一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法

《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》是東華大學於2013年11月20日申請的發明專利，該專利申請號為201310586642X，公布號為CN103572448A，公布日為2014年2月12日，發明人是覃小紅、蔣國軍。

《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》包括：（1）將具有功能性的高分子聚合物溶解在相應溶劑中製得均勻的靜電紡絲溶液；（2）將短纖進行傳統的紡紗工序，所述的傳統的紡紗工序中包括梳棉工序；（3）將靜電紡絲溶液採用TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機進行靜電紡絲，其中紡絲射流直接向上噴到所述梳棉工序中即將成條的棉網上，得到含有納米纖維的棉網；將上述含有納米纖維的棉網經成條後直接進入後道成紗工序，最後得到納米纖維的複合紗線。該發明的製備方法簡單，通過將靜電紡絲技術與傳統紡紗技術結合，製得的納米纖維混紡複合紗線具有一定的功能性，屬於真正意義上的納米紡織品，可以提高產品的附加值。

2021年6月24日，《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法
• 申請人：東華大學
• 發明人：覃小紅、蔣國軍
• 申請號：201310586642X
• 申請日：2013年11月20日
• 公布號：CN103572448A
• 公布日：2014年2月12日
• 地址：上海市松江區松江新城人民北路2999號
• 代理機構：上海泰能智慧財產權代理事務所
• 代理人：黃志達
• Int. Cl.：D02G3/04
• 類別：發明專利

專利背景

截至2013年11月，隨著人們生活水平的提高，在關注紡織品舒適性的同時對紡織服裝的功能性要求也越來越高，納米概念的紗線被不斷提出和受到重視。市場上所謂的納米功能紡織品大多只是採用納米功能材料對織物進行後整理而得到。市場上還沒有含有納米纖維的紗線。

靜電紡技術是2013年前唯一能夠直接、連續、高效製備聚合物納米纖維的方法，以其設備簡單、操作容易、材料來源廣泛、工藝過程不破壞材料本體等優良特性成為納米纖維研究的熱點。靜電紡絲適合於大多數高分子溶液，由靜電紡絲法製得的納米纖維具有較小的直徑和很大的比表面積，使纖維具有多種獨特的性能，在生物醫學、空氣過濾、防護衣服等領域都有著巨大的套用潛力。

傳統纖維直徑較粗，長徑比低，比表面積小。為傳統纖維賦予一定的功能性多通過纖維表面的物理和化學改性、成紗組分搭配和工藝調整、織物組織結構的變化及後處理過程中添加一定功能性物質等途徑獲得。這些方式存在著纖維改性難度高、成紗和織造過程工藝複雜、成本高以及功能拓展受限的缺點，另外，向紡織品中添加的功能性物質也存在一定時期穿著、使用後功能無法長久保持的缺陷。

通過向傳統纖維中添加功能性納米纖維可以彌補上述的問題。例如，通過在靜電紡聚合物納米纖維中添加各類抗菌劑，製備具有優異抗菌性能的新型功能聚合物納米材料；在聚合物溶液中添加一定比例的特定物質通過靜電紡紡成的納米纖維絲可吸收電磁波。同理，添加其它與最終產品的設計目的相對應的物質，並最終在類似上述過程中形成具有一定功能的納米纖維混紡複合紗線。通過將具有功能性的納米纖維絲在傳統纖維成紗過程某個環節混入，並隨著成紗過程繼續直至最終獲得含有功能性納米纖維的混紡複合紗線。

傳統靜電紡絲技術產量較低，無法滿足工業化的生產和套用，利用《TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機》（申請號200710172744.1，公開日2008年7月2日，公開號101210352）可解決傳統紡絲技術產量低的問題，實現靜電紡納米纖維的規模化生產。另外，通常的靜電紡納米纖維由於其製備方法的特殊性大都以無規的無紡布形式存在，無法直接被傳統紡織工藝設備所利用。2013年前已有學者研究出利用靜電紡絲設備製取納米紗線，但是單純的利用靜電紡設備製備出的納米紗線普遍強力較低，無法滿足其在某些特定領域尤其是紡織服裝上的套用。且靜電紡納米紗線對聚合物溶液的要求較高，並不適用於各種高聚物。

發明內容

專利目的

《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》的目的是提供一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法，該方法通過將靜電紡絲技術與傳統紡紗技術結合，製得的納米纖維混紡複合紗線由於含有一定含量的功能性納米纖維，使紗線具有一定的功能性，屬於真正意義上的納米紡織品，可以提高產品的附加值。

技術方案

《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》包括：

（1）將具有功能性的高分子聚合物溶解在相應溶劑中製得均勻的靜電紡絲溶液；

（2）將短纖進行傳統的紡紗工序，所述的傳統的紡紗工序中包括梳棉工序；將步驟（1）得到的靜電紡絲溶液採用TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機進行靜電紡絲，其中紡絲射流直接向上噴到所述梳棉工序中即將成條的棉網上，得到含有納米纖維的棉網；

（3）將上述含有納米纖維的棉網經成條後直接進入後道成紗工序，最後得到連續的含有功能性納米纖維的混紡複合紗線。

步驟（2）中所述的短纖為純化纖或純棉短纖或棉化纖混紡短纖。

步驟（2）中所述的傳統的紡紗工序依次包括：配棉、抓棉、開清棉、梳棉、並條、粗紗、細紗。

步驟（2）中所述的TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機中國專利CN101210352A中所公開的TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機（申請號200710172744.1，公開日2008年7月2日）。

步驟（2）操作過程中同時保證短纖進行傳統的紡紗工序的生產連續性。

步驟（2）所述的TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機，包括：TAYLOR錐多噴頭、高壓靜電發生器、高聚物溶液及供液裝置、導液管、連線線、接收極板及接地線；TAYLOR錐多噴頭一側通過導液管由供液裝置供液，另一側通過連線線連線高壓靜電發生器。

步驟（2）所述的靜電紡絲中TAYLOR錐多噴頭的頂端與接收極板下表面的距離調節範圍為0.1厘米~100厘米，輸出電壓範圍為0~100千伏。

步驟（2）所述的靜電紡絲中TAYLOR錐多噴頭的頂端低於棉網，接收極板下表面高於棉網，梳棉機內部的上軋輥和下軋輥以一定速度送出棉網，與不斷紡出的納米纖維結合，最後將得到的含有納米纖維的棉網繼續進入到後道紡紗工序。

該發明中將第一種原料的短纖經過傳統紡紗的各種工序，依次為經配棉、抓棉、開清棉、梳棉、並條、粗紗、細紗，即短纖成紗過程連續而獨立，並不會因為靜電紡裝置的加入和靜電紡納米纖維紡入成紗過程中的某個環節而影響、改變傳統纖維的適紡性和紡紗過程的連續性。

該發明中將紡絲溶液在TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機上經供液裝置擠出，開啟高壓靜電發生器，在高壓靜電場作用下形成大量紡絲射流，紡絲射流直接向上噴到梳棉工序中即將成條的棉網上，紡絲射流經溶劑揮發最後在棉網上形成納米纖維網，含有納米纖維的棉網經成條後直接進入後道成紗工序，最後得到連續的含有功能性納米纖維的混紡複合紗線。

該發明的納米纖維混紡複合紗線含有兩種原料，一種為普通短纖，另一種為高聚物溶液經靜電紡絲技術製成的功能性納米纖維；前者連續經過傳統紡紗工序，包括開清棉、梳棉、並條、粗紗、細紗後成紗。同時在梳棉工序中，利用TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲裝置向即將成條的棉網上進行靜電紡絲，含有功能性納米纖維的棉網緊接著進入下道工序，保證生產的連續性。

該發明中的普通短纖可以為純化纖或純棉或兩者混紡短纖，可以根據產品需要對原料種類作出調整；高聚物溶液可以按照產品功能性要求進行選擇，兩種原料都不限於某特定種類。

該發明提供一種將靜電紡技術與傳統紡紗技術相結合的方法來製備納米纖維，開發得到的納米纖維複合紗線將在保留傳統紗線的性能之外還增加了納米纖維無可比擬的優良性能，可以提高傳統紗線的產品附加值，解決了普通紗線產品附加值低的問題，提高了傳統紗線產品品質，並為其提供更廣泛的套用領域。此外，納米纖維的引入並不會影響傳統紗線的生產流程、產量和效率，保證了傳統纖維成紗過程及靜電紡裝置紡絲過程的連續，是一種納米纖維和傳統纖維的有益結合，為靜電紡納米纖維向傳統紡織領域的提供了一個全新的思路和嘗試。

改善效果

《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》的製備方法簡單，通過將靜電紡絲技術與傳統紡紗技術結合，製得的納米纖維混紡複合紗線具有一定的功能性，屬於真正意義上的納米紡織品，可以提高產品的附加值。由該紗線製成的功能性紡織品的開發將具有良好的市場前期和經濟效益。

附圖說明

圖1是《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》的納米纖維混紡複合紗線工藝流程圖；

圖2是該發明利用TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲裝置向即將成條的棉網上進行靜電紡絲示意圖；

圖3是該發明得到的含有納米纖維的棉網；

圖4是該發明得到的含有納米纖維的混紡複合紗線表面。

附圖中標號說明：1.上軋輥；2.下壓輥；3.接收極板；4.棉網；5.納米纖維絲；6.TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機；7.高壓靜電發生器；8.供液裝置；9.接地線；10.導液管；11.連線線；12.接地線。

技術領域

《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》屬於混紡複合紗線的製備領域，特別涉及一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法。

權利要求

1.一種納米纖維複合紗線的製備方法，包括以下步驟：（1）將具有功能性的高分子聚合物溶解在相應溶劑中製得均勻的靜電紡絲溶液；（2）將短纖進行傳統的紡紗工序，所述的傳統的紡紗工序中包括梳棉工序；將步驟（1）得到的靜電紡絲溶液採用TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機進行靜電紡絲，其中紡絲射流直接向上噴到所述梳棉工序中即將成條的棉網上，得到含有納米纖維的棉網；其中操作過程中同時保證短纖進行傳統的紡紗工序的生產連續性；所述的靜電紡絲中TAYLOR錐多噴頭的頂端與接收極板（3）下表面的距離調節範圍為0.1厘米~100厘米，輸出電壓範圍為0~100千伏；所述的靜電紡絲中TAYLOR錐多噴頭的頂端低於棉網，接收極板下表面高於棉網，梳棉機內部的上軋輥（1）和下軋輥（2）送出棉網，與不斷紡出的納米纖維結合，最後將得到的含有納米纖維的棉網繼續進入到後道紡紗工序；（3）將上述含有納米纖維的棉網經成條後直接進入後道成紗工序，最後得到納米纖維複合紗線。

2.根據權利要求1所述的一種納米纖維複合紗線的製備方法，其特徵在於：步驟（2）中所述的短纖為純化纖或純棉短纖或棉化纖混紡短纖。

3.根據權利要求1所述的一種納米纖維複合紗線的製備方法，其特徵在於：步驟（2）中所述的傳統的紡紗工序依次包括：配棉、抓棉、開清棉、梳棉、並條、粗紗、細紗。

實施方式

• 實施例1

採用普通棉短纖，聚合物採用聚丙烯腈。

（1）將採用聚丙烯腈（分子量75000）溶解在二甲基乙醯胺（DMAc）中製得均勻的靜電紡絲溶液；

（2）將普通短纖進行傳統的紡紗工序，所述的傳統的紡紗工序中包括梳棉工序；如圖1所示，將步驟（1）得到的靜電紡絲溶液移至TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機供液裝置8中，進行靜電紡絲，用TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機6向梳棉環節中尚未成條的棉網4上紡入聚丙烯腈納米纖維5，得到含有納米纖維的棉網；

（3）將上述含有納米纖維的棉網經成條後直接進入後道成紗工序，最後得到連續的含有功能性納米纖維的混紡複合紗線。

以普通梳棉機為例，餵入棉卷定量、上下軋輥（1和2）轉速共同控制棉網4的厚度和輸出速度。調整TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機6的電壓、噴頭與棉網的距離以及供液速度等參數，與棉卷幅寬和行進速度相匹配，保證靜電紡納米纖維在棉網上的分布範圍、含量，避免納米纖維之間的纏結，保證溶劑的充分揮發。

• 實施例2

採用與實施例1相同的方法，其中短纖採用黏膠短纖，聚合物採用聚氨酯。

（1）將採用聚氨酯溶解在二甲基甲醯胺（DMF）中製得均勻的靜電紡絲溶液；

（2）將普通黏膠短纖進行傳統的紡紗工序，所述的傳統的紡紗工序中包括梳棉工序；如圖1所示，將步驟（1）得到的靜電紡絲溶液移至TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機供液裝置8中，進行靜電紡絲，用TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機6向梳棉環節中尚未成條的黏膠短纖網4上紡入聚氨酯納米纖維5，得到含有納米纖維的黏膠短纖網；

（3）將上述含有納米纖維的黏膠短纖網經成條後直接進入後道成紗工序，最後得到連續的含有聚氨酯納米纖維的混紡複合紗線。

• 實施例3

採用與實施例1相同的方法，其中短纖採用滌綸短纖，聚合物採用聚丙烯腈。

（1）將採用聚丙烯腈溶解在二甲基乙醯胺（DMAc）中製得均勻的靜電紡絲溶液；

（2）將普通滌綸短纖進行傳統的紡紗工序，所述的傳統的紡紗工序中包括梳棉工序；如圖1所示，將步驟（1）得到的靜電紡絲溶液移至TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機供液裝置8中，進行靜電紡絲，用TAYLOR錐多噴頭靜電紡絲機6向梳棉環節中尚未成條的滌綸短纖網4上紡入聚丙烯腈納米纖維5，得到含有納米纖維的滌綸短纖網；

（3）將上述含有納米纖維的滌綸短纖網經成條後直接進入後道成紗工序，最後得到連續的含有聚丙烯腈納米纖維的混紡複合紗線。

專利榮譽

2021年6月24日，《一種納米纖維混紡複合紗線的製備方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。