短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的制造方法及其装置

摘要

一种短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的制造方法及其装置,通过在细纱纺纱机上加装长丝张力控制装置和导轮的简单的改造,纺制出包覆率较高的短纤维包覆长丝的包芯复合纱线,开发长丝短纤复合纺纱装置及成纱工艺方法,制备长丝短纤复合的具有皮芯结构的包芯复合纱,具有低成本和高效率的功效,使复合包芯纱线具有短纤维纱线的外观风格、手感、蓬松性、饱满感、吸湿透气性及亲和力;同时还具有长丝的强伸度、保形性、悬垂性、抗褶皱性、均匀的纱线条干和匀整的织物布面的功效。

说明书

技术领域

本发明属于纺织工业的纺纱技术领域，特指一种短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的制造方法及其装置。

背景技术

众所周知，多种纤维之间的复合(混合)成纱，称之为复合纺纱(或混纺)。以长丝作为骨架纱并形成短纤包覆长丝的具有皮芯结构的新型纱线，是近几年新型纺纱的一个主要发展方向。

目前常规的长丝短纤复合纺纱一般是在摩擦纺、转杯纺、赛络纺(Sirofil)、环锭捻线机、空心锭纺纱机或环锭细纱机上进行。从理论上来说，希望通过上述方法可分别实现三种结构：即从纱线截面来看，可分为如下三种：

①第一种是长丝短纤并列型(或称为AB纱)，最容易实现；

②第二种是长丝短纤均匀混合型，已有日本东洋纺株式会社的发明；

③第三种是长丝短纤包缠型(短纤包长丝或长丝包短纤)。结构最为理想，但是在环锭纺纱机上还没有成熟的技术能够实现，成为纺织行业共同开发研究的重点课题。

对于长丝短纤包缠型结构，根据不同的复合工艺和双组份纱线相互之间的覆盖性，可把复合纱线的结构分类为：并列包绕结构、捆绑式结构、皮芯结构、包芯包缠结构、包缠混纤结构。复合结构可以是：

1、长丝短纤交捻复合相互包绕构成交捻复合纱；

2、长丝包绕短纤纱形成捆绑式复合纱；

3、短纤维包绕长丝构成皮芯结构复合包芯纱；

4、长丝短纤混纤交缠的混纤包缠复合纱；

5、普通纤维包覆氨纶的弹力包芯纱。

近几年短纤包覆弹力长丝的工艺方法已经很普遍，但是解决非弹力长丝(牵伸丝、低弹丝、空变丝、网络丝等)的包覆问题，则是需要开发的课题。现有的包芯纱加工方法中，摩擦纺(尘笼纺)及气流纺适合于纺制较粗的包芯复合纱线。赛络纺(Sirofil)从成纱原理的角度来看，它通过在传统环锭细纱机上加装一个长丝喂入装置，使长丝与正常牵伸的短纤维粗纱须条保持一定距离(其间隔为1.2-1.4cm)，并在前罗拉处由长丝与纱条形成一个加捻三角区相互捻合成纱。通过调整长丝与短纤维粗纱须条的距离或角度，形成短纤维粗纱须条包绕在长丝表面的合捻纱线。其主要缺陷是：

由于赛络纺纱装置对长丝的张力不能进行有效控制，不同纤维束之间像拧麻花一样以螺旋线状相互交缠在一起，形成类似股线的结构，导致短纤对长丝的包覆效果较差，不能达到理想的包芯纱结构和理想的包覆效果，短纤维对长丝的包覆率较低，造成纱线条干较不均匀和织物布面较不匀整的缺陷，这是困扰这类纱线广泛运用的一大障碍。

目前，在运用最广泛的环锭细沙机上还没有能生产短纤包覆长丝的包芯复合纱线的工艺技术和装置。

发明内容

根据本发明人对细纱机成纱机理的深入分析研究得知：要想在细纱机上形成具有短纤包覆长丝结构的复合包芯纱，即形成以长丝为骨架纱，由短纤维完全包覆长丝的皮芯结构的新型纱线，必须在长丝短纤复合时，对喂入长丝的张力以及长丝相对短纤粗纱须条的位置进行严格地控制。

本发明的目的是提供一种短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的制造方法，在运用最广泛的环锭细纱机上，开发长丝短纤复合纺纱装置及成纱工艺方法，制备长丝短纤复合的具有皮芯结构的包芯复合纱，达到使复合包芯纱线具有短纤维纱线的外观风格、手感、蓬松性、饱满感、吸湿透气性及亲和力；同时还具有长丝的强伸度、保形性、悬垂性、抗褶皱性、均匀的纱线条干和匀整的织物布面的目的。

本发明的另一目的是提供一种短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的制造装置，通过在细纱纺纱机上加装长丝张力控制装置和导轮的简单的改造，纺制出包覆率较高的短纤维包覆长丝的包芯复合纱线，达到低成本和高效率的目的。

本发明的目的是这样实现的：一种短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的制造方法，其特征是：它包括如下步骤：

①在环锭式细纱机的双区三罗拉牵伸机构上，将短纤维粗纱须条由喇叭口喂入，并经摇架牵伸机构牵伸；长丝从握持的前罗拉钳口喂入，与被牵伸的短纤维粗纱须条汇合；

②长丝由前罗拉输送喂入短纤维粗纱须条的加捻区，该长丝通过精密制造的导轮装置传送，并控制其准确地对准短纤维粗纱须条的中心，与短纤维粗纱须条汇合后，共同进入加捻三角区复合加捻；

③通过长丝张力控制装置控制长丝的张力，该长丝与短纤维粗纱须条在加捻三角区同轴复合加捻时，该长丝的张力值大于或等于该短纤维粗纱须条的张力值，为20CN～45CN之间；

④细纱机环锭加捻系统对复合纱线施加的捻系数为280～330；

⑤作为芯丝的长丝在整个复合纱的比例低于40％。

满足上述工艺条件，在环锭加捻的细纱机上形成短纤维包覆长丝的包芯复合纱线。

该长丝组份选自下述长丝的至少一种：涤纶全牵伸丝、部分牵伸丝、低弹丝、锦纶全牵伸丝，其纤度范围为：10-55dtex/5f-24f的长丝。该长丝组份选自具有下述功能的长丝的至少一种：导电抗静电、抗菌除臭、远红外线、紫外线屏蔽、微波屏蔽、阻燃难熔或微胶囊芳香释放。该短纤粗纱须条组份选自下述的短纤的至少一种：棉、毛、粘胶、天丝、莫代尔、涤纶、丙纶或它们之间的混纺。

本发明还提供一种短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的制造装置，它是由细纱机的短纤粗纱筒子、与其并列的长丝筒子、摇架牵伸机构、复合纱加捻区、气圈及成品纱锭子所组成，其特征是：该装置还包括装于机架上附加于该摇架牵伸机构上的长丝张力控制装置和导轮，该长丝张力控制装置是由张力架、加压弹簧、夹纱板、加压螺母和张力柱所组成。

该长丝张力控制装置是通过中心带安装螺纹孔的张力架的竖向连接板固定连接的结构的上、下两组构成，其中每一组均包括张力架的横向基板和垂直安装于其上平面呈钝角三角形排列的张力柱及与它们平行且其上套装有夹纱板、加压弹簧和加压六角螺母的螺杆。该细纱机选自棉纺细纱机、毛纺细纱机或麻纺细纱机。

该导轮为表面带有V形槽的空心圆柱体，其中心部压入一轴承，并通过该轴承活套在与细纱机牵伸摇架相固联的轴上；在该轴承的两侧装配一对活套在该轴上的圆形弹性卡子固定该导轮，以利于该导轮在横向进行调节。

本发明的短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的形成原理及特点如下：

现有方法中，一般都用赛络纺(Sirofil)装置来纺制并列交捻结构的双组份复合纱或包芯纱。由于赛络纺纱装置对长丝的张力不能进行有效控制，短纤维对长丝的包覆率较低，造成纱线较不均匀的缺陷，一直得不到解决。

本发明人通过长期地开发研究，对在环锭细纱机上进行长丝短纤复合成纱工艺实验及机理分析的基础上发现，为了纺出包芯复合纱，必须满足如下条件：

①长丝喂入前罗拉钳口时，应对准短纤粗纱须条的中心；

②长丝与短纤维粗纱须条在前罗拉钳口处汇合后共同进入加捻区，此时长丝应位于短纤维粗纱须条加捻三角区的中心，并与短纤维粗纱须条共同加捻，

③在长丝短纤复合加捻区，长丝的张力应大于或等于短纤维粗纱须条的张力，以保证复合加捻时，长丝始终位于加捻中心，并保持伸直状态。本发明人通过在传统细纱机上附加长丝张力控制装置和导轮，可以有效地控制复合纺纱时，两个组份的张力比以及将长丝准确地喂入短纤维粗纱须条加捻三角区的中心，使短纤维对长丝能达到最好的包覆效果。

相对已有的短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的包覆方法，本发明具有如下特点：

①赛络纺(Sirofil)是由长丝与短纤维纱条构成加捻三角区捻合成纱，短纤维粗纱须条是以纱线的形式包缠在长丝表面。本发明的方法是将长丝置于短纤维粗纱须条纤维束的加捻中心与短纤维复合加捻，短纤维粗纱须条是以纤维束捻合的形式包缠在长丝表面，构成皮芯结构包芯复合纱。因此，短纤维与长丝的包缠牢度好及包覆率高；

②本发明装置中，能用很少的钱在通用的细纱机上附加两个结构简单、性能稳定的长丝张力控制装置5及导轮6，来控制复合纺纱时，短纤和长丝两个不同组份的张力比，及喂入长丝在加捻三角区的中心位置，长丝张力控制点距离须条加捻三角区中长丝与短纤维束的捻合点近，不但可有效控制长丝张力，同时还可有效降低长丝控制点的张力，降低纺纱时长丝断头率，提高纺纱效率和产品质量；

③本发明的张力控制装置对长丝张力的调节是采用消极方式，可在较大范围内(0～长丝允许的最大值)方便地调节张力，工艺适应性较好。

下面结合较佳实施例和附图进一步说明。

附图说明

图1是本发明的长丝短纤维复合纺纱装置示意图。

图2是图1的长丝张力控制装置组装后正面示意图。

图3是图1的俯视示意图。

图4是本发明的环锭包芯纱加捻过程示意图。

图5是本发明的环锭加捻包芯纱的包覆原理示意图。

图6是本发明的包芯纱的电镜照片示意图。

具体实施方式

参阅图1-图6所示，本发明的短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的制造方法，是由长丝张力控制装置5控制来自长丝筒子4的长丝41的张力，通过导轮6控制长丝41喂入短纤加拈三角区的位置，与来自短纤筒子1的短纤维粗纱须条2汇合，保证长丝41和短纤维粗纱须条2在复合加捻时，长丝始终处于加捻三角区的中心位置，复合纱线再经过复合纱加捻区7和气圈8形成短纤维包覆长丝的包芯复合纱线缠绕在细纱锭子9上，如图1所示。

本发明的制造方法的具体特征为：

①在环锭式细纱机的双区三罗拉牵伸机构上，短纤维粗纱须条2由喇叭口喂入，并经摇架牵伸机构3牵伸，长丝41则从握持的前罗拉钳口喂入与被牵伸的短纤维粗纱须条2汇合；

②长丝41由前罗拉输送喂入短纤维粗纱须条2的加捻区时，长丝41由一精密制造的导轮6传送，并控制其准确地对准短纤维粗纱须条2的中心，与短纤维粗纱须条2汇合后，共同进入加捻三角区复合加捻；

③长丝张力由特定的长丝张力控制装置控制5，当长丝41与短纤维粗纱须条2在加捻三角区同轴复合加捻时，长丝41的张力值大于或等于短纤维粗纱须条2的张力值，约为20CN～45CN；

④细纱机环锭加捻系统的复合纱加捻区7对复合纱线施加的捻系数以280～330为宜；

⑤为达到最好的包覆效果，作为芯丝的长丝41在整个复合纱的比例应低于40％。

满足上述工艺条件，即可保证在环锭加捻的细纱机上进行长丝短纤复合纺纱时，短纤对长丝能形成很好的包覆。

同时还需特别指出的是：本发明的成纱方法中利用短纤维粗纱须条2的加捻三角区中纤维转移的特点，使短纤维粗纱须条2以纤维的形式包缠在长丝的表面，形成均匀包缠效果的包芯复合纱。

参阅图4-图5所示，本发明的成纱原理如下：

短纤须条2在环锭细纱机的牵伸与加捻系统中，首先由于摇架的牵伸作用使粗纱须条2中短纤维相互之间发生滑移而使须条变细，形成细短纤须条21，经前罗拉输送长丝41与细短纤须条21共同进入加捻区12。由于前罗拉钳口的握持作用，此时细短纤须条21内的纤维(包括长丝)近似与纱轴平行且细短纤须条21截面呈扁平状。由于锭子的回转作用产生的捻回向前罗拉钳口传递，使钳口处的细短纤须条21围绕轴线回转而产生角位移，细短纤须条21两侧的纤维由此被折叠卷入纱条中心，此时细短纤须条21宽度逐渐收缩并形成加捻三角形区12。在加捻三角形区12中，细短纤须条21移动过程中其宽度逐渐变窄，截面形状也逐渐由扁平带状变成近似园柱状。包含有长丝41的细短纤须条21在加捻过程中，除了细短纤须条21的截面形状发生变化外，细短纤须条21内的纤维还会发生有条件的内外转移。即在加捻力的作用下发生以下变化：

①长纤维41会产生向纱线内部层转移的趋势，而细短纤须条21的纤维会产生向纱线外部层转移的趋势；

②张力大的长纤维41会产生向纱线内部层转移的趋势，而张力小得细短纤须条21的纤维会产生向纱线外部层转移的趋势；

③位于纱线表部层的纤维由于加捻产生拉伸变形而张紧，会产生向纱线内部层转移的趋势，位于纱线内部层的纤维由于加捻的捻缩效应而变得松弛，此时在外部层纤维挤压力作用下会产生向纱线外部层转移的趋势。由于长丝41与细短纤须条21汇合时就位于加捻三角区12的中心位置，故在复合加捻过程，只要保持长丝41具有足够的张力，长丝41就会保持直线状，且始终位于加捻中心的轴线上。细短纤须条21在加捻效应的作用下围绕长丝41(加捻中心)发生角位移，细短纤须条21截面由扁平状变成圆柱状的同时，细短纤须条21的纤维会按各自的规律发生内外转移。因此短纤维不但会包覆在长丝41的表面，而且短纤维与长丝41之间、短纤维与短纤维之间还会发生缠结。使纱线具有较牢固稳定的皮芯结构。

参阅图6所示，从本发明的成品纱线的电镜照片中，可以清楚地看到：长丝41排列在成品纱线的的中心位置，而细短纤须条21的短纤维排列在成品纱线的的外部，形成牢固稳定的皮芯结构。

参阅图1-图3所示，本发明的纺纱装置是：在通用的棉纺细纱机、毛纺细纱机或麻纺细纱机的摇架牵伸机构3上附加长丝张力控制装置5和导轮6，该长丝张力控制装置5和导轮6对复合成纱的长丝组份的张力及喂入短纤维粗纱须条2加拈三角区的位置进行有效的控制。从而实现短纤对长丝的均匀的完全包覆。

本发明的纺纱装置具体是由传统细纱机的短纤粗纱须条筒子1及与其并列的长丝筒子4、摇架牵伸机构3及附加在其上的长丝张力控制装置5及导轮6组成，长丝张力控制装置5是由张力架5-1、加压弹簧5-2、加压螺母5-4、夹纱板5-3和张力柱5-5所组成，如图2-图3所示。

长丝张力控制装置5由用中心带安装螺纹孔5-6的张力架5-1的竖向连接板固定连接的结构完全相同的上、下两组构成，其中每一组均包括张力架5-1的横向基板和垂直安装于其上平面的呈钝角三角形排列的张力柱5-5及与它们平行，且其上套装有夹纱板5-3、加压弹簧5-2和加压螺母5-4的螺杆5-7。

导轮6为经过耐磨热处理的表面带有V形槽的空心圆柱体，其中心部压入一轴承，并通过该轴承活套在与细纱机牵伸摇架3相固联的轴上，该轴承沿该轴作轴向移动。在该轴承的两侧装配一对活套在该轴上的圆形弹性卡子，由该对卡子可靠地固定导轮.并在横向方便地进行调节，从而保证长丝经导轮6导向后准确地进入短纤须条加捻三角区12的中心。

此外本装置既可用来改造现有的棉纺细纱机、毛纺细纱机和麻纺细纱机又可用来使这些机器更新换代。

在传统的棉纺细纱机上，通过摇架上原有的皮圈钳板螺纹固定安装由中间带安装螺纹孔5-6的张力架5-1的竖向连接板固定连接的两块L形不锈钢质基板，及垂直装于板面上呈钝角三角形排列不锈钢质的三根张力柱5-1，和平行装于它们一旁的从下往上依次套装的长丝张力控制装置5及导轮6，长丝张力控制装置5是由两块中部微微凸起且凸面相对的不锈钢质圆盘所组成的夹纱板5-3、加压弹簧5-2和加压六角螺母5-4的螺杆5-7所组成。另在机架上还装有其上绕有长丝41并与短纤粗纱须条筒子1并列的长丝筒子4，其上缠绕的长丝41经过长丝张力控制装置5和导轮6后与短纤粗纱须条2相复合。

适用于本发明的长丝组份和短纤粗纱须条如下：

①长丝组份选自：涤纶全牵伸丝(PETFDY)、部分牵伸丝(DT)、低弹丝(DTY)、或锦纶全牵伸丝(PAFDY)，其纤度为10-55dtex/5f-24f以及上述长丝的具有各种功能的长丝(导电抗静电、抗菌除臭、远红外线、紫外线、微波屏蔽、阻燃难熔或微胶囊芳香释放等功能)。

②短纤粗纱须条选自：棉、毛、粘胶、天丝、莫代尔、涤纶、丙纶、涤粘混纺或涤棉混纺的短纤粗纱须条。

下面介绍两种本发明的短纤维包覆长丝的包芯复合纱线的组成和制造工艺参数如表1所示：

表1：包芯复合纱的组成和制造工艺

工艺包芯纱(I)参数包芯纱(II)参数长丝PETFDY55dtex/12fPETFDY33dtex/12f短纤维粗纱须条定重3g-4.5g/m3g-4.5g/m短纤纱支数纺低于50s棉纱纺低于70s棉纱长丝张力30～45CN20～30CN长丝喂入位置加拈三角区中心加拈三角区中心钢丝圈比常规偏大10％～15％比常规偏大10％～15％复合纱线捻系数316324纱线结构包芯结构包芯结构

当然，本发明可以根据需要，通过选择不同的短纤维及长丝原料和工艺，制造不同风格和功能性的短纤维包覆长丝的包芯复合纱线，如表2所示：

表2：不同风格和功能性的短纤维包覆长丝的包芯复合纱线

包芯复合纱线的风格或功能短纤维组份长丝组份新型风格(长丝短纤风格兼容)棉、羊毛、羊绒、粘胶短纤、MODEL、TENCEL、涤纶或尼龙的FDY、DTY、DT高档缝纫线涤纶短纤高强高模量低伸长长丝高强高模量自伸长长丝抗菌除臭功能普通短纤抗菌除臭功能短纤抗菌除臭功能长丝普通长丝抗静电功能普通短纤导电聚合物长丝、超细金属长丝阻燃功能阻燃短纤阻燃长丝紫外线屏蔽功能普通短纤紫外线屏蔽功能长丝微波屏蔽功能普通短纤微波屏蔽功能长丝远红外功能普通短纤远红外功能长丝