一步法纳米纤维纱增强方法及一种亲水化纤织物与流程

本发明属于纺织
技术领域：
，具体涉及一步法纳米纤维纱增强方法及一种亲水化纤织物。
背景技术：
：化学合成纤维（化纤）织物（如涤纶、锦纶、腈纶等）由于色彩鲜艳、不易变形、耐久性好、产量高、价格低而被广泛地应用在服装、家纺等领域。但化纤织物的亲水性能差、透气性差，容易产生静电等缺点限制了其在高档纺织品上的应用。目前主要通过三种方式来改善化纤织物的亲水性能：1）通过化学合成纤维与天然纤维的混纺来提升化纤织物的性能，混纺织物既吸收了天然纤维和化学合成纤维各自的优点，又尽可能地避免了它们各自的缺点；2）通过在纺丝过程中添加亲水物质来提升化纤织物的亲水性能；3）通过亲水后整理来改善化纤织物的亲水性能。然而第一种方式无法从根本上解决化纤织物亲水性能差缺点，后两种方式制备的化纤织物亲水性能耐久性差。纳米纤维具有极高的比表面积、优秀的表面性能以及较高的孔隙率等性能，如果将其应用在化纤织物上，有望从结构上解决化纤织物亲水性能差的缺点。随着静电纺丝技术的发展，化学合成纳米纤维可以通过静电纺丝技术制备，并且随着静电纺纳米纤维纱制备技术的出现，将化学合成纳米纤维应用在织物上也成为可能。但目前纳米纤维纱的强度低，无法直接用于纺织加工，而且目前尚无有效地提高纳米纤维纱强度的方法，因此目前国内外尚无有关纳米纤维织物提升化纤织物亲水性能的研究。技术实现要素：鉴于上述缺陷，本发明提供一种一步法增强纳米纤维纱的方法及其装置，使其可以直接用于纺织加工，并提供一种利用此纳米纤维纱线制备的可改善原有化纤织物亲水性能的纳米纤维织物，使得化纤织物具有非常好吸湿性能、润湿性能以及芯吸性能，使其这些性能明显高于传统化纤织物，从而扩展了原有化纤织物的应用范围，将其应用拓展至超轻薄型纺织品、智能纺织品，传感器及生物医用材料等高端纺织品领域，因此将具有非常好的经济与社会效益。为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：一步法纳米纤维纱增强方法，其特征在于：多根纳米纤维束从退绕罗拉上以一定的速度退绕，经过并合辊并和成一根纳米纤维纱，随后经过导辊、浸液辊、导辊使纳米纤维纱在液槽中充分浸液溶胀，然后在牵引罗拉对的牵引下通过牵引罗拉对的线速度与退绕罗拉的线速度的速度差来实现形成第一次拉伸增强，随后纳米纤维纱在牵引罗拉对的牵引下经过加热装置，利用牵引罗拉对与牵引罗拉对的线速度差实现第二次拉伸增强，经过两次拉伸增强的纳米纤维纱，经过横移排纱装置，卷绕到卷绕罗拉上，卷绕罗拉与牵引罗拉对形成的速度差对纳米纤维纱进行第三次拉伸增强；与此同时，横移排纱装置与卷绕罗拉一同绕纳米纤维纱轴线旋转，对纳米纤维纱施加捻度，纳米纤维纱的捻度由卷绕罗拉绕纱线轴线的旋转速度与其卷绕速度的比值决定。进一步地，所述第一次拉伸增强的拉伸倍数为1-10倍。进一步地，所述第二次拉伸增强的拉伸倍数为1-6倍。进一步地，所述第三次拉伸增强的拉伸倍数为1-4倍。进一步地，所述加热装置将纳米纤维纱加热到其玻璃化温度以上。进一步地，所述加热装置的材质为铁、铜、铝、陶瓷、石墨、碳纤维、石墨烯中一种，所述加热装置的长度为100-800mm，所述加热装置的间距为1-20mm。进一步地，所述液槽中的液体可以是水、乙醇、丙酮、甲酸、乙酸、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或是几种液体一定比例的混合液。进一步地，所述横移排纱装置的横移速度为6mm/min-100mm/min。进一步地，所述对纳米纤维纱施加捻度为100-10000捻/米。一种亲水化纤织物，其特征在于：根据上述的一步法纳米纤维纱增强方法制备的纳米纤维纱经过整经、上浆、穿综穿筘进行织造得到亲水化纤织物，或放置到纬编机、经编机或者编织机上进行织造得到亲水化纤织物。本发明的有益效果在于：本发明创造性地设计了溶胀拉伸，并通过设计不仅将溶胀拉伸、热拉伸、加捻三种增强方式巧妙的结合在一起实现一步增强，使得整个过程操作简单、增强效率高；而且在设计的过程中一些组合还会起到额外的效果，如加热装置除了活化纳米纤维分子链以外，还能够烘干带有溶胀溶液的纳米纤维束，加捻卷绕罗拉与加热拉伸后纳米纤维纱牵引罗拉对间的速度差还可以实现对纳米纤维纱的第三次拉伸增强，这些额外的效果不仅节约了能源与空间，而且进一步增加了纱线的增强效果与效率，更有利于实现纳米纤维纱线强度的提高。利用所制备的高强度纳米纤维纱可以直接制备纳米纤维织物，由于纳米纤维拥有非常高的比表面积与非常好的吸附性能，因此可改善原有化纤织物亲水性能的纳米纤维织物，扩展了原有化纤织物的应用范围。附图说明图1为本发明的一步法纳米纤维纱增强方法的装置构造示意图。1-退绕罗拉，2-纳米纤维束，3-并合辊，4-并合纳米纤维束，5-导辊，6-浸液辊，7-液槽，8-导辊，9-牵引罗拉对，10-加热装置，11-牵引罗拉对，12-横移排纱装置，13-卷绕罗拉，14-加捻旋转电机。图2为本发明的实施例1的一步法增强的高强度纳米纤维纱线及电镜图。图3为本发明的实施例1的亲水化纤织物及电镜图。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。在不背离本发明的技术解决方案的前提下，对本发明所作的本领域普通技术人员容易实现的任何改动都将落入本发明的权利要求范围之内。如图1所示的一步法纳米纤维纱增强方法，多根纳米纤维束从退绕罗拉1上以一定的速度退绕，经过并合辊3并和成一根纳米纤维纱，随后经过导辊5、浸液辊6、导辊8使纳米纤维纱在液槽7中充分浸液溶胀，然后在牵引罗拉对9的牵引下通过牵引罗拉对9的线速度与退绕罗拉1的线速度的速度差来实现形成第一次拉伸增强，随后纳米纤维纱在牵引罗拉对11的牵引下经过加热装置10，利用牵引罗拉对11与牵引罗拉对9的线速度差实现第二次拉伸增强，经过两次拉伸增强的纳米纤维纱，经过横移排纱装置12，卷绕到卷绕罗拉13上，卷绕罗拉13与牵引罗拉对11形成的速度差对纳米纤维纱进行第三次拉伸增强；与此同时，横移排纱装置12与卷绕罗拉13一同绕纳米纤维纱轴线旋转，对纳米纤维纱施加捻度，纳米纤维纱的捻度由卷绕罗拉13绕纱线轴线的旋转速度与其卷绕速度的比值决定。所述第一次拉伸增强的拉伸倍数为1-10倍。所述第二次拉伸增强的拉伸倍数为1-6倍。所述第三次拉伸增强的拉伸倍数为1-4倍。所述加热装置10将纳米纤维纱加热到其玻璃化温度以上。所述加热装置10的材质为铁、铜、铝、陶瓷、石墨、碳纤维、石墨烯中一种，所述加热装置10的长度为100-800mm，所述加热装置10的间距为1-20mm。所述液槽7中的液体可以是水、乙醇、丙酮、甲酸、乙酸、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺或是几种液体一定比例的混合液。所述横移排纱装置12的横移速度为6mm/min-100mm/min。所述对纳米纤维纱施加捻度为100-10000捻/米。一种亲水化纤织物，根据上述的一步法纳米纤维纱增强方法制备的纳米纤维纱经过整经、上浆、穿综穿筘进行织造得到亲水化纤织物，或放置到纬编机、经编机或者编织机上进行织造得到亲水化纤织物。实施例1（1）高强度纳米纤维纱的制备4根聚酰胺6（pa6）纳米纤维束（每根45dtex）从退绕罗拉1上以1m/min的速度退绕，经过并合辊3并和成一根纳米纤维束，随后经过导辊5、浸液辊6、导辊8使纳米纤维束在液槽7中充分浸液溶胀（溶胀溶液选择甲酸与乙醇混合溶液，混合质量比为1:2），然后在牵引罗拉对9以1.8m/min的速度进行牵引，形成第一次拉伸增强（拉伸倍数为1.8）。随后纳米纤维束在牵引罗拉对11的牵引下以3.2m/min的速度经过加热装置10（加热装置长20cm，加热板间距5mm，温度150°c），因此第二次拉伸倍数为1.8倍。随后纳米纤维束经过横移排纱装置12，卷绕到卷绕罗拉13上，此时卷绕罗拉13的卷绕速度为4m/min，因此第三次拉伸倍数为1.25倍；与此同时，横移排纱装置12（排纱横移速度为）与卷绕罗拉13一同绕纱线轴线旋转，旋转速度为10000转/min，因此纱线的捻度为2500tpm。纱线强度提高程度如表1所示。（2）织造纳米纤维织物的组织为纬平针组织，用12g手摇横机（常熟金龙机械有限公司）进行小样织造，织造参数为：2根纳米纤维上浆纱（每根上浆纱线密度为88dtex）同时织造，针床100针，下机长度10cm。所述对比织物选用规格为88dtex/24f的锦纶6长丝2根并合织造，其他所有工艺及参数均与实施例1相同。纳米纤维织物及其对比织物的性能如表2所示。表1一步法增强纳米纤维纱线的断裂强度纳米纤维束高强纳米纤维纱断裂强度（cn/dtex）0.83表2纳米纤维织物及其对比织物的性能实施例2（1）高强度纳米纤维纱的制备4根聚酰胺6（pa6）纳米纤维束（每根45dtex）从退绕罗拉1上以1m/min的速度退绕，经过并合辊3并和成一根纳米纤维束，随后经过导辊5、浸液辊6、导辊8使纳米纤维束在液槽7中充分浸液溶胀（溶胀溶液选择甲酸与乙醇混合溶液，混合质量比为1:2），然后在牵引罗拉对9以1.8m/min的速度进行牵引，形成第一次拉伸增强（拉伸倍数为1.8）。随后纳米纤维束在牵引罗拉对11的牵引下以2.7m/min的速度经过加热装置10（加热装置长20cm，加热板间距5mm，温度150°c），因此第二次拉伸倍数为1.5倍。随后纳米纤维束经过横移排纱装置12，卷绕到卷绕罗拉13上，此时卷绕罗拉13的卷绕速度为3m/min，因此第三次拉伸倍数为1.1倍；与此同时，横移排纱装置12与卷绕罗拉13一同绕纱线轴线旋转，旋转速度为9000转/min，因此纱线的捻度为3000tpm。纱线强度提高程度如表3所示。（2）织造纳米纤维织物的组织为纬平针组织，用12g手摇横机（常熟金龙机械有限公司）进行小样织造，织造参数为：2根纳米纤维上浆纱（每根上浆纱线密度为118dtex）同时织造，针床100针，下机长度10cm。所述对比织物选用规格为120dtex/24f的锦纶6长丝2根并合织造，其他所有工艺及参数均与实施例2相同。纳米纤维织物及其对比织物的性能如表4所示。表3一步法增强纳米纤维纱线的断裂强度纳米纤维束高强纳米纤维纱断裂强度（cn/dtex）0.82.2表4纳米纤维织物及其对比织物的性能实施例3（1）高强度纳米纤维纱的制备同实施例1。（2）织造选用纳米纤维纱（2根上浆纱并合织造，每根上浆纱的线密度为88dtex）为经纬纱，上机织造前采用ga391型立式单纱浆纱机（江阴市通源纺机有限公司）进行浆纱，然后用sga191型单纱整经机（射阳纺机厂）进行整经，用c/401型剑杆织机（天津隆达有限公司）织造平纹组织纳米纤维织物。织造参数为：上机经密为450根/10cm，上机纬密为250根/10cm的，幅宽为24cm，筘号为15，穿入数为3。所述对比织物的经纬纱选用锦纶6长丝（2根并合织造，长丝规格为88dtex/24f），其他所有工艺参数均与实施例3相同。纳米纤维织物及其对比织物的性能如表5所示。表5纳米纤维织物及其对比织物的性能实施例4（1）高强度纳米纤维纱的制备将实施例1中的纳米纤维束替换为聚丙烯腈（pan）纳米纤维束（每根45dtex），其他参数及过程同实施例1。纱线强度提高程度如表6所示。（2）织造纳米纤维织物的组织为纬平针组织，用12g手摇横机（常熟金龙机械有限公司）进行小样织造，织造参数为：2根纳米纤维上浆纱（每根上浆纱线密度为88dtex）同时织造，针床100针，下机长度10cm。所述对比织物选用规格为88dtex/12f的聚丙烯腈长丝2根并合织造，其他所有工艺及参数均与实施例4相同。纳米纤维织物及其对比织物的性能如表7所示。表6一步法增强纳米纤维纱线的断裂强度纳米纤维束高强纳米纤维纱断裂强度（cn/dtex）0.712.75表7纳米纤维织物及其对比织物的性能实施例5（1）高强度纳米纤维纱的制备将实施例1中的溶胀溶液替换为甲酸与水的混合溶液，混合质量比为2:3，其他参数及过程同实施例1。纱线强度提高程度如表8所示。（2）织造纳米纤维织物及其对比织物的织造参数及过程同实施例1。纳米纤维织物及其对比织物的性能如表9所示。表8一步法增强纳米纤维纱线的断裂强度纳米纤维束高强纳米纤维纱断裂强度（cn/dtex）0.82.88表9纳米纤维织物及其对比织物的性能实施例6（1）高强度纳米纤维纱的制备将实施例1中的加热装置的温度设置为250°c，其他参数及过程同实施例1。纱线强度提高程度如表10所示。（2）织造纳米纤维织物及其对比织物的织造参数及过程同实施例1。纳米纤维织物及其对比织物的性能如表11所示。表10一步法增强纳米纤维纱线的断裂强度纳米纤维束高强纳米纤维纱断裂强度（cn/dtex）0.82.98表11纳米纤维织物及其对比织物的性能对比例1采用现有的工艺方法进行制备，具体为采用两步法，即先进行热拉伸，再进行加捻。对于连续增强过程，热拉伸的拉伸倍数为1.8倍；捻度与实施例中相同。两步法所制备的纳米纤维纱的断裂强度如表12所示。从而可以看出传统两步法所制备的纱线断裂强度与本发明相比差距较大，增强效率低；而且两步法操作复杂，所占用的空间较大。这表明本发明具有独特的技术优势，可以有效地解决纳米纤维纱增强的难题，为利用纳米纤维织物提升化纤织物亲水性能奠定了基础。表12传统两步法所制备的纱线断裂强度当前第1页12