一种拉胀有色纤维的成形装置、方法及用途

本发明属于纺织材料的，涉及一种具有负泊松比效应的拉胀有色纤维的成形方法，装置以及用途。

背景技术：

1、负泊松比为材料在垂直受力方向上应变与受力方向上应变的比值。常规材料在收到拉伸(或压缩)时，在垂直受力方向上会发生收缩(或膨胀)，这种材料称作正泊松比材料；相反，某些材料在垂直于受力的方向上发生膨胀(或收缩)变形，称作负泊松比材料，也称拉胀材料。经研究发现具有负泊松比效应的材料拥有传统材料所没有的特殊性能，且其剪切刚度、断裂韧性、抗压能力、同向曲率、能量吸收能力、渗透性等比之传统材料都有所提高。这些优良的力学性能使负泊松比材料在汽车工业、人体防护、航空航天、生物医学及国防等领域有潜在应用。且如今负泊松比结构材料的研究多集中在泡沫和聚合物材料方面，纺织材料领域涉及较少，仍有很大研究潜力。

2、高品质，高功能，低能耗和低排放是化学纤维产品技术的发展方向，以原液着色纤维的生态纺织品代表消费和生产的新浪潮。原液着色化纤是由含有着色剂的纺丝原液或熔体制备成的有色纤维。原液着色产业链省略了加工过程中的染色环节，降低了纺织产业链的资源能源消耗，纤维色牢度高。近年来，原液着色纤维处于快速发展阶段，年平均增长率达两位数。

3、在混合机构处设置智能配色系统，连接互联网，建立自动化配色与生产加工体系，提高产品生产效率，提升智能化水平。以色母粒为基础的智能配色系统，支撑了化纤差别化，绿色化水平的提升，可以取得良好的经济与社会效益。

4、本专利在于实现一种制备生产效率高，色纱颜色柔性多样的拉胀有色纤维的成形方法,装置及用途。通过对传统熔融纺丝流程进行改进加工，添加色母粒喂入机构，拉胀材料喂入机构，混合机构等设备，即可高效，准确的实现纤维的拉胀性能与颜色控制。本发明通过将多种色母粒与拉胀颗粒在混合机构进行均匀混合，在冷空气作用下冷却成丝，后卷绕在纱筒上，从而获得拉胀有色纤维。本发明制备的拉胀有色纤维创新点在于添加拉胀颗粒以及对色丝颜色的精确柔性控制。拉胀纤维可应用于减压减震，防弹防刺，医疗临床，深水作业等功能纺织品；防护服,防弹背心，护膝或护套等人体防护用具；人造拉胀血管等医学生物用品；核潜艇,深水探测设备等国防军工领域。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有负泊松比效应的有色纤维的成形方法，以及相应的生产装置及用途。所述的生产装置由传统的熔融纺丝系统与色母粒，拉胀颗粒喂入系统组成。色母粒类别为单独供料的多种单色母粒，拉胀颗粒为内凹的二十四面体等形状；其成形产品适用于功能与智能纺织品，减压减震、防弹防刺等功能纺织品。

2、一种拉胀有色纤维的成形装置，至少三组依次串联的供料机构和取向调节输送机构，每组供料机构由若干个料斗、计量泵构成，实现单母粒的定量均匀输送；三组取向调节输送机构和拉胀颗粒喂入机构共同与混合机构的一端连接，混合机构的另一端与喷丝机构的一端连接，喷丝机构的另一端连接牵伸卷绕机构，喷丝机构的外周设置喷丝板冷却机构。

3、优选的是，本发明的每组供料机构包括多个独立的单色母粒供料料斗。

4、优选的是，本发明的单色母粒包括红色母粒、黄色母粒、蓝色母粒、黑色母粒、白色母粒、灰色母粒、青色母粒绿色，绿色母粒中的至少一种。

5、优选的是，本发明的的单色母粒为热塑性高聚物，包括涤纶、丙纶、锦纶、芳纶中的至少一种。

6、优选的是，本发明的拉胀颗粒喂入机构通过管道连接混合机构，拉胀颗粒喂入机构喂入的拉胀颗粒为内凹的二十四面体或内凹的六面体。

7、优选的是，本发明的喷丝板冷却机构用于喷出冷空气或冷水，对喷丝机构喷出的纤维进行冷却成形；所述喷丝机构上有不同形状的喷丝孔用于进行喷丝，所述的喷丝孔为圆形、三角形、c形、皮芯型、三叶型、丝带型中的至少一种。

8、优选的是，本发明的牵伸卷绕机构用于对喷丝机构得到的拉胀有色纤维进行牵伸和卷绕；所述的卷绕机构用于对拉胀有色纤维快速卷绕，实现将拉胀有色纤维均匀卷绕在卷绕机构的导辊上。

9、优选的是，本发明加入了拉胀颗粒的拉胀有色纤维具有负泊松比效应；拉胀有色纤维的颜色选择通过控制料斗中单色母粒的喂入比例来实现。

10、一种拉胀有色纤维的成形方法，按以下步骤进行：

11、(1)每组供料机构由料斗、计量泵构成，各单色母粒由料斗单独供料以实现色母粒的定量均匀输送；根据设计与生产的需要，通过配色系统软件控制计量泵调节各料斗中单色母粒的质量比例，得到需要的纤维颜色，单色母粒分别通过管道进入相对应的取向调节输送机构；

12、(2)取向调节输送机构通过内置的口径管道实现高聚物分子链的剪切流动，取向调节输送机构中含有温度、磁场控制装置，当熔体细流经过取向调节输送机构时，在温度与磁场的控制下调节熔体细流中纤维大分子的取向度；

13、(3)拉胀材料喂入机构喂入的拉胀颗粒与供料机构输送的高聚物原料在混合机构中混合均匀，混合机构分为多个混合隔间，并设有温度控制装置，以实现高聚物熔体细流与拉胀颗粒的充分混合；

14、(4)混合均匀的含拉胀颗粒的高聚物熔体细流经过喷丝板冷却机构，经喷丝板喷出，在温度、压力作用下冷却成拉胀有色丝纤维，温度、压力作用分别靠冷却空气与凝固浴实现；

15、(5)纤维冷却成形后进行牵伸卷绕机构，拉胀有色丝纤维经导丝辊的预拉伸被均匀的抽长拉细，最后均匀的卷绕在卷绕机构的导辊上。

16、一种拉胀有色纤维的用途，拉胀有色纤维具有良好的负泊松比效应与柔性多变的有色丝颜色控制，用作制备穿着服装面料、家纺用品、产业用纺织品的纤维；或应用于具有减压减震、防弹防刺功能的纺织品。

17、采用本发明的技术方案，与现有技术相比，其创新特点和有益效果在于：

18、(1)本发明通过设置智能配色系统，得到多种颜色的纤维，建立自动化配色与生产加工体系，提高产品生产效率，提升配色智能化水平。实现以单色母粒为基础的智能配色系统，支撑了化纤差别化，提升绿色化水平，可以取得良好的经济与社会效益。

19、(2)本发明适用范围广泛，本发明的拉胀有色纤维具有良好的负泊松比效应与柔性多变的有色丝颜色控制，可以满足如今化纤企业对化纤日益增长的颜色需求；并且具有负泊松比效应的有色纤维具有良好的能量吸收性，药物释放能力，液压稳定性，可应用于减压减震，防弹防刺，医疗临床，深水作业等功能纺织品；防护服,防弹背心，护膝或护套等人体防护用具；人造拉胀血管等医学生物用品；核潜艇，深水探测设备等领域。

20、(3)本发明通过添加内凹的二十四面体、内凹的六面体拉胀颗粒赋予纤维一定的负泊松比效应。拉胀材料的剪切刚度、断裂韧性、抗压能力、同向曲率、能量吸收能力、渗透性等比之传统材料都有所提高，应用广泛。且如今负泊松比结构材料的研究多集中在泡沫和聚合物材料方面，纺织材料领域涉及较少，仍有很大研究潜力。

21、(4)本发明以原液着色纤维的生态纺织品代表纺织行业消费和生产的新浪潮。原液着色产业链省略了加工过程中的染色环节，降低了纺织产业链的资源能源消耗，并且纤维色牢度高，代表了如今纺织行业高品质，高功能，低能耗和低排放的时代发展方向。