前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置、方法及用途

摘要

本发明提供了一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，包括用于使刚性长丝呈设定喂入角定位与已有捻度的短纤须条稳定包缠的预包绕管、用于使刚性长丝稳定超喂的喂丝器、和用于使短纤须条精确定位与集束的集束器；预包绕管、喂丝器安装于环锭细纱机上的前罗拉钳口输出侧，集束器安装于环锭细纱机上的前罗拉钳口输入侧。本发明还提供了前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱方法及复合纺纱装置的应用。短纤须条从前罗拉钳口输出后被加捻为高捻须条；刚性长丝经喂丝器喂入，并经预包绕管与高捻须条呈一定张力地包缠，形成刚性长丝略嵌入高捻须条的负泊松比纱。装置结构简单，成本低，操作方便，所制得的负泊松比纱具有更明显的负泊松比效应。

权利要求

1.一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于：包括用于使刚性长丝(4)呈设定喂入角定位与已有捻度的短纤须条(3)稳定包缠的预包绕管(1)、用于使刚性长丝(4)稳定超喂的喂丝器(2)、和用于使短纤须条(3)精确定位与集束的集束器(5)；所述预包绕管(1)、喂丝器(2)安装于环锭细纱机上的前罗拉钳口输出侧，所述集束器(5)安装于环锭细纱机上的前罗拉钳口输入侧；

所述预包绕管(1)包括圆柱型的空心的管身(11)，管身(11)的头端为出纱口(12)，在管身(11)的反面设有可以直接接头而无需穿纱接头的波纹槽(13)，管身(11)的上端设有一头端带有导丝孔(15)的斜叉柄(14)。

2.如权利要求1所述的一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于：所述的波纹槽(13)为沿管身(11)柱面呈波纹状的槽缝且在靠近出纱口(12)的部分为均匀宽度的狭缝，而接近斜叉柄(14)处的槽缝呈喇叭状开口。

3.如权利要求1所述的一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于：所述喂丝器(2)为能够稳定地提供0～1.5超喂比的喂丝器；超喂比为0，表示无张力的等喂。

4.如权利要求1所述的一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于：所述集束器(5)通过左右移动来调节短纤须条(3)的对中定位和使短纤须条(3)能相对集中呈圆形，从而减少成纱的毛羽及加捻的不均匀。

5.如权利要求1所述的一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于：还包括为增大所述的短纤须条(3)的弹性而配备的用于将弹力丝(8)引入短纤须条(3)的张力机构(9)；张力机构(9)包括张力控制器和定位导丝钩，定位导丝钩左右移动实现弹力丝(8)与短纤须条(3)的同轴喂入，或对短纤须条(3)以不同汇聚角的复合；弹力丝(8)可直接喂入前罗拉(6)钳口，也可以将弹力丝(8)先喂入集束器(5)，再随短纤须条(3)进入前罗拉(6)钳口。

6.如权利要求1所述的一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于：所述短纤须条(3)为芳纶、芳砜纶、玄武岩纤维、金属纤维中的一种短纤维纱条；或在所述短纤维纱条中还引入同轴或不同轴喂入的弹力丝，形成有形状记忆功能的有捻须条。

7.如权利要求1所述的一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于：所述刚性长丝(4)为涤纶长丝、丙纶长丝、芳纶长丝、聚乙烯长丝、碳纤维长丝、金属丝、玻璃纤维长丝、玄武岩纤维长丝中的一种。

8.一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱方法，采用如权利要求1～7任一项所述的前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于，步骤为：步骤1：二轴或三轴系喂入

短纤须条(3)牵伸伸直为无捻须条，经集束器(5)定位于中心轴位置喂入前罗拉(6)，此为轴I；或再增加一与无捻须条同轴或不同轴喂入的弹力丝(8)，此为轴III，从环锭细纱机的前罗拉(6)钳口输出后，无捻须条本身、或无捻须条与弹力丝(8)复合，加捻成有捻须条；

所述的刚性长丝(4)经喂丝器(2)以无张力、超喂的方式从前罗拉(6)前部进入预包绕管(1)斜叉柄(14)头端的导丝孔(15)，并在预包绕管(1)的管身(11)上自然绕圈喂入，此为轴II；

步骤2：汇聚包缠成纱

所述有捻须条进入预包绕管(1)的管身(11)中腔以减少毛羽和中心轴定位；从预包绕管(1)的管身(11)上自然绕圈滑下的刚性长丝(4)呈设定汇聚角与出预包绕管(1)的出纱口(12)并垂直于前罗拉(6)钳口线的有捻须条汇聚加捻复合，形成有捻须条无明显压迫变形地被刚性长丝(4)外包缠的二轴系或三轴系复合纺纱的负泊松比纱(7)。

9.一种如权利要求1～7任一项所述的前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置的应用，其特征在于：用于由刚性长丝与短纤须条复合而成的负泊松比纱的成形加工。

说明书

前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置、方法及用途

技术领域

[0001] 本发明涉及可负泊松比变形的复合纱及其复合纺纱技术，是反常态的负泊松比纺织品及其制备新技术。

背景技术

[0002] 复合纺纱自上世纪50年代后期出现至今，为纱线结构、性能的改善和功能化提供了更大的空间和更多的选择。但基本上还是局限在多轴系的物质含量上和不同纺纱机械上做努力。如物质含量上的2轴到多轴以增加组分，短纤维/短纤维(S/S)复合纺、短纤维/长丝(S/F)或长丝/短纤维(F/S)复合纺，以解决可纺性、高效率、低成本和功能化的要求。如不同纺纱机械上的环锭复合纺纱、转杯复合纺纱、空心锭子包缠与包绕复合纺纱等。几乎未见采用现行复合纺纱技术，解决负泊松比纱的纺纱报道。

[0003] 负泊松比纱线是近几年出现的新型、特殊纱线。这种纱线在受轴向拉伸时，纱线的径向不会发生常态的收缩、而是相反发生膨胀变形。即纱线的外观直径会因拉伸而变粗。

[0004] 相近的有美国专利(P Hook，Uses of auxetic fibers，专利号：US8002879 B2，2011)的主要内容为负泊松比纤维集合体的物理特征指标以及负泊松比纤维集合体的各类用途。此类负泊松比纤维体可用于：互联的负泊松比纤维体集合，可以是平行排列的纤维集合体、机织物、针织物、非织造布、毡等织物形式，或这些织物的多层叠合体。其定义的组成成分包括两种，第一组份为高弹性模量的长丝材料，如碳纤维、玻璃纤维、凯夫拉、芳纶纤维、聚酯纤维、BET纤维或天然纤维棉等；第二组份为弹性模量低于第一组份弹性模量的长丝材料，如硅氧烷橡胶、天然橡胶或者尼龙纤维等。此专利涉及内容包含负泊松比纱线、负泊松比织物以及由以上材料复合而成的负泊松比复合材料，并列举了以上专利产品的各种应用以及应用方法。例如，利用负泊松比材料的多孔性储存抗菌剂用于医学领域，利用多层负泊松比织物叠加进行高气压分散等。但此专利均用长丝、且第二组分的构成材料仅局限于弹性长丝，并且为主要强调的是对负泊松比材料多孔性的形成方法与应用，专利中并未涉及负泊松比纱线的具体纺纱方法。与此专利相比，本专利不仅在负泊松比纱线组成纤维的要求为两个体系的纤维(短纤维)，且更为独特、具体和明确，使纤维采用的范围更广、更贴近纺织常用纤维，而且提供了原创的、专门化的负泊松比纱的复合纺纱方法。另一篇专利(P Hook，Composite fibre and related detection system，专利号：US8191429 B2，
2012)主要内容为两种以上组分(其中一种为光纤)的复合纤维，包括这种复合纤维的检测系统和系统组成，复合纤维组分的集合体和组分结构。在讨论复合纤维组分的集合体和组分结构时，提出了可以用负泊松比纤维集合体缠绕在光纤上构成一种复合纤维。其中只是简单的阐述了何为负泊松比纱没有具体涉及到负泊松纤维集合体的形成和制备方法。

[0005] 美国专利(WanDuk  Lee，SangSoo Lee，CholWoh Koh，Jin Heo，MOISTURE SENSITIVE AUXETIC MATERIAL，专利号：US0039088 A1，2011)提出的材料的负泊松比效应为对湿度敏感的包缠长丝在外部湿度变化时产生收缩，导致芯纱弯曲，引起纱线直径增大。专利中涉及到对负泊松比纱线结构的描述，并未提出具体的纺纱装置及方法，且该纱线结构易存在捻度不匀及稳定性等问题。

[0006] 中国专利(胡红，刘世瑞，专利号：CN103361811 A，2013)提出了一种负泊松比纱线结构及其制造方法。该纱线结构通过将拉伸模量较大的第一纱线和拉伸模量较小的第二纱线相间排列同时喂入槽孔，并在转盘的转动下汇聚加捻形成负泊松比纱线，当受到拉伸作用时，两组纱线相互挤压因模量不同产生相对转移，从而达到负泊松比效应。该方法要求第一纱线和第二纱线根数相同且均在2根以上，由于该纱线结构主要通过对各组分的加捻作用形成，因此为了提供纱线的成形结构，对纱线种类的选择局限性强，同时也限制了负泊松比纱线的应用领域。

[0007] 美国专利(M.K Burns，J.R Wright，K.E Evans，FIBROUS ASSEMBLY，专利号：US0209557 A1，2011)也提供了一种负泊松比的纤维集合体，该纤维集合体涉及包括两种组份的负泊松比纱线，但其组成均采用化纤长丝与上述专利相同。该专利中给出了负泊松比纱线的结构为弹性相对较小的组份以螺旋的形式缠绕在弹性相对较大的组份(芯纱)上。同时，该专利中明确地给出了芯纱的线密度、直径大小以及被包绕角度。但在负泊松比纱线的纺制上，仅简单地描述为将较高模量的长丝缠绕在弹性较好的芯纱上，并不能进行连续同一纺纱机的纺纱工艺方法，且在对负泊松比纱线组成成分的选择范围相对较窄，仅限于长丝。

[0008] 另一篇专利(K.E Evans，M.R Sloan，J.R Wright，M.K Burns，Auxetic material，专利号：US0071583 A1，2013)主要介绍了负泊松比材料，特别是负泊松比纤维和纱线。其指出负泊松比材料有内外两个组分构成，内组分模量较大，外组分模量较小。两组分的相互关系为：内组分位于外组分提供的非线性螺旋空腔中。外组分通常为圆柱型。内组分在静态条件在轴向形状一致，在张力作用下轴向不一致。此专利仅是描述了何为负泊松比材料，对纱线具体的组分种类没有定义，且也没有提供详细的纺纱设备和方法。

[0009] W.Miller等人在文章(W Miller，P.B Hook，C.W Smith，X Wang，K.E Evans，The manufacture and characterization of a novel，low modulus，negative Poisson’s ratio composite，Composites Science and Technology，2009(69)：651-655)中首次给出了负泊松比纱线的概念，称其结构为双螺旋纱，并采用细度较小的超高分子聚乙烯长丝作为包绕纱，细度较大的聚氨酯长丝作为芯纱进行了试验验证。其只是提供了理论结构和采用最为容易倂丝，即均为长丝的方法，实施了聚乙烯长丝包绕氨纶长丝的负泊松比纱线的成形。

[0010] J.R.Wright等人(J.R Wright，K.E Evans，M.R Sloan，The helical auxetic yarn-A novel structure for composites and textiles；geometry，manufacture and mechanical properties，Mechanics of Materials，2011(43)：476-486)给出了一种简易的负泊松比纱线的成形方法，设备主要有喂入卷轴装置、包绕卷轴装置、卷绕轴装置以及三者各自的驱动电机装置。芯纱从喂入轴以某一固定速度退绕下来平行穿过有中心孔眼的包绕轴，包绕轴垂直于喂入轴转动，包缠纱从包绕轴退绕下来，经导纱钩及张力装置后在卷绕轴前与芯纱以一定的角度汇聚并在包绕轴的带动下发生包绕，匀速缠绕在卷绕轴上，从而形成负泊松比纱线。喂入轴与卷绕轴相互平行，包绕轴垂直位于两者之间。

[0011] J.R.Wright等人(J.R Wright，M.K Burns，E James，M.R Sloan，K.E Evans，On the design and characterization of low-stiffness auxetic yarns and fabrics，Textile Research Journal，2012，82(7)：645-654)在文章中提到的纺制负泊松比纱线方法的基础上，采用聚酯纤维、聚酰胺纤维分别与橡胶丝组合而成的负泊松比纱线，对该类纱线的物理机械性能进行了研究，并以此为依据得出了影响负泊松比效应的结构参数；W.Miller等人(W.Miller，Z.Ren，C.W Smith，K.E Evans，A negative Poisson’s ratio carbon fiber composite using a negative Poisson’s ratio yarn reinforcement，Composites Science and Technology，2012(72)：761-766)采用碳纤维束与尼龙长丝复合的螺旋包缠纱及其复合材料也具备负泊松比效应。此两者着重研究了其负泊松比性能，即只提供纱线，并未在纺纱方法上做任何论述。

[0012] 周铭的硕士论文(周铭.负泊松比纱线的结构成形及建模表征.东华大学，2014.)围绕负泊松比纱线的设计、制备与理论分析，基于有限元分析法探讨具有负泊松比效应的纱线的结构参数，并利用带有超喂装置和开槽前罗拉的环锭纺纺纱设备制备负泊松比纱线，并通过建立纱线拉伸条件下的几何结构模型，明晰纱线负泊松比效应的原因。

[0013] S.Bhattacharya等人(Bhattacharya S，Zhang GH，Ghita O，Evans KE.The variation in Poisson’s ratio caused by interactions between core and wrap in helical composite auxetic yarns.Composites Science and Technology.2014，102：87-93.)在螺旋结构拉胀纱的基础上讨论了包缠纱与芯纱的模量差引起的芯纱的凹陷效应以及其对纱线泊松比的影响，同时通过选择合适的纱线模量与结构参数得到了负泊松比为-13.52的拉胀纱。

[0014] Teik-Cheng Lim(Lim T-C.Semi-auxetic yarns.Physica Status Solidi(b).2014，251：273-280.)提出了一种半拉胀纱线的结构和成形方法，即将不可伸长的细线组分以三角形的模式贯穿在较粗且具有弹性的组分中，纱线在拉伸作用下，在竖直方向上具有拉胀效应，而在水平方向上为普通的纱线特点。同时也对两个平面方向上的泊松比进行了对比分析。除了三角形模式之外，还提出了一些其它的方式，如梯形波形、矩形波形和正弦波形等。

[0015] G.H.Zhang等人(Zhang GH，Ghita  O，Evans KE.The fabrication and mechanical properties of a novel 3-component auxetic structure for composites.Composites Science and Technology.2015，117：257-267.)提出了一种新型的三组分拉胀纱，即刚性包缠纱作为第一组分螺旋缠绕在第二组分弹性芯纱上，并由第三组分进行管状涂层处理。其中采用具有捻度的超高分子量聚乙烯复丝作为包缠纱，经过脱气、成膜固化处理的硅橡胶凝胶作为芯纱，最后用硅橡胶凝胶以成膜的方式进行管状涂层，主要讨论了涂层厚度对纱线泊松比及力学性能的影响。文中提出的纱线结构在一定程度上可以提高其稳定性，但同时也限制了其拉胀效应的大小，在实际生产中以及应用方面都具有较大的局限性。

[0016] Apurv Sibal等人(Sibal A，Rawal A.Design strategy for auxetic dual helix yarn systems.Materials Letters.2015，161：740-742.)通过对不同细度纱线制备得到的双螺旋拉胀纱的负泊松比的研究，提出可以简单地通过减小纱线直径至微米到纳米尺度来获得较大负泊松比的双螺旋拉胀纱。

[0017] G.H.Zhang等人(Zhang G，Ghita O，Lin C，Evans KE.Varying the performance of  helical  auxetic  yarns  by  altering  component properties and geometry.Composite Structures.2016，140：369-377.)对螺旋拉胀纱三个关键的结构参数，即芯纱与包缠纱的直径比、初始包缠角和各组分模量进行了一系列的研究，并得出结论为较大的直径比、较小的包缠角和较大的模量差并合理配置可以得到较大范围的拉胀效应以扩大纱线的应用领域。

[0018] 综上所述，以上给出的专利和已有的研究，均有以下两个问题没有涉及或解决：第一，负泊松比纱线能否突破仅在最为简单的弹性长丝/长丝组合中制备的限制，走向更为实用的短纤须条/长丝的复合结构纱，因为短纤维纱通常更软、更易变形，而很难得不到较高的负泊松比，甚至负的泊松比；第二，负泊松比纱线的成形还只是一般的长丝/长丝复合的间断式生产制造，能否在传统纺纱机上实现高模量长丝同步与高捻度、高弹性成纱的短纤须条一步法复合纺纱，是负泊松比长/短复合纱成形的关键技术。

发明内容

[0019] 本发明要解决的技术问题是如何实现负泊松比复合纱线在传统环锭细纱机上的加工制造。

[0020] 为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于：包括用于使刚性长丝呈设定喂入角定位与已有捻度的短纤须条稳定包缠的预包绕管、用于使刚性长丝稳定超喂的喂丝器、和用于使短纤须条精确定位与集束的集束器；所述预包绕管、喂丝器安装于环锭细纱机上的前罗拉钳口输出侧，所述集束器安装于环锭细纱机上的前罗拉钳口输入侧。

[0021] 优选地，所述预包绕管包括圆柱型的空心的管身，管身的头端为出纱口，在管身的反面设有可以直接接头而无需穿纱接头的波纹槽，管身的上端设有一头端带有导丝孔的斜叉柄。

[0022] 优选地，所述的波纹槽为沿管身柱面呈波纹状的槽缝且在靠近出纱口的部分为均匀宽度的狭缝，而接近斜插柄处的槽缝呈喇叭状开口。

[0023] 优选地，所述喂丝器为能够稳定地提供0～1.5超喂比的喂丝器；超喂比为0，表示无张力的等喂。所述喂丝器安装在环锭细纱机的前罗拉的前侧上部。

[0024] 优选地，所述集束器通过左右移动来调节短纤须条的对中定位和使短纤须条能相对集中呈圆形，从而减少成纱的毛羽及加捻的不均匀。

[0025] 优选地，还包括为增大所述的短纤须条的弹性而配备的用于将弹力丝引入短纤须条的张力机构；张力机构包括张力控制器和定位导丝钩，定位导丝钩左右移动实现弹力丝与短纤须条的同轴喂入，或对短纤须条以不同汇聚角的复合；弹力丝可直接喂入前罗拉钳口，也可以将弹力丝先喂入集束器，再随短纤须条进入前罗拉钳口。

[0026] 优选地，所述短纤须条为常用纺织纤维、芳纶、芳砜纶、玄武岩纤维、金属纤维中的一种短纤维纱条；或在所述短纤维纱条中还引入同轴或不同轴喂入的弹力丝，形成有形状记忆功能的有捻须条。同时，提倡同样组成成分纤维的混纺和复合，以保证后处理和循环利用的生态性和可行性。

[0027] 优选地，所述刚性长丝为高模量涤纶长丝、高模量丙纶长丝、芳纶长丝、高强高模聚乙烯长丝、碳纤维长丝、金属丝、玻璃纤维长丝、玄武岩纤维长丝中的一种。

[0028] 本发明还提供了一种前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱方法，采用上述的前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，其特征在于，步骤为：

[0029] 步骤1：二轴或三轴系喂入

[0030] 短纤须条牵伸伸直为无捻须条，经集束器定位于中心轴位置喂入前罗拉，此为轴I；或再增加一与无捻须条同轴或不同轴喂入的弹力丝，此为轴III，从环锭细纱机的前罗拉钳口输出后，无捻须条本身、或无捻须条与弹力丝复合，加捻成有捻须条；所述的刚性长丝经喂丝器以无张力、超喂的方式从前罗拉前部进入预包绕管斜叉柄头端的导丝孔，并在预包绕管的管身上自然绕圈喂入，此为轴II；

[0031] 步骤2：汇聚包缠成纱

[0032] 所述有捻须条进入预包绕管的管身中腔以减少毛羽和中心轴定位；从包绕管的管身上自然绕圈滑下的刚性长丝呈设定汇聚角与出预包绕管的出纱口并垂直于前罗拉钳口线的有捻须条汇聚加捻复合，形成有捻须条无明显压迫变形地被刚性长丝外包缠的二轴系或三轴系复合纺纱的负泊松比纱。

[0033] 由该复合纺纱方法获得的负泊松比复合纱，可用于加工成受力时紧密度变大和负泊松比变形的织物，如制织成机织物、针织物、编织物等，其织物还可用于过滤材料、阻尼减压材料等，或直接作为缝纫线、或用于纱线增强的复合材料。

[0034] 本发明还提供了上述的前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置的应用，其特征在于：用于由刚性长丝与短纤须条复合而成的负泊松比纱的成形加工。

[0035] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

[0036] ①只在普通环锭细纱机上前罗拉前上侧安装一个的超喂机构，就可以解决较细、松的刚性长丝的喂入与稳定包缠的问题，安装方便，简洁实用；

[0037] ②刚性长丝的超喂量可以方便地调节并稳定输出，以满足刚性长丝对有捻短纤须条的无或低张力的包缠；

[0038] ③长丝在于短纤束加捻复合前，由于预包绕管的作用，加捻三角区消除，使纺出的复合纱毛羽减少，条干均匀度得到改善。

[0039] ④采用短纤须条位于纺纱过程的中心轴且不发生偏向的中心状态，以获得最大的上传捻度，即负泊松比复合纱的捻度，使有捻短线须条更为紧密、弹性和圆整，并能提供最大的泊松比和最强的形状记忆，既能产生螺旋、又能记忆复位伸直；

[0040] ⑤采用松结构的刚性长丝，既能减少纺纱损伤和扁平化展开，又能在包缠弯曲中平整化而减少刚性长丝的可见直径，使拉伸时的负泊松比更大；

[0041] ⑥采用有捻短纤须条的粗和弹性与刚性长丝的细和刚性间的巧妙结合进行非对称复合纺纱，赋予了该纱线不同于传统纱线(轴向拉伸的正泊松比)的负泊松比性质；

[0042] ⑦本发明制造的负泊松比复合纱具有更明显的负泊松比效应。

附图说明

[0043] 图1是环锭细纱机超喂非对称二(三)轴系预包绕管负泊松比纱复合纺纱机构的俯视图；

[0044] 图2是预包绕管结构图；

[0045] 图3是环锭细纱机超喂非对称二轴系预包绕管负泊松比纱复合纺纱机构的侧视图；

[0046] 图4是复合纺所得负泊松比复合纱拉伸前后的结构示意图；

[0047] 图中：1-预包绕管，11-管身，12-出沙口，13-波纹槽，14-斜插柄，15-导丝孔；2-低张力的喂丝器；3-短纤须条，10-有捻短纤须条；4-长丝；5-集束器；6-前罗拉；7-负泊松比复合纱；8-弹性丝；9-张力机构。

具体实施方式

[0048] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

[0049] 下述各实施例的负泊松比复合纱均采用本发明的机构配置和工艺设置，如图1和图3所示。

[0050] 前置预包绕管的负泊松比纱复合纺纱装置，包括用于使刚性长丝4呈设定喂入角定位与已有捻度的短纤须条3稳定包缠的预包绕管1、用于使刚性长丝4稳定超喂的喂丝器2、和用于使短纤须条3精确定位与集束的集束器5；预包绕管1、喂丝器2安装于环锭细纱机上的前罗拉钳口输出侧，所述集束器5安装于环锭细纱机上的前罗拉钳口输入侧。

[0051] 结合图2，预包绕管1包括圆柱型的空心的管身11，管身11的头端为出纱口12，在管身11的反面设有可以直接接头而无需穿纱接头的波纹槽13，管身11的上端设有一头端带有导丝孔15的斜叉柄14。波纹槽13为沿管身11柱面呈波纹状的槽缝且在靠近出纱口12的部分为均匀宽度的狭缝，而接近斜插柄14处的槽缝呈喇叭状开口。

[0052] 喂丝器2安装在环锭细纱机的前罗拉的前侧上部。喂丝器为能够稳定地提供0～1.5超喂比的喂丝器；超喂比为0，表示无张力的等喂。

[0053] 集束器5通过左右移动来调节短纤须条的对中定位和使短纤须条能相对集中呈圆形，从而减少成纱的毛羽及加捻的不均匀。

[0054] 本发明的原理是，在常态下，较为刚性、相对较细、软、较高拉伸膜量的刚性长丝，外包缠于弹性较大、相对较粗、硬、较低拉伸膜量的有捻短纤须条的复合纱体，当该纱体受到拉伸作用时，刚性长丝伸直，而有捻短纤须条由伸直状态转为螺旋包缠而变粗，形成该复合纱体径向的负泊松比变形。

[0055] 如图4所示，在拉伸前是刚性长丝4包缠有捻的短线须条3的负泊松比复合纱7；拉伸后即变为有捻的短线须条3螺旋在外而刚性长丝4却伸直在内，形成由粗细D+2d变粗为2D+d，其中D为短纤须条3加捻后的直径；d为刚性长丝4的直径。显然，负泊松比复合纱7的粗细增加率δ为δ＝(D-d)/(D+2d)。

[0056] 超喂非对称二(三)轴系预包绕管复合纺纱的具体步骤如下：

[0057] 步骤一、二轴系喂入：取一粗纱条经后罗拉和中罗拉的牵伸区牵伸后，形成伸直平行并位于整个纺程中心轴位置的短纤须条3、喂入前罗拉钳口6并作再次牵伸，此为弹性纱轴(轴I)；取一较为刚性、较细的刚性长丝4经长丝喂入装置2通过预包绕管呈轴向喂入，此为刚性丝束轴(轴II)。若需对短纤须条3增弹，可以在对短纤须条3的中心轴上部位置，再引入一经张力机构8和定位导纱钩9的有张力即有预伸长的弹力丝，以增大有捻短纤须条3的弹性复位，此为回复弹力轴(轴III)。

[0058] 步骤二、非对称汇聚：出前罗拉钳口6的伸直平行短纤须条3的中轴线基本不发生偏移，即以垂直于前罗拉钳口6(90°)输出，并立即被加捻形成紧密、弹性、有捻度的短纤须条3，以使直接加捻后的短纤须条3变硬而不易变形和弹性增大而易于伸长与回复；同步，出长丝喂器的长丝4通过预包绕管1呈与短纤束3平行的轴向与短纤束3汇聚加捻复合，形成刚性长丝4对的捻短纤须条31无明显压迫变形地外绕包缠于有捻短纤须条3外的非对称二轴系、或包缠于在前罗拉钳口6由张力机构8输出经定位导纱钩9喂入的弹力丝并直接被下层的短纤须条3所包覆的弹力包芯纱10外的三轴系复合纺的负泊松比复合纱7。

[0059] 下述具体的所述负泊松比纱及其复合纺纱的实施例1-3是对不同纤维及线密度，即选用不同的刚性长丝、不同短纤维的粗纱须条、不同的直径比和不同的复合纺纱工艺参数，即锭速、前罗拉转速、超喂罗拉转速、捻度。按照本发明的环锭细纱机超喂非对称二或三轴系预包绕管复合纺纱机构和纺纱方法进行，并纺制出具有负泊松比的复合纱线。

[0060] 对于纺制好的负泊松比纱，测量其有捻短纤须条平均直径，刚性长丝平均直径，负泊松比纱的外观直径；采用单纱强伸仪进行拉伸性能测试，并采用微焦高频摄像仪记录拉伸过程中纱线纵向、横向的变化，计算纱线拉伸过程中的泊松比值v，是指纱线径向应变与轴向应变的比值的负值v＝εx/εy。其中εx为纱线的径向应变，εy为纱线的轴向应变。具体实施例与复合纺纱工艺参数实施数据和成纱实测数据如表所示。

[0061] 实施例1：纺制Nomex短纤/Kevlar长丝复合的负泊松比复合纱

[0062] 采用上述本发明的预包绕管复合纺纱装置，按照上述方式将Kevlar长丝束喂入超喂机构2的握持辊对，而后超喂进入预包绕管1，出预包绕管出纱口12呈轴向与Nomex短纤须条汇聚加捻成纱，具体工艺参数和成纱实测数据如表中所示。纺制而成的Nomex短纤/Kevlar长丝负泊松比复合纱的物理机械性能参数如下。其中，当拉伸该Nomex短纤/Kevlar长丝复合纱时，Nomex短纤须条由伸直变为螺旋外包缠；Kevlar长丝束由螺旋外包缠变为伸直芯纱，即复合纱的径向变形为正值、复合纱的外观直径变粗，理论粗细增加率δ为0.562，呈负泊松比性质，理论最大负泊松比为-1.0534；实测结果为-1.0562较高，说明该纱变粗的能力较大。而实测/理论负泊松比比值略大于1(为1.003)的原因，在于初始外包缠的Kevlar长丝束非圆形，并有点嵌入有捻Nomex短纤须条中，故小于d；拉伸后Kevlar长丝束圆整化伸直，变为d。因此，实测/理论负泊松比值微微大于1。

[0063] 实施例2：纺制涤棉短纤+弹力丝/高强涤纶长丝复合的负泊松比复合纱[0064] 采用上述本发明的预包绕管复合纺纱装置与工艺，按照上述方式将弹力丝(氨纶)喂入超喂机构2的握持辊对，而后超喂进入预包绕管1，出预包绕管出纱口12呈轴向与纺制涤棉短纤须条汇聚加捻成纱，具体工艺参数和成纱实测数据如表中所示。纺制而成的(涤棉短纤+弹力丝)/高强涤纶长丝负泊松比复合纱的物理机械性能参数如下。其中，当拉伸该涤棉短纤与氨纶丝的弹力包芯纱/高强涤纶长丝的复合纱时，棉短纤与氨纶丝的弹力包芯纱由伸直变为螺旋外包缠；高强涤纶长丝束由螺旋外包缠变为伸直芯纱，即该复合纱的径向变形为正值、复合纱的外观直径变粗，理论粗细增加率δ为0.783，呈负泊松比性质，理论最大负泊松比为-0.4635；实测结果为-0.4354较高，说明该纱变粗的能力较大。而实测/理论负泊松比值小于1(0.939)的原因是因为理论泊松比值是在假设短纤维束与长丝束外观直径不变的前提下，而纱线在拉伸过程中涤棉短纤须条和氨纶丝均会发生因螺旋伸长引起的收缩和压扁，使得涤棉短纤与氨纶丝的弹力包芯纱的外观直径D减小，因此实测/理论负泊松比的比值小于1，但弹力丝的收缩可以忽略不计，且弹性绷紧又降低了短纤维的相互滑移而导致的弹力包芯纱的直径减小和增大其复位性。

[0065] 实施例3：纺制玄武岩短纤纱/碳纤维长丝复合的负泊松比复合纱

[0066] 采用上述本发明的超喂非对称二轴系复合纺纱装置，按照上述方式将碳纤维长丝束喂入超喂机构2的握持辊对，而后超喂进入预包绕管1，出预包绕管出纱口12呈轴向与纺制玄武岩短纤须条汇聚加捻成纱，具体工艺参数和成纱实测数据如表中所示。纺制而成的玄武岩短纤/碳纤维长丝负泊松比复合纱的物理机械性能参数如下。其中，当拉伸该玄武岩短纤/碳纤维长丝复合纱时，武岩短纤须条由伸直变为螺旋外包缠；碳纤维长丝束由螺旋外包缠变为伸直芯纱，即复合纱的径向变形为正值、复合纱的外观直径变粗，理论粗细增加率δ为0.8525，呈负泊松比性质，理论最大负泊松比为-0.5461；实测结果为-0.5387较高，说明该纱变粗的能力较大。而实测/理论负泊松比比值略小于1(为0.986)的原因在于，初始外包缠的碳纤维长丝束非圆形，并有点嵌入有捻武岩短纤须条中，故小于d；拉伸后碳纤维长丝束圆整化，变为d，。因此，实测/理论负泊松比值相近。

[0067] 实施例4：纺制不锈钢短纤+弹力丝/不锈钢长丝复合的负泊松比复合纱[0068] 采用上述本发明的预包绕管复合纺纱装置与工艺，按照上述方式将弹力丝(耐高温橡胶丝)同轴喂入前罗拉钳口6并直接被不锈钢短纤须条包缠，将不锈钢长丝束喂入超喂机构2的握持辊对，而后超喂进入预包绕管1，出预包绕管出纱口12呈轴向与纺制玄武岩短纤须条汇聚加捻成纱，具体工艺参数和成纱实测数据如表中所示。纺制而成的(不锈钢短纤+弹力丝)/不锈钢长丝负泊松比复合纱的物理机械性能参数如下。其中，当拉伸该不锈钢短纤与耐高温橡胶丝的弹力包芯纱/不锈钢长丝束的复合纱时，不锈钢短纤与耐高温橡胶丝的弹力包芯纱由伸直变为螺旋外包缠；不锈钢长丝束由螺旋外包缠变为伸直芯纱，即该复合纱的径向变形为正值、复合纱的外观直径变粗，理论粗细增加率δ为0.8824，呈负泊松比性质，理论最大负泊松比为-1.1802；实测结果为-1.1733高，说明该纱变粗的能力较大。而实测/理论负泊松比值小于1(0.994)的原因是因为理论泊松比值是在假设短纤维束与长丝束外观直径不变的前提下，而纱线在拉伸过程中涤棉短纤须条和氨纶丝均会发生因螺旋伸长引起的收缩和压扁，使得不锈钢短纤与氨纶丝的弹力包芯纱的外观直径D减小，因此实测/理论负泊松比的比值小于1，但弹力丝的收缩可以忽略不计，且弹性绷紧又降低了短纤维的相互滑移而导致的致弹力包芯纱的直径减小和增大其复位性。

[0069] 环锭细纱机预包绕管复合纺纱工艺参数与纱线负泊松比性质指标

[0070]

[0071] 以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本发明的技术方案的范围内。