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一种摩擦增强棉纤维及其制备方法和装置

花匠小妙招
2025-04-24 15:49

一种摩擦增强棉纤维及其制备方法和装置

本发明属于纺织加工领域，特别涉及一种摩擦增强棉纤维及其制备方法和装置。

背景技术：

1、棉纤维是纺织加工领域最常见的纤维原料之一，具有吸湿、柔软、亲肤等优点。由于天然棉纤维不可避免地含有杂质，因此在纤维除杂和纺纱加工过程中会产生大量开棉废棉、除尘花、斩刀花等纤维废料，造成原料和机物料的浪费。这些废棉纤维长度短、断裂强力低、易疲劳，因此在回收再加工过程中，须条内纤维的抱合力低，回收后成纱强力较低质量较差，影响了废棉纱线的实际应用。

2、通常，在废棉纤维中掺入优质原料混纺可以改善废棉纱线的质量，优质原料在纱线中的比例可占到20％及以上，但是这增加了废棉纤维回收纺纱的原料成本。除此之外，气流纺技术也被用于废棉纺纱，中国专利“一种利用废棉纺纱的方法”，申请号201210383843.5，使用80％的废棉和20％的精梳落棉复配纺纱得到10英支和13英支纱线。气流纺缩短了复杂的纺纱流程。由纤维条直接成纱避免了牵伸过程中废棉的抱合差问题，但是由于成纱机理不同，气流纺纱线中纤维的取向程度较差，导致气流纺纱线强力比同细度的环锭纺纱线低，因此不适合纺细支纱线。中国专利“一种棉、精梳落棉纱及其纺纱方法”，申请号202011577134.1，使用精梳落棉粗纱与精梳棉粗纱同时牵伸并汇合集聚可将纱线细度降至14.7tex，但是由于原料成本较高，这种方法并不适用于废棉纺纱。

3、纳米纤维具有极高的比表面积和表面能，当纳米纤维和短纤维混合时能够增强短纤维的表面和界面作用，均匀分布在纱体内部和附着在纤维表面的纳米纤维具有显著提升纤维抱合力的作用。中国专利“一种纳微尺度增强纤维成纱的长丝摩擦复合纺纱方法”，申请号201610837653.4，提出了在摩擦纺纱设备的摩擦辊和喂丝装置之间增加单针静电纺丝模块的方法，通过纳米纤维构筑短纤维和长丝之间的微纳尺度接触抱合，增强长丝复合纱线的强力。该发明人还将此方法拓展至短纤维涡流纺纱，申请号201610847421.7，但是单针静电纺丝效率低，在更换纺丝溶液和多锭纺纱时存在效率低下的问题，不能适应大规模工业生产，反而极大降低生产连续性。中国专利“柔性微纳纤维网条带增强式裹覆刚性纤维复合成纱的环锭纺纱方法”，申请号202211012741.2，改进了单针静电纺丝纳米纤维的包裹形式，使用条带辅助法对芯纱进行包缠得到增强和毛羽改善的复合纱线。但这种方法使纱线径向结构明显产生了变化，改变了纱线的原始模量和密度并增大了纱线直径，在细支纱和对手感要求较高的纱线上应用难度巨大。

4、因此，需要寻找一种新的提升废棉纱线的价值并降低成本，适合工业化生产的加工方法。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种摩擦增强棉纤维及其制备方法和装置，旨在解决纳米纤维/棉纤维的连续化生产的技术难题，并增强棉纤维间的抱合摩擦作用以及提升纱线的断裂强力，为降低纱线捻度并提升棉织物手感提供实现方案。

2、本发明提供了一种摩擦增强棉纤维，所述摩擦增强棉纤维由粘附性纳米纤维粘附在棉纤维基体上而得；所述粘附性纳米纤维表面带有串珠。纳米纤维及串珠粘附在棉纤维基体上并增强纤维表面的动/静摩擦系数。

3、优选的，所述粘附性纳米纤维中串珠与纳米纤维的直径比为20-40:1；所述串珠的长径比≥1。

4、优选的，所述粘附性纳米纤维中的纳米纤维由高聚物溶液静电纺丝而得。

5、优选的，所述棉纤维基体的原料为常规棉纤维和/或废弃棉纤维。所述废弃棉纤维包括但不限于斩刀花、除尘花、纤维废料或回收纤维。

6、本发明还提供了一种摩擦增强棉纤维的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)将高聚物溶解在溶剂中，充分搅拌，制得纺丝液；

8、(2)将棉纤维原料经过前道工序后由梳棉机将棉纤维梳理成棉网；

9、(3)棉网经过传送帘时由负压吸风箱体和吸风网帘共同吸附并托持棉网，在负压吸风箱体下方布置无针静电纺丝装置并安装无针式静电纺丝喷头；

10、(4)向供液装置中填充纺丝液，打开高压静电发生装置和供液装置并向棉网喷射粘附性纳米纤维；将粘附性纳米纤维与棉纤维复合并收束，在集束口处得到混纺纤维生条；

11、(5)混纺纤维生条送入后道纺纱工序得到摩擦增强棉纤维。

12、优选的，所述步骤(1)中的高聚物为pvp，溶剂为dmf和无水乙醇，其中pvp浓度为10-20wt％，dmf质量分数为60-90wt％，无水乙醇质量分数为0-20wt％；或者所述步骤(1)中的高聚物为pva，溶剂为水和无水乙醇，其中pva浓度为6-14wt％，水质量分数为66-94wt％，无水乙醇质量分数为0-20wt％。

13、所述pvp重均分子量为360000；所述pva醇解度为88％，重均分子量为170000。

14、优选的，所述步骤(2)中的前道工序包括配棉和开清棉。

15、优选的，所述步骤(2)中的无针式静电纺丝喷头包括但不限于碟形、球形、线形、金字塔形或伞型。

16、更优选的，所述喷头采用中国专利“一种纺丝液曲率动态控制的静电纺丝装置及其使用方法”，申请号201710684508.1，提供的一种碟形圆盘喷头。

17、优选的，所述步骤(4)中的高压静电发生装置的输出电压为30-80kv，无针式静电纺丝喷头到棉网的垂直接收距离为20-35cm，无针式静电纺丝喷头数量为1-6个，静电纺丝时环境温度20-35℃，环境相对湿度20-55％rh。

18、优选的，所述步骤(4)中的收束速度为棉网传送速度的1-1.2倍，使得所述混纺纤维生条中的棉纤维和纳米纤维混合均匀。

19、优选的，所述步骤(5)中的后道纺纱工序包括并条、转杯纺粗纱、环锭纺细纱和络筒。

20、优选的，所述步骤(5)中的并条道数为2-4道；所述转杯纺棉纱细度为30-60tex，捻度为550-800t/m；所述环锭纺棉纱细度为18.7-58tex，捻度为550-800t/m；所述络筒车速为10000-15000m/min。

21、本发明还提供了一种制备摩擦增强棉纤维的装置，所述装置包括梳棉机；所述梳棉机与传送帘相连；负压吸风箱体和吸风网帘设置在所述传送帘上，用于共同吸附并托持棉网；在负压吸风箱体下方布置无针静电纺丝装置并安装无针式静电纺丝喷头；所述无针静电纺丝装置与高压静电发生装置和供液装置相连，用于静电纺丝。

22、本发明通过聚乙烯吡咯烷酮(pvp)/dmf/无水乙醇和聚乙烯醇(pva)/水/无水乙醇体系，制备粘附性纳米纤维。当棉纤维网被吸附并向前传送，高压静电激发的纺丝液面产生泰勒锥在电场中不断细化，高速运动的粘附性纳米纤维并嵌入棉网并粘附在棉纤维表面，实现粘附性纳米纤维/棉纤维的复合纺纱。

23、本发明原理在于，在低浓度的纺丝液中添加无水乙醇时溶液的表面张力降低，形成稳定的含有串珠的粘附性纳米纤维，提供了纤维之间的微纳尺度焊接点。当纱线被施加捻度，纤维之间的正压力使焊接点在外力作用下的滑移，增强棉纤维整体的表面摩擦系数，实现纱线断裂强力的提升。

24、本发明采用的高聚物具有生物相容性好的特点，构成焊接点的串珠纳米纤维尺度小，在纱体内部分布均匀，在形成织物和水系的后可从纱线内部释放。