[发明专利]一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线及其三通道环锭纺纱装置和控制方法

说明书

本发明涉及一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线及其三通道环锭纺纱装置和控制方法，增加了第三组份弹力长丝，并对第一层次包缠复合纱进行第二层次包覆，能够确保在交变拉伸应力作用下纱线结构的可逆转变，以及负泊松比效应的有效性；同时，还通过由PLC伺服驱动的异步牵伸机构调控短纤维芯纱的线密度，使复合纱线负泊松比系数按照预设规律分段变化，实现纱线结构的可设计性及其负泊松比系数分布的可控性。

技术领域

本发明涉及一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线及其三通道环锭纺纱装置和控制方法，属于纺纱技术领域。

背景技术

负泊松比纱线是一种具有特殊力学性能的复合纱线，纱线的外观直径在受轴向拉伸时会变粗而产生径向膨胀变形。负泊松比纱线通常由两种组份组成，第一组份通常采用高模量低伸长的纤维材料，如碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉、芳纶纤维等；第二组份为低模量高伸长的纤维材料，如硅氧烷橡胶、天然橡胶或者氨纶长丝等。以这两种材料纺制具有双螺旋结构的双组份复合纱线，在低拉伸张力条件下，第二组份呈直线状构成了复合纱线的芯纱，第一组份以螺旋状外包第二组份构成复合纱线的包缠纱1，此时第一组份(模量高、弹性小、伸长低、占比多)包缠第二组份(模量低、弹性大、伸长高、占比小)构成包缠结构复合纱。在高拉伸张力条件下，第一组份被拉成直线成为复合纱的芯纱份，第二组份以螺旋状形式缠绕在芯组份上成为复合纱的包缠纱1。纱线在拉伸张力作用下发生结构反转导致纱线的直径由(2*d₀+D₀)向(2*D₀+d₀)变化，由此产生负泊松比效应。利用负泊松比纱线可以制备具有负泊松比效应的复合材料，为纺织材料的发展提供了新的课题，故具有较为重大的理论意义。

复合纱特指将牵伸后的短纤须条直接与长丝(或纱)并合后加捻形成的纱线，加捻过程中短纤须条与长丝(或纱)可形成并捻、包芯、包缠和包绕等纱线结构。根据长丝的力学性能，短纤/长丝复合纱可分为三类：①氨纶与短纤复合成纱的短纤/弹力长丝复合纱；②涤纶长丝与短纤复合成纱的短纤/柔性长丝复合纱；③不锈钢长丝与短纤复合成纱的短纤/刚性长丝复合纱。而根据复合纱线的结构与成纱工艺，又可分为：①短纤/长丝并捻纱；②短纤/长丝交捻包缠纱1：塞罗菲尔(Sirofil)纱；③长丝/短线混纤交捻纱；④短纤/长丝包芯纱；⑤短纤/长丝包绕纱。

负泊松比纱线在受拉伸力作用时产生结构相的转变，而普通复合纱线不具备这种结构相转变能力，故无负泊松比力学效应。因此，如何配置复合纱线两个组分的模量、伸长、比例及优化负泊松比纱线的结构，是生产负泊松比纱线的关键技术。

香港理工大学胡红的专利“一种负泊松比纱线结构及其制造方法(CN201210212844.3)”公开了一种负泊松比纱线结构及其制造方法，该负泊松比纱线结构由第一纱线和第二纱线加捻形成，第一纱线的拉伸模量大于第二纱线的拉伸模量。东华大学于伟东的专利“一种负泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置与方法(CN201710539952.4)”提供了一种泊松比纱的三轴系锥筒式复合纺纱装置和方法。东华大学于伟东的专利“一种环锭纺的负泊松比纱及其复合纺纱装置、方法与用途(CN201710539986.3)”提供了一种环锭纺的负泊松比纱，为由相对刚性的、呈外包缠状的长丝束与相对柔性的、位于纱芯的短纤须条，在环锭细纱机上直接由非对称二轴系复合纺所得的负泊松比复合结构纱。

负泊松比系数的大小对于制备负泊松比系数材料具有重要意义，制备高负泊松比纱线需要在材料选择、纱线结构设计以及复合纱线成型工艺等环节进行创新设计。由于负泊松比纱线在材料选择、复合结构设计及纺纱工艺制造等方面的限制，导致目前生产制备的负泊松比纱线存在负泊松比系数小、反应不灵敏，不可逆等缺陷。具体如下：

1、在负泊松比纱线的材料选择方面