纱线13。

定型机构置于拉胀机构一侧，定型机构包括热烘辊筒31和剥离辊32，热烘辊筒31对拉胀辊筒21表面的纤维或纱线13进行热定型，并通过剥离辊32进行剥离。

定型机构对所述拉胀辊筒21表面的纤维或纱线13采取空气变形、热黏、胶黏、或假捻方式，增加相邻纤维或纱线13间相互摩擦或粘结作用，使纤维或纱线13形成的具有拉胀图案的拉胀布料33结构稳定，在拉胀布料33成形后承受y方向应力作用时，x方向的纤维或纱线13相对保持稳定，使拉胀布料33形成的内凹结构α角增大，x方向相邻内凹六角形之间距离53增加，宏观上呈现y方向拉伸，x方向膨胀的负泊松比效应，即拉胀效应。

卷装机构置于定型机构的下方，包括卷绕辊41和压布辊42，通过剥离辊32剥离后的具有拉胀图案的拉胀布料33通过卷绕辊41和压布辊42卷装成形。

本发明具体涉及如下5个实施例：实施例1内凹六角蜂窝结构柔性拉胀纯棉面料制备，实施例2内凹六角蜂窝结构柔性拉胀纯涤纶面料制备，实施例3内凹六角蜂窝结构柔性拉胀65/35涤棉面料制备，实施例4双螺旋拉胀纱线内凹六角蜂窝结构柔性拉胀面料制备，其中双螺旋拉胀纱线采用细的超高分子量聚乙烯长丝包裹粗的聚氨酯长丝采用包缠纺形成，实施例5内凹六角蜂窝结构柔性拉胀纯羊毛面料制备。

对5个实施例所涉及的内凹六角蜂窝结构拉胀图案进行对应的参数设置，包括所述的岛状物56的高度h、宽度w、内凹角度α，所述的热定型辊筒31的加热温度t。该5个实施例的设置参数见表1所示。

表15个实施例的设置参数表