[发明专利]一种稳定结构拉胀复合纱及其制备装置、方法及用途

说明书

本发明提供了一种稳定结构拉胀复合纱及其制备装置、方法及用途。所述的稳定结构拉胀复合纱，其特征在于，包括包覆纱以及弹性芯纱，包覆纱交叉包缠在弹性芯纱表面，且具有负泊松比效应。该拉胀复合纱线成形良好，结构稳定，性能独特，拉胀效果明显，可选用合适的原料用于人体防护面料、生物医用材料及工程用材料等，同时该纺纱装置是基于小型编织机改装而成，纺纱方法易于操作，实施方便且成本较低，适于连续化生产及推广应用。

技术领域

本发明属于纺纱技术领域，涉及一种高弹、超柔包覆式制备稳定结构拉胀复合纱的装置及方法。

背景技术

传统的纱线为正泊松比材料，即在某一方向上受到拉伸(或压缩)时，其垂直于作用力方向会产生收缩(或膨胀)变形。而拉胀纱线为负泊松比的材料，即在某一方向上受到拉伸(或压缩)时，其垂直于作用力方向会产生膨胀(或收缩)变形。拉胀复合纱线在一定的轴向拉力作用下，纱线径向轮廓增大，具有优于传统正泊松比纱线的独特特性，适用于冬季的保暖服，即由拉胀纱线制备成的衣服布料，在受到动态的拉伸时，纱线膨胀而缩小了织物的孔隙，可有效稳定其保暖性能。该拉胀效果还可广泛用于其他到产业用纺织品领域，如车用纺织品的坐垫和安全带，可防止压力集中对人体造成的伤害；人体防护用的头盔、护膝和手套，生物医学上的人造血管、缝合线，以及过滤、传感器和隔音等用途。

虽然拉胀复合纱线的结构设计和成形方法为近十年来的研究热点，并有初步探索和研究。专利WO2007/125352A1、专利US2011/0209557A1、专利US 2011/0039088A1都提出了一种由刚性纱线螺旋包缠在易伸长变形的芯纱上的负泊松比纱线结构，其中专利US2011/0039088A1提出的材料的负泊松比效应为对湿度敏感的包缠长丝在外部湿度变化时产生收缩，导致芯纱弯曲，引起纱线直径增大。专利WO2010/146347A1中涉及到的负泊松比纱线结构为将不可伸长的细线螺旋贯穿到较粗且弹性较大的组分中，在轴向拉力作用下，细线伸直引起外包材料屈曲产生拉胀效应，此结构稳定性较好，但纱线变形受限导致负泊松比效应较小。专利CN103361811A提出了一种负泊松比纱线结构及其制造方法。该纱线结构通过将拉伸模量较大的第一纱线和拉伸模量较小的第二纱线相间排列同时喂入槽孔，并在转盘的转动下汇聚加捻形成负泊松比纱线，当受到拉伸作用时，两组纱线相互挤压因模量不同产生相对转移，从而达到负泊松比效应。该方法要求第一纱线和第二纱线根数相同且均在2根以上，由于该纱线结构主要通过对各组分的加捻作用形成，因此为了提供纱线的成形结构，对纱线种类的选择局限性强，同时也限制了负泊松比纱线的应用领域。但上述方法制备得到的纱线存在较大的残余扭矩，容易退捻，难以纺纱织布用，虽然可以采用树脂固化，但较硬，难以用作服用的纱线

因此对现有拉胀复合纱的纺纱装置和方法进行创新，解决纱线结构不匀、纺纱方法局限、不适于连续生产等问题，急需简易且普适的纺纱装置和方法纺制结构均匀稳定且具有拉胀效用的纱线以推广其在各领域的广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高弹、超柔包覆式制备稳定结构拉胀复合纱的装置及方法，仅仅通过物理固结的方式将包覆纱和芯纱形成结构均匀稳定、负泊松比效果明显的拉胀复合纱线。

本发明的原理在于形成拉胀复合纱的芯纱和包覆纱具有一定的直径比和拉伸模量比，且包覆纱交叉缠绕在弹性芯纱表面，在受到轴向拉伸力作用时，弹性较小的包覆纱被逐渐拉直，产生紧缩，在此过程中，弹性较好的芯纱由伸直状态逐渐屈曲，从而使得该复合纱线的表观轮廓变大，此时纱线具有负泊松比效应；且包缠纱是以网状交叉的方式进行对称缠绕，达到扭矩的自对称平衡，且包缠纱相互上下交缠，形态稳定，并可对芯纱进行有效的空间固结。其原理实现的技术方法是将包覆纱交叉包缠在弹性芯纱表面，形成自锁式的稳定结构且拉胀效果明显。其中所述的弹性芯纱可以是单根弹性长丝、或为多根单丝构成的弹性复丝、或具有拉胀效应的弹性复合长丝纱、或具有拉胀效应的弹性复合长丝/短纤纱等。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：