一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的装置及方法与流程

本发明属于纺纱加工装置及方法领域，特别涉及一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的装置及方法。

背景技术：

近年来，随着国家经济的繁荣，国民生活水平的显著提高，功能性纺织品和纳米纺织品逐渐进入了大众的视野，并引起了消费者和技术开发人员的广泛关注和青睐。功能性纺织品相较于传统纺织品，不仅满足了人们以往穿衣遮体的需要，而且还赋予了其更多的功能性，开拓了传统纺织品的适用场合和领域；而纳米纺织品广义上是指含有纳米材料的纺织品，其往往在不改变纺织品原有的物化性能的基础上，赋予其新的性能和效应。两者对于提高产品附加值、促进纺织科技革新具有重要的指导意义。

作为一种能够快速、高效制备纳米纤维的途径，静电纺丝技术经过了数十年的发展，也逐渐由实验室的小规模生产发展到工业化批量生产的地步。由静电纺丝法制备的纳米纤维及纤维膜具有比表面积大、表面能高、孔隙率高等特性，被广泛用于过滤、生物医用、能源、催化、传感等领域，并取得了很好的应用效果。

将静电纺丝技术与传统纺织技术相结合制备功能性纺织品和纳米纺织品，无疑是提升传统纺织品的产品档次和附加值、开拓传统纺织品应用领域的重要途径之一，两种技术的交叉因此逐渐成为了工程技术人员的研究热点。目前已有部分研究人员对此作了相关的研究和报道，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，该申请专利公案提出了一种将纳米纤维与长丝复合的纺纱装置和方法，通过静电纺丝技术在两根长丝上分别沉积纳米纤维，然后再对两根长丝集聚加捻，得到兼具纳米效应和强度的纳米纤维复合长丝纱，一定程度上解决了纳米纤维在实际应用中的低强力问题。但如果直接应用于织造成布，由于大部分纳米纤维暴露在纱体外表面，因此，长丝表面的纳米纤维极易在加工和最终使用过程中被刮掉，丧失原有的纳米效应。中国知识产权局2017年1月18日公开的发明专利“纳米静电纺丝与短纤维环锭纺纱一体化成纱的方法”，专利申请号cn201610847286.6，该申请专利公案通过在环锭纺纱机的导纱钩与前罗拉钳口间设置单针头静电纺丝装置纺丝，使纳米纤维网与须条汇聚加捻，旨在制备纳微纤维包缠短纤纱。但该方法制备的包缠纱外层为纳米纤维，同样存在着在后续加工和使用过程中纳米纤维脱落的致命问题，并且制备过程中由于沉积区附近基本为金属部件，干扰纺丝过程，使得纳米纤维沉积极为紊乱，当纺丝时间较长时，纤维沉积成膜，甚至有可能影响正常的短纤纺纱过程。

中国知识产权局2017年1月18日公开的发明专利“一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝环锭复合纺纱方法”，专利申请号cn201610837502.9，该申请专利公案在环锭细纱机的基础上引入长丝喂入装置，并通过静电纺丝法在长丝表面沉积纳米纤维，然后表面包覆有纳米纤维的长丝嵌入前罗拉钳口，与短纤一起加捻成纱。该方法理论上可制备纳米纤维/长丝/短纤复合纱，但纳米纤维沉积到长丝表面的过程不可控，并且在其他金属器件的干扰下，纺丝过程极不稳定，严重制约着最终纱线和纺织品的使用性能。总而言之，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”，具有较好的产业化应用前景和可行性，该专利的申请号zl201310586642.x，该申请专利公案公布了一种静电纺纳米纤维/棉混纺纱的制备方法，该方法通过在棉纺梳理部分进行技术改造，利用taylor锥多喷头静电纺丝机进行静电纺丝，并让纺丝过程中产生的纳米纤维直接沉积到梳棉网上，与棉网复合并集聚成条，再经多次并条、粗纱、细纱等工序制备纳米纤维/棉混纺纱线，可实现纱线的功能化，具有较好的生产实践指导意义。但该装置所制备的纳米纤维/短纤网复合层在经输出辊输出形成集束三角区时，由于纳米纤维的表面能高，极易绕下输出辊，大大降低了功能性纳米纤维在棉纤维集合体中的分布量，从而影响最终纺织品的功能性。

目前，采用在梳理工序将纳米纤维与道夫输出的棉网进行复合，经喇叭口输出成条，再经并条(2-3道)、粗纱、细纱工序制备得到的功能性纳米纤维/短纤混纺纱不但能够有效地赋予传统纱线较好的功能性，而且功能耐久性较好，装置加工简单，制备工艺成熟，具有较好的可行性和产业化应用前景。但在纳米纤维/短纤网复合成条阶段，仍存在着复合层中的纳米纤维绕下输出辊的问题，严重影响着最终混纺纱中功能性纳米纤维的含量以及由此制备的纺织品的功能性。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的装置及方法，该装置简单，对输出辊进行优化设计，在保证其顺利集束成条的情况下，显著降低纳米纤维在此阶段的损耗量，改善了最终混纺纱中纳米纤维的有效分布量，防止纳米纤维粘连效果明显，对于提高混纺纱中纳米纤维含量具有良好的指导价值。

本发明的一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的装置，梳理机的一侧设置传送皮带，传送皮带的另一侧设置纤网传输装置，纤网传输装置包括传动托网帘和负压吸风装置，负压吸风装置设置在传动托网帘内，传动托网帘与传送皮带相连，传动托网帘的另一侧与传送皮带相连，纤网传输装置在传送皮带和传送皮带的上方，在纤网传输装置下方设置静电纺丝装置，纤网传输装置通过传送皮带与输出装置相连，输出装置的另一侧设置喇叭口，喇叭口的另一侧设置条筒，其中输出装置包括上输出辊和下输出辊；所述上输出辊内设置负压吸风装置；所述下输出辊包括两个端输出辊和辊轴，两个端输出辊通过辊轴连接，两个端输出辊设置在上输出辊下方的两端。

所述静电纺丝装置由高压静电发生器、无针式纺丝喷头、纳米纤维沉积装置等组成；所述无针式纺丝喷头采用中国专利cn201310032194.9所公开的“一种伞状静电纺丝喷头及静电纺丝方法”中所述的伞状喷头，该伞状喷头包括伞状喷丝头、数控式输液装置和溶液收集槽三部分，所述的数控式输液装置包括溶液推进器和控制器；所述的伞状喷丝头中部有一空心处，所述的溶液推进器输出端置入所述的伞状喷丝头的空心处中；所述的控制器控制纺丝溶液的流速和流量，向所述的伞状喷丝头顶层持续注入纺丝溶液；所述的伞状喷丝头底部放置所述的溶液收集槽；所述的伞状喷丝头上设有与高压正电极相连的接线柱；其中伞状喷丝头为圆盘状，具有四层结构，从顶层至底层的直径逐渐增大，每层的高度为6mm，每层高度相同；所述的伞状喷丝头每层边缘处加有高度为1mm的铜质空心圆柱套，外径大小与每层的直径相同。

所述梳理机包括道夫、盖板、锡林、刺辊和纤网输出辊，纤网输出辊的钳口与传送皮带位于同一水平线。

所述上输出辊和下输出辊的表面均涂覆光滑漆，用以降低纤维与辊之间的粘附力。

所述上输出辊的长度略高于纤网的宽度；上输出辊表面分布负压微孔，负压微孔的直径为0.5-1mm，上输出辊的长度略高于纤网宽度；负压吸风装置包括负压抽气泵和气流定向装置，负压的形成通过抽气吸风泵装置进行控制，负压大小通过负压抽气泵的功率大小合理调节，气流定向装置用以保证负压只在上输出辊正下方的指定位置形成。

所述输出装置与喇叭口间形成集束成条三角区，上输出辊通过负压微孔抽气在负压微孔与纳米纤维/短纤网复合层上表面间形成负压，以托起纳米纤维/短纤网复合层，保证其正常的输出并形成良好的集束三角区。

所述两个端输出辊之间镂空，端输出辊的长度为3-5cm。

所述下输出辊还包括中输出辊，设置在两个端输出辊中间，通过辊轴与两个端输出辊连接，端输出辊的长度为3-5cm，中输出辊的长度为2-3cm。

所述下输出辊还包括三个中输出辊，设置在两个端输出辊之间，间距相等，通过辊轴与两个端输出辊连接，端输出辊、中输出辊的长度均为2cm，端输出辊与中输出辊之间的间距、中输出辊与中输出辊之间的间距均为15-20cm。

所述中输出辊可以对纳米纤维/短纤复合层提供一个向上的托持力，使其能够在输出集束成条的过程中更稳定地运行。

本发明的一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的方法，具体步骤如下：

(1)将高聚物和功能性试剂溶于溶剂中，搅拌，得到功能性纺丝液，其中纺丝液中高聚物的浓度为6-15wt％，纺丝液中功能性试剂的浓度为0.1-5wt％；

(2)将短纤喂入梳理机中，经过锡林、盖板、刺辊和道夫梳理，由纤网输出辊输出，在传送皮带上形成短纤网；

(3)将步骤(1)中功能性纺丝液加入到静电纺丝装置中进行静电纺丝，得到功能性纳米纤维，与经过负压吸风装置的步骤(2)中短纤网复合，得到纳米纤维/短纤网复合层，由输出装置输出，经喇叭口凝聚成条，纺纱，得到功能性的纳米纤维/短纤混纺纱。

所述步骤(1)中高聚物为聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氨酯或聚酰胺；功能性试剂为抗菌试剂、抗静电试剂或抗紫外试剂；溶剂为dmf或去离子水。

所述步骤(3)中静电纺丝的工艺参数为：施加电压为40-65kv，纺丝间距为10-20cm，纺丝环境温度为20-25℃，纺丝环境湿度为30-65％。

所述步骤(3)中纺纱的工艺包括：并条(2-3道)、粗纱和细纱。

本发明纳米纤维/短纤网复合层脱离托网帘区域，进入输出集束区域，此过程由上下输出辊共同完成，由于纳米纤维与短纤结合方式以及空间位置的原因、纳米纤维基本上分布在复合层的下半部分，部分纳米纤维分布在短纤网内层，而分布在复合层下半部分的纳米纤维由于较高的表面自由能，因而极易粘连在下输出辊，因此通过对下输出辊进行区段镂空处理，保留定长定直径的辊两端区域，在保证纤网顺利输出成条的前提下，有效地降低了纳米纤维层与下输出辊的实际接触面积，从而避免了由于纳米纤维粘附下输出辊而引起了的大量损失问题；另外，上输出辊内部设计的负压吸风装置可以保证复合层较好地贴附在上输出辊表面，与两个下输出辊一起实现对纤网复合层的控制，防止集束过程中产生纤网破坏或断裂的现象。

有益效果

本发明装置简单，对输出辊进行优化设计，在保证其顺利集束成条的情况下，显著降低纳米纤维在此阶段的损耗量，防止纳米纤维粘连效果明显，显著提高了混纺纱中纳米纤维的含量，保证了终端纺织品的功能性，对于提高混纺纱中纳米纤维含量具有良好的指导价值。

附图说明

图1是本发明装置的整体示意图；

图2是实施例1中输出装置的示意图；

图3是实施例2中输出装置的示意图；

图4是实施例3中输出装置的示意图；

图5是本发明上输出辊的示意图。

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。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。

实施例1

本实施例提供了一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的装置，梳理机1的一侧设置传送皮带15，传送皮带15的另一侧设置纤网传输装置13，纤网传输装置13包括传动托网帘14和负压吸风装置3，负压吸风装置3设置在传动托网帘14内，传动托网帘14与传送皮带15相连，传动托网帘14的另一侧与传送皮带24相连，纤网传输装置13在传送皮带15和传送皮带24的上方，在纤网传输装置13下方设置静电纺丝装置4，纤网传输装置13通过传送皮带24与输出装置5相连，输出装置5的另一侧设置喇叭口25，喇叭口25的另一侧设置条筒7，其中输出装置5包括上输出辊8和下输出辊20；所述上输出辊8内设置负压吸风装置19；所述下输出辊20包括两个端输出辊10和辊轴21，两个端输出辊10通过辊轴21连接，两个端输出辊10设置在上输出辊8下方的两端。

所述梳理机1包括道夫18、盖板17、锡林23、刺辊16和纤网输出辊26，纤网输出辊26的钳口与传送皮带15位于同一水平线；输出装置5与喇叭口25间形成集束成条三角区6。

所述上输出辊8和下输出辊20的表面均涂覆光滑漆；上输出辊8的长度略高于纤网的宽度；上输出辊8表面分布负压微孔9，负压微孔9的直径为0.5-1mm；负压吸风装置19包括负压抽气泵11和气流定向装置12。

所述两个端输出辊10之间镂空，端输出辊10的长度为3-5cm。

实施例2

本实施例提供了一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的装置，梳理机1的一侧设置传送皮带15，传送皮带15的另一侧设置纤网传输装置13，纤网传输装置13包括传动托网帘14和负压吸风装置3，负压吸风装置3设置在传动托网帘14内，传动托网帘14与传送皮带15相连，传动托网帘14的另一侧与传送皮带24相连，纤网传输装置13在传送皮带15和传送皮带24的上方，在纤网传输装置13下方设置静电纺丝装置4，纤网传输装置13通过传送皮带24与输出装置5相连，输出装置5的另一侧设置喇叭口25，喇叭口25的另一侧设置条筒7，其中输出装置5包括上输出辊8和下输出辊20；所述上输出辊8内设置负压吸风装置19；所述下输出辊20包括两个端输出辊10和辊轴21，两个端输出辊10通过辊轴21连接，两个端输出辊10设置在上输出辊8下方的两端。

所述梳理机1包括道夫18、盖板17、锡林23、刺辊16和纤网输出辊26，纤网输出辊26的钳口与传送皮带15位于同一水平线；输出装置5与喇叭口25间形成集束成条三角区6。

所述上输出辊8和下输出辊20的表面均涂覆光滑漆；上输出辊8的长度略高于纤网的宽度；上输出辊8表面分布负压微孔9，负压微孔9的直径为0.5-1mm；负压吸风装置19包括负压抽气泵11和气流定向装置12。

所述下输出辊20还包括中输出辊22，设置在两个端输出辊10中间，通过辊轴21与两个端输出辊10连接，端输出辊10的长度为3-5cm，中输出辊22的长度为2-3cm。

实施例3

本实施例提供了一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的装置，梳理机1的一侧设置传送皮带15，传送皮带15的另一侧设置纤网传输装置13，纤网传输装置13包括传动托网帘14和负压吸风装置3，负压吸风装置3设置在传动托网帘14内，传动托网帘14与传送皮带15相连，传动托网帘14的另一侧与传送皮带24相连，纤网传输装置13在传送皮带15和传送皮带24的上方，在纤网传输装置13下方设置静电纺丝装置4，纤网传输装置13通过传送皮带24与输出装置5相连，输出装置5的另一侧设置喇叭口25，喇叭口25的另一侧设置条筒7，其中输出装置5包括上输出辊8和下输出辊20；所述上输出辊8内设置负压吸风装置19；所述下输出辊20包括两个端输出辊10和辊轴21，两个端输出辊10通过辊轴21连接，两个端输出辊10设置在上输出辊8下方的两端。

所述梳理机1包括道夫18、盖板17、锡林23、刺辊16和纤网输出辊26，纤网输出辊26的钳口与传送皮带15位于同一水平线；输出装置5与喇叭口25间形成集束成条三角区6。

所述上输出辊8和下输出辊20的表面均涂覆光滑漆；上输出辊8的长度略高于纤网的宽度；上输出辊8表面分布负压微孔9，负压微孔9的直径为0.5-1mm；负压吸风装置19包括负压抽气泵11和气流定向装置12。

所述下输出辊20还包括三个中输出辊22，设置在两个端输出辊10之间，间距相等，通过辊轴21与两个端输出辊10连接，端输出辊10、中输出辊22的长度均为2cm，端输出辊10与中输出辊22之间、中输出辊22与中输出辊22之间的间距均为15-20cm。

实施例4

本实施例提供了一种带有纳米纤维防粘连机构用于制备纳米纤维/短纤混纺纱的方法，具体步骤如下：

(1)将10g聚丙烯腈溶解于85gdmf中，加入5g三氯生抗菌剂，在磁力搅拌器中搅拌均匀，得到抗菌剂浓度为5wt％、聚丙烯腈浓度为10wt％的均匀纺丝液。

(2)将棉短纤喂入梳理机1中，经过锡林23、盖板17、刺辊16和道夫18梳理，由纤网输出辊26输出，在传送皮带15上形成短纤网2。

(3)将步骤(1)中纺丝液加入到静电纺丝装置4中进行静电纺丝，施加电压为60kv，纺丝间距为15cm，纺丝环境温度为25℃，纺丝环境湿度为50％，得到功能性纳米纤维，与经过负压吸风装置3的步骤(2)中短纤网2复合，得到纳米纤维/短纤网复合层，由输出装置5输出，经喇叭口25凝聚成条，经并条(2-3道)、粗纱、细纱工序，得到功能性的纳米纤维/短纤混纺纱。

实施例5

本实施例提供了一种用于制备功能性混纺纱的纳米纤维防粘连方法，具体步骤如下：

(1)将10g聚丙烯腈溶解于88gdmf中，加入2g纳米氧化锌，在磁力搅拌器中搅拌均匀，得到抗紫外剂浓度为2wt％、聚丙烯腈浓度为10wt％的均匀纺丝液。

(2)将粘胶短纤喂入梳理机1中，经过锡林23、盖板17、刺辊16和道夫18梳理，由纤网输出辊26输出，在传送皮带15上形成短纤网2。

(3)将步骤(1)中纺丝液加入到静电纺丝装置4中进行静电纺丝，施加电压为60kv，纺丝间距为15cm，纺丝环境温度为25℃，纺丝环境湿度为45％，得到功能性纳米纤维，与经过负压吸风装置3的步骤(2)中短纤网2复合，得到纳米纤维/短纤网复合层，由输出装置5输出，经喇叭口25凝聚成条，经并条(2-3道)、粗纱、细纱工序，得到功能性的纳米纤维/短纤混纺纱。