專利名稱：一種高強(qiáng)耐磨納米纖維復(fù)合紗及其制備方法
一種高強(qiáng)耐磨納米纖維復(fù)合紗及其制備方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于紡織領(lǐng)域，涉及到一種高強(qiáng)力耐磨性納米纖維復(fù)合紗及其制備方法。
技術(shù)背景
靜電紡絲是制取納米纖維的一種簡單而經(jīng)濟(jì)的方法。和傳統(tǒng)紡絲方法相比，靜電 紡絲有兩個顯著特點(diǎn)，其一是牽伸力采用電場力，其二是紡得纖維細(xì)(50-1000nm)。靜電紡 絲所制備的纖維網(wǎng)，具有孔洞小、孔隙率高、比表面積大等特性，可用于過濾材料、阻隔及分 離膜、生物醫(yī)用材料及功能性材料等。靜電紡納米纖維具有與天然細(xì)胞外基質(zhì)相近的微觀 構(gòu)造，使制備的支架能夠仿生天然細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；其極高的比表面積也為活性因 子的有效釋放提供了理想平臺。因此，在短短的幾年時間里，電紡技術(shù)就已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在 組織工程研究的各個領(lǐng)域。
然而，普通電紡?fù)ǔ５玫降氖抢w維無規(guī)取向的膜材料，在要求纖維高度取向排列 如微電子學(xué)、光子學(xué)及組織工程支架等方面的應(yīng)用受到了限制，而制備可編織的取向納米 纖維紗將大大拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。許多研究者對取向納米纖維紗制備方法進(jìn)行了探索。Yan H等單針頭靜電紡絲制備納米纖維，采用相對配置圓筒取向收集，通過圓筒反向回轉(zhuǎn)對纖 維加捻，圓筒中間筒管卷繞進(jìn)行收集，制得的紗線具有較好的強(qiáng)力(Yan H，Liu L，Zhang Z. MATERIALS LETTERS. 2011，65 (15-16) :2419-2421.) oDabirian F等采用共軛靜電紡絲制 備納米纖維，采用旋轉(zhuǎn)的裝置收集并加捻，將收集的纖維引出并通過熱處理裝置后卷繞收 集，熱處理后紗線強(qiáng)力顯著提高(Dabirian F, Ravandi S A H, Sanatgar R H, et al. FIBERS AND POLYMERS. 2011，12(5) :610-615.)。美國專利 US2009324950-A1 中 Kim H 等將多個噴 頭噴出的電紡纖維利用帶電圓盤取向收集，然后將纖維束剝?nèi)∠聛砭砝@收集成取向納米纖 維紗，該紗線具有較好的強(qiáng)力。美國專利US6106913-A中Balonis R J等將一個噴頭噴出 的電紡纖維利用氣流沉積到導(dǎo)引長絲上，經(jīng)牽引卷繞制成高強(qiáng)力納米纖維包芯紗，并利用 該紗線編織成納米纖維器件。該方法因納米纖維間同種電荷相互排斥影響纖維沉積效率。 中國專利CN200710021149.8中李新松等采用高分子長絲或紗為芯材導(dǎo)絲，一對或多對噴 絲頭共軛紡絲制備納米纖維，噴口相對的噴絲頭噴出的納米纖維帶有相反電荷，在空中相 互吸引、沉積在芯材導(dǎo)絲上，牽引卷繞制得表面包覆納米纖維的高強(qiáng)力紗。高強(qiáng)力復(fù)合納米 纖維紗通過編織等加工成片狀、圓柱狀、塊狀、異型狀織物等，用作皮膚、血管、骨等組織工 程支架、縫合線、功能性紡織品、增強(qiáng)材料。目前公開的納米纖維紗線制備方法中納米纖維 裸露在外，耐磨性較差，后續(xù)編織過程中容易受到損傷。
因此，有必要發(fā)明一種既能保持良好的納米纖維結(jié)構(gòu)，又具有高強(qiáng)力高耐磨性的 納米纖維復(fù)合紗及其制備方法。發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗及其制備方 法，該復(fù)合紗既能保持納米纖維高比表面積等優(yōu)點(diǎn)，又具有較高的強(qiáng)力和較好的耐磨性，能適應(yīng)后續(xù)納米纖維器件等的編織要求。
技術(shù)方案本發(fā)明的高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗由芯紗I和包纏紗2、3組成， 其中芯紗I可以采用取向納米纖維紗線，也可以采用納米纖維/長絲包芯紗，直徑為2-300 微米；包纏紗2、3采用水溶性或堿溶性化纖長絲，直徑為20-500微米。作為芯紗I皮層的納米纖維可以采用生物高分子材料如乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、膠原蛋白(Collagen)、 絲素蛋白(Silk fibroin)、明膠(Gelatin)、甲殼素(Chitin)、透明質(zhì)酸(HA)、聚(ε-己內(nèi)酯)(PCL)、聚(三甲基碳酸酯)(PTMC)等加藥物等添加劑制備；也可采用功能材料如電紡無機(jī)碳納米管紗(MWNTs)、二氧化鈦(TiO2)和硫化鋅(ZnS)紗等。芯紗I采用納米纖維包芯紗時，芯材可以采用水溶 性維綸或堿溶性聚酯等長絲或紗，也可采用生物相容性或普通的長絲或紗。
高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗的制備方法是采用高強(qiáng)納米纖維紗或納米纖維/ 長絲包芯紗為芯紗1，采用水溶性維綸或堿溶性聚酯等長絲利用空心錠對芯紗包纏形成復(fù)合紗。采用一次或兩次包纏以實(shí)現(xiàn)對納米纖維良好包覆，從而后道編織時復(fù)合紗具有優(yōu)良耐磨性。
以兩次包纏制備高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗為例，采用高強(qiáng)納米纖維紗或納米纖維/長絲包芯紗為芯紗1，經(jīng)張力裝置4調(diào)節(jié)張力，再經(jīng)羅拉5喂入上空心錠7軸中， 長絲2從筒子6上退繞與芯紗I 一起喂入上空心錠7軸中，上空心錠7在皮帶盤8的帶動下產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，帶動筒子6同步回轉(zhuǎn)。芯紗未加捻，長絲2包纏在芯紗I上形成包纏復(fù)合紗進(jìn)入下空心錠10軸中，長絲3從筒子9中退繞進(jìn)入下空心錠10軸中，下空心錠10在皮帶盤 11的帶動下與上空心錠7反向回轉(zhuǎn)，長絲3進(jìn)行反向包纏形成復(fù)合紗后經(jīng)輸出羅拉12、導(dǎo)紗桿13、槽筒14后卷繞到筒子15上。形成圖1所示復(fù)合紗并卷繞成筒子紗。
有益效果本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)
(I)本發(fā)明的高強(qiáng)耐磨納米纖維復(fù)合紗，芯紗為復(fù)合紗提供高強(qiáng)力，包覆紗為復(fù)合紗提供優(yōu)良耐磨性，復(fù)合紗拉伸時包覆紗向心壓力提高芯紗纖維間抱合從而進(jìn)一步提高復(fù)合紗強(qiáng)力。該復(fù)合紗能適應(yīng)后道編織加工的機(jī)械性能要求。
(2)本發(fā)明的高強(qiáng)耐磨納米纖維復(fù)合紗，可以編織后通過復(fù)合、功能化制成各種結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料以及特殊功能材料。且編織好后包覆紗及包芯紗中的芯紗可以采用水/ 堿溶液處理除去，使納米纖維處于材料表面以更好發(fā)揮納米效應(yīng)。
(3)本發(fā)明的高強(qiáng)耐磨納米纖維復(fù)合紗通過空心錠對納米纖維進(jìn)行包覆的制備方法，對納米纖維幾乎沒有損傷，能最大限度地保護(hù)納米纖維在后道編織工序中不受到損傷。


圖1為本發(fā)明所述高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗的結(jié)構(gòu)示意圖。圖1中有芯紗I ;包纏紗2 ;包纏紗3。
圖2為本發(fā)明所述高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗的制備方法示意圖。圖2中有 芯紗I ;張力裝置4 ;羅拉5 ;長絲或紗包纏紗2 ;筒子6 ;上空心錠7 ;皮帶盤8 ;長絲或紗包纏紗3 ;筒子9 ;下空心錠10 ;皮帶盤11 ;輸出羅拉12 ;導(dǎo)紗桿13 ;槽筒14 ;筒子15。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明實(shí)施例僅供說明具體方法，該 方法不受實(shí)施例的限制。
實(shí)施例1
采用細(xì)度為30dtex絲素蛋白(Silk fibroin)電紡納米纖維/蠶絲包芯紗作為芯 紗1，以O(shè). 32m/s線速度進(jìn)入上空心錠7中；包纏紗2采用IOOtex水溶性維綸，上空心錠以 240r/s速度回轉(zhuǎn)；包纏紗3采用134tex水溶性維綸，下空心錠以170r/s速度反向回轉(zhuǎn)。得 到表面包覆水溶性維綸的維綸/電紡絲素蛋白納米纖維/蠶絲復(fù)合紗。電子纖維強(qiáng)力儀測 得復(fù)合紗拉伸強(qiáng)度O. 86cN/dtex。Y731抱合力儀測得紗線耐磨次數(shù)28次。
實(shí)施例2
采用細(xì)度20dtex靜電紡乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)納米纖維紗為芯紗1，以 O. 28m/s速度進(jìn)入上空心錠7中；包纏紗2采用80tex堿溶性滌綸，上空心錠以200r/s速度 回轉(zhuǎn)；包纏紗3采用IlOtex堿溶性滌綸，下空心錠以160r/s速度回轉(zhuǎn)。得到表面包覆堿溶 性滌綸的滌綸/電紡PLGA納米纖維復(fù)合紗。電子纖維強(qiáng)力儀測得復(fù)合紗拉伸強(qiáng)度O. 73cN/ dtex。Y731抱合力儀測得紗線耐磨次數(shù)23次。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗，其特征在于所述納米纖維復(fù)合紗由芯紗和包纏紗組成，其中芯紗采用取向納米纖維紗線或納米纖維/長絲包芯紗，直徑為2-300微米; 包纏紗采用水溶性或堿溶性化纖長絲，直徑為20-500微米。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗，作為芯紗皮層的納米纖維可以采用生物高分子材料如乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)、膠原蛋白(Collagen)、絲素蛋白(Silk fibroin)、明膠(Gelatin)、甲殼素(Chitin)、透明質(zhì)酸(HA)、聚(ε -己內(nèi)酯)(PCL)、聚(三甲基碳酸酯)(PTMC)等加藥物添加劑制備；也可采用功能材料如電紡無機(jī)碳納米管紗(MWNTs)、二氧化鈦(TiO2)和硫化鋅(ZnS)紗等。芯紗采用納米纖維包芯紗時，芯材可以采用水溶性維綸或堿溶性聚酯等長絲或紗，也可采用生物相容性或普通的長絲或紗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗,其特征在于強(qiáng)力主要由芯紗提供，復(fù)合紗受拉伸時包纏紗產(chǎn)生向心壓力提高芯紗纖維間抱合力，從而進(jìn)一步提高復(fù)合紗強(qiáng)力；耐磨性主要由包覆紗提供。該復(fù)合紗編織成組織功能支架或功能性紡織品后，包覆紗及包芯紗中的芯紗可以采用水/堿溶液處理除去，使納米纖維處于材料表面以更好發(fā)揮納米效應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗，其特征在于可以編織后通過復(fù)合、功能化制成各種結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料以及特殊功能材料。
5.一種高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗制備方法，其特征在于采用高強(qiáng)納米纖維紗或納米纖維/長絲包芯紗為芯紗，以小于32m/s速度進(jìn)入空心錠中，采用水溶性維綸或堿溶性聚酯等長絲作為包覆紗，通過空心錠以小于500r/s速度回轉(zhuǎn)包纏。從而制得高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗制備方法，其特征在于通過一次或兩次包纏實(shí)現(xiàn)對納米纖維良好包覆，從而后道編織時復(fù)合紗具有優(yōu)良強(qiáng)力及耐磨性。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高強(qiáng)力高耐磨性納米纖維復(fù)合紗制備方法，其特征在于對納米纖維幾乎沒有損傷，能最大限度地保護(hù)納米纖維在后道編織工序中不受到損傷。
全文摘要
一種高強(qiáng)耐磨納米纖維復(fù)合紗是由芯紗和包纏紗組成，其中芯紗采用取向納米纖維紗線或納米纖維/長絲包芯紗；包纏紗采用水溶性或堿溶性化纖長絲。芯紗采用納米纖維包芯紗時，芯材可采用水溶性維綸或堿溶性聚酯等長絲或紗，也可采用生物相容性或普通的長絲或紗。高強(qiáng)耐磨納米纖維復(fù)合紗的制備方法是采用高強(qiáng)納米纖維紗或納米纖維/長絲包芯紗為芯紗，采用水溶性維綸或堿溶性聚酯等長絲利用空心錠對芯紗包纏形成復(fù)合紗，通過一次或兩次包纏可以實(shí)現(xiàn)對納米纖維良好包覆，從而后道編織時復(fù)合紗具有優(yōu)良強(qiáng)力及耐磨性，且包纏紗及芯紗編織好后可通過后處理除去。該復(fù)合紗可以編織并通過復(fù)合、功能化制成各種結(jié)構(gòu)材料、復(fù)合材料以及特殊功能材料。
文檔編號D02G3/04GK103014978SQ201110291140
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月28日
發(fā)明者楊恩龍 申請人:楊恩龍, 史晶晶