一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法与流程

本发明涉及一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法，属纺织加工技术领域。

技术背景

纱线的结构直接决定纱线性能。线密度不同的环锭纱线，其平均孔隙率一般都在10％-30％之间，但不同线密度纱线的平均孔隙率有差异，纱线越粗，平均孔隙率越大；在环锭纱截面上中间层的孔隙率最小，呈现出紧密结构，纱线外层的孔隙率最大，呈现出松弛结构。较大的纱线孔隙率是纱线具有较大的蓬松、透气性能的主要因素，但孔隙率较大，纱体内纤维间连接较松散，导致纱线内纤维间抱合力下降，纱线强度降低的问题。

针对上述技术问题，目前常规方法是采用或设计较大的纺纱捻系数，增加短纤维须条成纱时加捻力度，促使成纱结构更加紧密、成纱纱体内纤维间接触更充分、抱合力更大，实现成纱强度的较大提高；但是常规方法增强纱线强度，也改变了纱线结构，较大捻度的纱线紧密，强力增加的同时，硬度增加，不适合对柔软性能要求较高的针织生产，一般只用作机织纱。为了增加纱线内部纤维间紧密度和抱合力，同时不改变最终成纱的捻度，美国专利公开号US2012/0151894A1，公开日2012年6月21日，发明创造名称为“Method and apparatus for reducing residual torque and neps in singles ring yarns”，该申请公案提供了一种采用在环锭成纱区加装假捻装置，增加成纱区纤维纱条的捻度，同时又不改变成纱的最终捻度的纺纱方法，这种先增加捻度实施助捻、后退捻取消增加的捻度的方法，不仅提高成纱强度，而且降低成纱残余扭矩，是针对提高针织纱生产品质的有效技术，但该技术适用范围有限，主要用于针织纱的生产，且生产中涉及加装假捻器转动，能耗和生产成本较高。另一类有效增加普通环锭纺成纱强力的方法是采用集聚纺纱技术：如美国知识产权局1984年12月18日公开的发明专利“Device for stretching,condensing and transporting a rove of fibers during a spinning operation”，专利号US 4488397；美国知识产权局2000年6月13日公开的发明专利“Device for condensing a drafted fiber strand”，专利号6073314；美国知识产权局2000年7月4日公开的发明专利“Arrangement for condensing a drafted fiber strand”，专利号6082089；美国知识产权局2001年1月9日公开的发明专利“Transport belt for transporting a fiber strand to be condensed”，专利号US 6170126B1；美国知识产权局2001年7月24日公开的发明专利“Arrangement and method for condensing a drafted fiber strand and method for making yarn thereform”，专利号US 6263656B1；美国知识产权局2001年8月14日公开的发明专利“Apparatus for condensing a drafted strand”，专利号US 6272834B1；美国知识产权局2001年5月29日公开的发明专利“Condensing zone for a spinning machine”，专利号US 6237317B1。上述集聚纺纱技术专利公案的核心原理都是针环锭纺纱过程，利用负压抽吸的方式聚集纺纱三角区纤维须条，促使纤维须条在紧密聚集状态下进行加捻，加强对纤维须条边缘纤维控制，有效降低纺纱过程纤维头端外露，降低纱线毛羽，增加成纱紧密度，提高成纱强度；虽然紧密纺纱线内部纤维排列平齐、紧密，但集聚纺消除纺纱三角区，纱体内部纤维内外转移不够，纤维间交叉抱合力不足，外层仍有毛羽露出，纱体经受摩擦后毛羽仍旧剧增；特别是目前通过气流集聚的紧密纺纱技术，只对高支纱增强、降低毛羽效果明显，对粗特纱线增强、降低毛羽效果差。与纤维须条集聚方法不同，纤维须条分束法也能提高短纤维须条的成纱强度，主要以赛络纺为代表，但是赛络纺成纱区为两根支束须条预先加捻，然后在汇合加捻，预加捻须条上的捻度少，对须条纤维控制力不足，纤维流失严重，且支束捻度较少，容易造成纺纱过程中的纺纱断头。针对新型上述新型环锭纺纱技术问题，纺纱行业也常常采用长丝伴纺的方法，增强成纱强力、降低纺纱断头，这类方法属于长丝环锭复合纺纱范畴，其主要有赛络菲尔纺、嵌入纺、包芯纺等技术。赛络菲尔纺是将一根长丝与一根粗纱须条以一定隔距喂入，实现长丝与短纤维须条之间相互包缠成纱；包芯纱是将一根长丝从一根或两根粗纱须条中间喂入，实现短纤维为鞘长丝为芯的纱复合线结构；嵌入纺是将两根长丝以一定间距喂入前罗拉，将两根须条分别以一定间距左右对称地喂入前罗拉，形成一侧的长丝与该侧短纤维须条先预包缠，然后再与另一侧预包缠后的复合纱线须条进行汇合加捻，形成结构更加复杂的复合纱线。但是，上述长丝复合纺纱方法要求长丝与短纤维须条的位置相对固定不变，所得到的复合纱线结构中长丝相对于短纤维的位置相对固定，长丝没能最大限度地在复合纱体中进行内外转移，长丝与纤维在纱体中不能实现自然均匀地混合和抱合。因此，现有上述长丝复合纺纱方法所生产的复合纱线都存在长丝与短纤维之间抱合力不够，在后续加工中容易出现长丝与短纤维之间相对滑动，不但织造效率低，而且布面质量和织物耐磨性差。

纳米纤维直径处在1nm-100nm范围内，具有孔隙率高、比表面积大、长径比大、表面能和活性高等性能优势，体现出优异的增强、抗菌、拒水、过滤等功能，应用在分离过滤、生物医疗、能源材料、聚合物增强、光电传感等各领域。如将纳米纤维加工成宏观纱线，将可采用现代纺织手段生产出各类功能医用、功能服装、工业面料等制品，将突破传统纺织产品性能和价值，应用前景广阔；目前将纳米材料加工成纱线主要以纯纳米纱线加工技术的尝试为主：中国知识产权局2005年11月09日公开的发明专利“纳米纤维纱线、带和板的制造和应用”，专利申请号ZL201310153933.X，该申请公案提供了一种采用平行铺放的带状或板状碳纳米管阵列，进行抽拉加捻形成纳米纱线的方法，并将纳米带或纱用于复合增强有机聚合物、制作电极、光学传感器等领域；中国知识产权局2013年09月27日公开的发明专利“一种取向纳米纤维纱线连续制备装置及方法”，专利申请号ZL201310454345.X，该申请公案提出采用自制旋转加捻装置，将纳米纺丝所制作的纤维直接加捻卷绕成线性状材料。但是纳米纤维本身形状尺度太细，纤维绝对强力低，特别是碳纳米纤维具有脆性高的特征，导致纯纳米纤维进行扭转加捻成纱后，纤维受到严重损伤和破坏，据报道纳米纤维加捻成纱时纳米纤维扭转断裂较多，没有发挥出纳米纤维的力学优势，所纺纱线远远低于预期的理论效果。基于纯纳米纤维纱的技术问题和瓶颈，中国知识产权局2012年11月01日公开的发明专利“纳米纤维与长丝复合纱线的纺纱装置及纺纱方法”，专利申请号ZL201210433332.X，该申请公案提供了一种采用在静电纺丝的同时，向两个纳米纤维接收盘上引入长丝，使纳米纤维粘附在两根纳米长丝上，然后再将两根长丝进行加捻并合，得到具有纳米纤维的超高比表面积和长丝的高强力特性的长丝/纳米纤维复合纱；该申请公案虽然克服了纳米纤维自身强力低，难以纯纺成纱的难题，但只涉及长丝伴和纳米纤维加捻成纱，而常规大规模纺织加工是天然、化学短纤维纺纱，因此该申请公案所涉及加工应用范围狭小，未解决和实现纺织工业领域常规短纤维的纳米复合纺纱生产。基于上述技术问题和瓶颈，特别是纳米纤维与常规棉纤维复合成纱的技术生产需求，中国知识产权局2013年11月20日公开的发明专利“一种纳米纤维混纺复合纱线的制备方法”，专利申请号ZL201310586642.X，该申请公案提出了一种在梳棉工序，采用静电纳米纺丝直接喷射到梳棉机输出的棉网上，与棉网混合后制成棉/纳米纤维条，再将棉/纳米纤维条经粗纱、细纱等工序制成混纺复合纱线的方法，该方法看似简单、有效地将纳米纤维与棉纤维复合在一起，但该方法存在先天性的原理和实际生产问题：关键问题在于纳米纤维比表面积大，与常规棉纤维之间的粘附和抱合力强，这种情况下，棉条在粗纱、细纱工序的牵伸过程中，棉纤维之间将难以自由、顺畅地进行相对滑移，多出现弯钩、牵伸困难、牵伸不匀等现象，导致最终加捻纺制的纱线品质差，不能实现高功能、高品质纳米复合纱线的生产和加工。中国知识产权局2011年08月04日公开的发明专利“一种在纱线或纤维束表面制备纳米纤维涂层的方法及系统”，专利申请号ZL201110221637.X，该申请公案提供了一种采用纱线从在纺丝喷头的喷口与收集器之间通过时，纱线表面直接受到喷口的纳米喷丝喷涂作用，形成一层纳米涂层膜的方法；很明显，该申请公案属于喷涂法，纳米纤维没能进入到纱体内，不能与纱线内部的短纤维之间形成优良的抱合作用，必将在后续使用和加工过程中，导致纳米涂覆层从纱线表面脱离或磨损脱落，产品耐久性性差。因此，纳米纤维太细、生产中牵伸不足，存在强力过低、粘附和耐久性差，涂覆在织物表面易磨损脱落、不能常规纺纱加工，导致纳米纤维在纺织工业化生产中，只能少量的加工成无纺布或纳米膜，尚无法进行批量高速纺织加工生产，严重制约纳米纤维的纺织工业化应用。

技术实现要素：

针对长丝环锭复合纺纱时常规短纤维与长丝之间抱合力不足、纳米纤维尚未实现高功能高品质纳米纱线生产的技术难题，本发明目的在于提供一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法。为了实现上述目的，其技术解决方案为：

一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法，在环锭细纱机的每一个牵伸机构上，从粗纱筒管退绕下来的短纤维粗纱，经喇叭口喂入由后罗拉、后皮辊、中罗拉、中下皮圈、中上皮圈、前罗拉、前皮辊组成的牵伸区，牵伸成短纤维须条S，短纤维须条S经由前罗拉、前皮辊组成的前罗拉钳口输出，进入长丝环锭复合成纱区，分别从两个长丝卷装上退绕下来的长丝F1、长丝F2，经导丝辊平行的喂入到由前罗拉、前皮辊组成的前罗拉钳口，在前罗拉钳口处，长丝F1、长丝F2对称地分布在短纤维须条S两侧，该方法采用在前皮辊与导丝辊之间设置静电纺丝装置，静电纺丝装置的接收板位于由前皮辊右侧和导丝辊左侧所形成的公切面的一侧，接收板的接收面与该公切面平行，静电装置的静电喷丝头位于该公切面的另一侧，静电喷丝头与接收板的接收面之间形成静电喷丝区，纳米静电喷丝头通过连通管接到计量泵上；

复合纺纱时，由导丝辊引导的平行长丝F1和长丝F2沿公切面途经喷丝头与接收板的接收面之间时，纳米纺丝液经计量泵分别注入纳米静电喷丝头，在纳米静电喷丝头与接收板的接收面之间的高压静电作用下，从纳米静电喷丝头纺出的纳米纤维持续喷射到平行运行的长丝F1和长丝F2之间，在长丝F1和长丝F2之间形成纳米纤维网N，纳米纤维网N随运行的长丝F1、长丝F2与经牵伸区牵伸成的短纤维须条S共同经前罗拉钳口输出，进入复合纺纱加捻区，在复合纺纱加捻区，短纤维须条S、纳米纤维网、长丝F1和长丝F2汇合在一起，加捻成复合纱线，复合纱线经导纱钩、钢领、钢丝圈，最后卷绕到纱管上。

由于采用了以上技术方案，与现有技术相比，本发明的一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法，其优点在于：本发明采用在前皮辊与导丝辊之间设置静电纺丝装置，静电纺丝装置的接收板位于由前皮辊右侧和导丝辊左侧所形成的公切面的一侧，接收板的接收面与该公切面平行，静电装置的静电喷丝头位于该公切面的另一侧，静电喷丝头与接收板的接收面之间形成静电喷丝区，使得静电喷丝头将纳米纤维持续喷射到经导丝辊喂入到前罗拉前钳口的长丝F1和长丝F2上，形成纳米纤维网，将纳米纤维网内一部分纳米纤维在前罗拉钳口处与牵伸后形成的短纤维须条进行充分接触和混合，克服了“以往在梳棉工序时短纤维网内加入纳米纤维，造成后续短纤维条或短纤维粗纱内纤维抱合力大，牵伸困难和牵伸效果差，导致最终成纱条干、纱疵、毛羽等品质性能恶化”的技术难题；纳米纤维网与长丝表面纤维、短纤维须条内纤维同时接触，增加了长丝环锭复合纱条中常规短纤维之间、常规短纤维与长丝之间的成纱抱合力，有效解决了针对常规长丝复合纺纱时长丝与短纤维之间易滑移、抱合力不足的技术问题，最终改善长丝环锭复合纱强度和结构稳定性。由于本发明本质上是将纳米纺丝与常规长丝环锭复合纺纱有机结合在一起，克服了纯纳米纤维成纱绝对强力低、无法高速连续成纱的困难，保证纳微纤维混合纱线的高速顺利生产，纳米纺丝形成的纳米纤维网为粘连、填充和增强抱合，大幅提高纱线条干、强力等成纱品质，又解决了常规微米级纤维纺纱抱合力和成纱品质较低的技术问题。本发明操作简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明的工艺流程示意图。

图2为图1中长丝环锭复合成纱区工作原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法作进一步详细描述。

见附图。

针对长丝环锭复合纺纱时常规短纤维与长丝之间抱合力不足、纳米纤维尚未实现高功能高品质纳米纱线生产的技术难题，本发明采用在环锭细纱机的每一个牵伸机构上，从粗纱筒管退绕下来的短纤维粗纱，短纤维粗纱可采用棉粗纱、或麻粗纱、或羊毛粗纱、或涤/棉粗纱等，经喇叭口喂入由后罗拉、后皮辊、中罗拉、中下皮圈、中上皮圈、前罗拉7、前皮辊6组成的牵伸区，牵伸成短纤维须条S，短纤维须条S经由前罗拉7、前皮辊6组成的前罗拉钳口输出，进入长丝环锭复合成纱区，分别从两个长丝卷装上退绕下来的长丝F1、长丝F2，经导丝辊4平行的喂入到由前罗拉7、前皮辊6组成的前罗拉钳口，在前罗拉钳口处，长丝F1、长丝F2对称地分布在短纤维须条S两侧，长丝F1和长丝F2之间的隔距为4-9毫米，长丝F1和长丝F2可采用涤纶长丝、或锦纶长丝、或水溶性维纶长丝等，在前皮辊6与导丝辊4之间设置静电纺丝装置，静电纺丝装置的接收板5位于由前皮辊6右侧和导丝辊4左侧所形成的公切面的一侧，接收板5的接收面与该公切面平行，静电装置的静电喷丝头3位于该公切面的另一侧，静电喷丝头3与接收板5的接收面之间形成静电喷丝区，静电喷丝头3与接收板5的接收面之间的垂直距离大于等于30毫米，距离越大，所纺纳米纤维越细，纳米静电喷丝头3通过连通管接到计量泵2上；复合纺纱时，由导丝辊4引导的平行长丝F1和长丝F2沿公切面途经喷丝头3与接收板5的接收面之间时，纳米纺丝液经计量泵2分别注入纳米静电喷丝头3，纳米纺丝液可采用聚乙烯醇缩丁醛(PVB)质量分数为8％的乙醇溶液，或丝素蛋白含量为12％的甲醇溶液等，纳米静电喷丝头3通过导线外接10KV-100KV的高压直流电源1，接收板5通过导线进行接地，使得纳米静电喷丝头3与接收板5之间形成高压静压场，在纳米静电喷丝头3与接收板5的接收面之间的高压静电作用下，从纳米静电喷丝头3纺出的纳米纤维持续喷射到平行运行的长丝F1和长丝F2之间，在长丝F1和长丝F2之间形成纳米纤维网N，纳米纤维网N随运行的长丝F1、长丝F2与经牵伸区牵伸成的短纤维须条S共同经前罗拉钳口输出，进入复合纺纱加捻区，具体而言：在此过程中，纳米纤维网N随运行的长丝F1、长丝F2喂入到前罗拉钳口处时，在前罗拉钳口处纳米纤维网N的一部分纳米纤维和短纤维须条S汇合，该部分纳米纤维分散到短纤维须条S内的短纤维之间，形成纳微纤维混合须条，实质上是将纳米纤维网内一部分纳米纤维在前罗拉钳口处与牵伸后形成的短纤维须条进行充分接触和混合，克服了“以往在梳棉工序时短纤维网内加入纳米纤维，造成后续短纤维条或短纤维粗纱内纤维抱合力大，牵伸困难和牵伸效果差，导致最终成纱条干、纱疵、毛羽等品质性能恶化”的技术难题，保证纳米纤维与短纤维混合纱条进行高品质成纱；在前罗拉钳口处未与短纤维须条S汇合的纳米纤维网N内的其余纳米纤维随长丝F1和长丝F2一同经前罗拉钳口输出，一起进入复合纺纱加捻区，与此同时，形成纳微纤维混合须条也由前罗拉钳口输入到复合纺纱加捻区。在复合纺纱加捻区，纳微纤维混合纱条、纳米纤维网、长丝F1和长丝F2汇合在一起，进行复合加捻成纱，其中纳微纤维混合须条内的纳米纤维增加了微米级短纤维间的接触抱合，其余的纳米纤维增加了长丝与常规短纤维之间的抱合，因此长丝环锭复合纱条中常规短纤维之间、常规短纤维与长丝之间的成纱抱合力都得到大幅提升，最终增强的长丝环锭复合纱，获得增强的长丝环锭复合纱，增强的长丝环锭复合纱经导纱钩、钢领、钢丝圈，最后卷绕到纱管上。

粗纱选用385Tex棉粗纱，长丝F1和F2都选用规格为30D/24f的锦纶长丝，纳米纺丝液选用质量浓度为8％PVB乙醇溶液，高压直流电源1的电压选用50KV，纳米静电喷丝头3与接收板5的接收面之间的垂直距离选用50毫米时，所纺制的24tex纱体内PVB纳米纤维细度范围为50-170纳米，与未引入纳米纤维的原纱相比，本发明所纺的PVB纳米纤维增强的长丝复合纱纱支增重1.2％，纱线强力增加9.7％，纱线毛羽降低60.1％。