[0001] 本发明涉及纺纱技术领域，具体涉及一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线及其纺纱方法与装置。

[0002] 随着纺织行业的发展和进步，智能纺织品成为研究热点。传感纱线的研究是智能纺织品的基础，目前常见的传感纱线一般采用将导电金属丝与传统纱线物理结合的方式，
或者采用浸渍涂覆的方式在传统纱线上涂覆导电材料等方式制备传感纱线，传感纱线可以
对外界刺激如力、热、光等做出反应，可以应用于各类柔性传感器的制备。尤其兼备高温隔
热抗火、高弹亲肤传感功能的纱线基柔性传感器，在消防救援、深空作业、户外救生、高楼火
宅逃生等方面具有显著优势。但是，具有高温隔热抗火的无机纤维原料，难以实现高弹和传
感；同样，具有高弹的有机材料不抗火、传感性能有机或无机材料导热导电，难以实现高温
抗火功能。因此，规模化生产兼备高温隔热抗火、高弹亲肤传感功能的纱线基柔性传感器，
难度高、挑战大。

[0003] 公开号为CN109183226A的专利公开了一种高性能导电纱线，由碳纳米管气溶胶加捻纺制成碳纳米管基线，在碳纳米管基线外涂覆聚乙烯醇涂层，在聚乙烯醇涂层外通过静
电纺工艺包缠有芳纶纤维层，芳纶纤维层由芳纶纤维制成，芳纶纤维层与碳纳米管基线形
成皮芯结构，在芳纶纤维层外包覆有维纶纤维层，维纶纤维层由维纶短纤通过涡流纺工艺
螺旋包缠在芳纶纤维层外。该发明纱线具有条干均匀，表面毛羽少，拉伸断裂强度高，可纺
性好，电导率高，耐磨性好的优点，但由于其制备工艺复杂，很难实现大规模生产，这大大限
制了其在智能纺织品领域的应用。同时，碳纳米管属于导热导电材料，难以隔热抗火；整个
纱线也不具有弹性特征，无法满足高弹变形吸能和大形变传感效果。

[0004] 公开号为CN117309007A的专利公开了一种耐高温纱线基传感器及其制备方法与应用，通过浸渍干燥的方式将单壁碳纳米管溶液均匀附着在粗纱上得到导电粗纱，通过环
锭纺的方式将导电粗纱纺成电极芯纱；通过摩擦纺的方式在电极芯纱表面包缠隔热纤维，
得到耐高温传感复合纱；通过缝纫机将两根耐高温传感复合纱固定在织物衬底上形成缝纫
结构，得到耐高温纱线基传感器，采用芯鞘结构设计，准确控制截面中耐热纤维的分布，从
而消除高温影响造成的传感器误差，具有抗温度干扰功能。通过缝纫结构保持了传感器的
稳定性和耐久性，并可兼备水洗性和耐磨性，满足可穿戴设备的需求。但该耐高温传感纱线
所用的碳纳米管属于隔热导电性能，不具备较好的柔韧性和高弹性能，这限制了其在柔性
耐高温传感纺织品上的应用。

[0005] 有鉴于此，有必要设计一种改进的弹性亲肤隔热抗火型传感纱线及其纺纱方法与装置，以解决上述问题。

[0034] 下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范
围。

[0035] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，
不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和
“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

[0036] 在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次
关系。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0037] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同
的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和
隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0038] 在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三
种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0039] 在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)。

[0040] 在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、
以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

[0041] 在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一
体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，
可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而
言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

[0042] 现有的导电金属丝或碳纳米管等导电材料与传统纱线结合或通过涂覆方式制备的传感纱线，虽然具有传感功能，但难以同时实现高温隔热抗火性能。具有高温隔热抗火特
性的无机纤维材料，如玄武岩纤维和碳纤维，通常不具备高弹性和亲肤性，而具有高弹性的
有机材料，如氨纶和硅胶纤维，又难以实现高温隔热抗火功能。

[0043] 为了解决耐高温传感纱线缺乏弹性，应用受限的技术问题，本申请提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线及其纺纱方法与装置，其中，通过在环锭细纱机上安装包缠纺
纱装置100进行纺纱得到具有多层结构的纱线，由内至外依次为弹性芯丝101、隔热无机纤
维包缠层、导电纤维包缠层以及阻燃短纤维包覆层；由于采用了弹性纤维作为芯纱，所以其
具有良好的拉伸性能，同时隔热无机纤维长丝105和导电纤维长丝106可以提供隔热、阻燃
和导电的功能，最外层的阻燃短纤维203起到亲肤和阻燃作用。

[0044] 第一方面，本申请实施例提供一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线，由内至外依次包括弹性芯丝101、隔热无机纤维包缠层、导电纤维包缠层以及阻燃短纤维包覆层；所述隔
热无机纤维包缠层中的隔热无机纤维长丝105和导电纤维包缠层中的导电纤维长丝106均
采用螺旋缠绕式包缠于所述弹性芯丝101表层，所述阻燃短纤维包覆层中的阻燃短纤维203
通过加捻相互抱合式缠绕于最外层。

[0045] 作为纱线的中心部分，弹性芯丝101提供了纱线的弹性和回弹性，隔热无机纤维长丝105具有优异的隔热性能，通过螺旋缠绕的方式包缠在弹性芯丝101表面，增强了纱线的
隔热性能，导电纤维长丝106同样采用螺旋缠绕的方式包缠在隔热无机纤维长丝105包缠层
的外部，导电纤维的高强度和耐热性进一步增强了纱线的物理性能，同时导电纤维还可以
提供优异的导电传感性能，阻燃短纤维203通过加捻相互抱合式缠绕在最外层，不仅提高了
纱线的阻燃性能，还增强了纱线的耐磨性和耐用性。

[0046] 进一步地，在一些实施例中，弹性芯丝101为氨纶长丝、硅胶长丝及乳胶长丝中的一种；弹性芯丝101的细度为100～1000D；隔热无机纤维长丝105的线密度为4.5～50tex；隔
热无机纤维为玄武岩纤维或玻璃纤维；导电纤维长丝106的线密度为4.5～50tex；导电纤维
为碳纤维、石墨烯纤维及金属纤维中的一种，金属纤维为镀镍纤维、铜纤维、铝纤维或银纤
维；阻燃短纤维203为芳纶纤维、聚酰亚胺纤维、阻燃锦纶及阻燃粘胶中的一种或几种。

[0047] 在本申请实施例的技术方案中，选择适当的弹性芯丝101和阻燃短纤维203可以确保纱线具有所需的弹性性能和阻燃性能；控制细度范围和线密度能够使纱线具有一定的柔
软度和强度，优化纱线的最终性能。

[0048] 请参照图1，第二方面，本申请实施例提供一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的纺纱装置，包括设置于细纱前罗拉钳口202处与细纱导纱钩104之间的包缠纺纱装置100；该装
置上设有芯纱自捻通道和长丝短纤喂入通道，隔热无机纤维长丝105、导电纤维长丝106和
阻燃纤维须条107依次从前罗拉钳口202从右至左排列输出包缠于弹性芯丝101表面。

[0049] 其中，该装置位于细纱前罗拉钳口202处与细纱导纱钩104之间，包括芯纱喂入罗拉102和导纱轮103，芯纱喂入罗拉102与芯纱自捻通道连接，芯纱喂入罗拉102和导纱轮103
之间设置有长丝短纤喂入通道，用于将隔热无机纤维长丝105、导电纤维长丝106和阻燃纤
维须条107包缠于弹性芯丝101表面。这种装置的设计将不同类型的纤维有序地排列并包缠
在弹性芯丝101上，从而形成具有复合性能的纱线。

[0050] 进一步地，在一些实施例中，芯纱喂入罗拉102与导纱轮103的连线与水平方向的夹角为30°～60°。

[0051] 在本申请实施例的技术方案中，芯纱喂入罗拉102与导纱轮103的连线与水平方向的夹角选择会影响纤维在弹性芯丝101表面的包缠效果，进而影响纱线的最终性能。适当的
夹角可以帮助纤维更好地包缠在弹性芯丝101表面，形成均匀的纱线结构，从而提高纱线的
性能。

[0052] 请参照图2，第三方面，本申请实施例提供一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的纺纱方法，包括以下步骤：

[0053] S1、将弹性芯丝101从筒管上退绕下来，从包缠纺纱装置100的芯纱喂入罗拉102喂入，经过导纱钩104卷绕到细纱管207上；

[0054] S2、将隔热无机纤维长丝105与导电纤维长丝106从筒管上退绕下来，通过导丝轮201从前罗拉钳口202处输出，输出的长丝从包缠纺纱装置100的长丝喂入通道喂入，在芯丝
的自捻作用下包缠于芯丝表面；

[0055] S3、将阻燃短纤维203退绕下来，从喇叭口204喂入，依次经过后罗拉205、中罗拉206和前罗拉的牵伸，以阻燃纤维须条107的形式从前罗拉钳口202处输出，输出的短纤须条
从包缠纺纱装置100上的短纤喂入通道喂入，在芯纱的自捻带动下螺旋包缠于芯纱表面；经
过长丝和短纤包缠包覆的纱线经过导纱钩104，在细纱管207的旋转带动下卷绕于纱管表
面，得到弹性亲肤隔热抗火型传感纱线。

[0056] 通过不同的纤维层叠和包缠，实现了纱线的复合结构，使纱线具有弹性、隔热、抗火和传感的功能。

[0057] 进一步地，在一些实施例中，纱线的输出速度为1～20m/min，捻度为30～60T/m；前罗拉的转速为500～3000r/min，中罗拉206的转速为200～1000r/min，后罗拉205的转速为
100～600r/min，粗纱牵伸倍数为10～50倍。

[0058] 在本申请实施例的技术方案中，通过精确控制纱线的输出速度、捻度以及罗拉的转速和牵伸倍数，使纱线具备所需的强度和弹性，同时也能够保持纱线的柔软度和舒适性。

[0059] 下面列举了一些具体实施例，需说明的是，下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领
域内的文献所描述的技术或条件或按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商
者，均为可以通过市购获得的常规产品。

[0060] 一、制备方法

[0061] 实施例1

[0062] 本实施例提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的制备方法，采用弹性芯丝101细度为600旦尼尔，隔热无机纤维长丝105为玄武岩长丝，线密度为18.5tex，导电纤维长
丝106为碳纤维长丝，线密度为18.5tex，阻燃短纤维203原料为聚酰亚胺纤维，粗纱线密度
为600tex，具体包括以下步骤：

[0063] S1、将弹性芯丝101从筒管上退绕下来后，经过张力片，从包缠纺纱装置100的芯纱通道喂入，经过导纱钩104卷绕到细纱管207上；

[0064] S2、将玄武岩长丝与碳纤维长丝从筒管上退绕下来，然后通过导丝轮201从前罗拉钳口202处输出，输出的长丝从包缠纺纱装置100长丝喂入通道喂入，在芯丝的自捻作用下
包缠于芯丝表面；

[0065] S3、然后将阻燃短纤维203退绕下来后，从喇叭口204喂入，依次经过后罗拉205、中罗拉206和前罗拉的牵伸，以纤维须条的形式从前罗拉钳口202处输出，输出的阻燃纤维须
条107从包缠纺纱装置100上的短纤喂入通道喂入，在芯纱的自捻带动下螺旋包缠于芯纱表
面；经过长丝和短纤包缠包覆的纱线经过导纱钩104，在细纱管207的旋转带动下卷绕于纱
管表面，从而制备出一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线。

[0066] 其中包缠纺纱装置100芯纱喂入罗拉102与导纱轮103的连线与水平方向的夹角为60°；纱线输出速度为10m/min，纱线捻度为40T/m，前罗拉转速为3000r/min，中罗拉206转速
为1000r/min，后罗拉205转速为100r/min，粗纱牵伸倍数为30倍。

[0067] 实施例2

[0068] 本实施例提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的制备方法，与实施例1相比，区别仅在于，采用弹性芯丝101细度为300旦尼尔，玄武岩长丝线密度为9.1tex，碳纤维长丝
线密度为9.1tex，包缠纺纱装置100芯纱喂入罗拉102与导纱轮103的连线与水平方向的夹
角为30°，其余与实施例1大致相同，在此不再赘述。

[0069] 实施例3

[0070] 本实施例提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的制备方法，与实施例2相比，不同之处在于包缠纺纱装置100芯纱喂入罗拉102与导纱轮103的连线与水平方向的夹角为
40°，其余与实施例2大致相同，在此不再赘述。

[0071] 实施例4

[0072] 本实施例提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的制备方法，与实施例2相比，不同之处在于包缠纺纱装置100芯纱喂入罗拉102与导纱轮103的连线与水平方向的夹角为
45°，其余与实施例2大致相同，在此不再赘述。

[0073] 实施例5

[0074] 本实施例提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的制备方法，与实施例2相比，不同之处在于包缠纺纱装置100芯纱喂入罗拉102与导纱轮103的连线与水平方向的夹角为
50°，其余与实施例2大致相同，在此不再赘述。

[0075] 对比例1

[0076] 对比例1提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的制备方法，与实施例1相比，未进行玄武岩长丝与碳纤维长丝的包缠，通过包缠纺纱装置100直接将阻燃短纤维203包覆
于弹性芯丝101表面，其余纺纱参数大致与实施例1相同，在此不再赘述。

[0077] 对比例2

[0078] 对比例2提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于未进行碳纤维长丝的包缠，直接将玄武岩长丝与阻燃短纤维203包缠包覆于
弹性芯丝101上，其余纺纱参数大致与实施例1相同，在此不再赘述。

[0079] 对比例3

[0080] 对比例3提供了一种弹性亲肤隔热抗火型传感纱线的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于未进行玄武岩长丝的包缠，直接将碳纤维长丝和阻燃短纤维203包缠包覆于
弹性芯丝101上，其余纺纱参数大致与实施例1相同，在此不再赘述。

[0081] 二、测试方法

[0082] 1、强力及断裂伸长率测试

[0083] 测试方法：在强力拉伸仪上垂直两端夹持住纱线，开始拉伸直至纱线完全断裂，测试出纱线强力及断裂伸长率。测试仪器：英斯特朗强力拉伸仪，拉伸速度：100mm/min，夹持
长度：100mm，环境温度：25℃，环境湿度：50％。

[0084] 2、阻燃性能测试

[0085] 测试方法：如图3所示，用铁架台水平夹持住测试纱线样品，利用酒精灯火焰持续灼烧纱线样品，直至燃烧断裂，计算从开始灼烧到燃烧断裂的时间，即为纱线样品阻燃时
间。测试仪器：铁架台、酒精灯，夹持长度：100mm，火焰温度：500～600℃，环境温度：25℃，环境湿度：50％。

[0086] 3、电阻测试

[0087] 测试方法：如图4所示，采用万用表连接传感纱线两端，调节万用表阻值范围，测试出传感纱线电阻值。测试仪器：万用表，夹持长度：100mm，环境温度：25℃，环境湿度：50％。

[0088] 测试结果如表1和表2所示。

[0089] 表1实施例1及对比例1～3制备的纱线性能测试结果

[0090]

[0091] 表2实施例2～5制备的纱线性能测试结果

[0092]

[0093] 三、各实施例、对比例测试结果分析

[0094] 由表1可知，实施例1与对比例1～3相比，实施例1制备的弹性亲肤隔热抗火型传感纱线强力高，伸长率好，具有最好的阻燃性能以及良好的导电性，综合来看实施例1制备出
的纱线综合性能更优，可以满足纱线对弹性、阻燃和传感的需求。

[0095] 由表2可知，实施例2～5均具有良好的强力、弹性、阻燃性和导电性，其中随着纺纱装置角度的逐渐增大，纱线的弹性逐渐增大，阻燃性逐渐提高，其原因主要是由于小角度包
缠导致刚性长丝的包缠角度变小，其拉伸长度减小，同时由于长丝角度的变小，弹性芯纱与
包缠长丝之间的缝隙变大，导致阻燃性下降。

[0096] 综上所述，本申请提供的弹性亲肤隔热抗火型传感纱线具备多层复合结构，由内至外依次为弹性芯丝101、玄武岩长丝包缠层、碳纤维包缠层以及阻燃短纤维包覆层；其中
玄武岩纤维、碳纤维均采用螺旋缠绕式包缠于弹性长丝表层，阻燃短纤维203通过加捻相互
抱合式缠绕于最外层。纺纱装置上设有芯纱自捻通道和长丝喂入通道，可以通过改变两通
道相交处的角度来改变长丝和短纤包缠包覆的角度。本发明提供的纱线制备方法通过在环
锭纺细纱机上安装纺纱装置，在细纱锭子旋转的作用下对弹性芯纱加捻，同时带动隔热无
机纤维长丝105、导电纤维长丝106和阻燃纤维须条107进行包缠，三组分的包缠过程可一步
完成，流程短，效率高，克服了以往刚性纤维成纱困难，以及弹性伸长差的问题；同时玄武岩
纤维具有优秀的隔热阻燃作用，提升纱线耐高温性能；碳纤维可以提供优异的导电传感性
能；最外层的阻燃短纤维203则提供了保护和亲肤的功能。

[0097] 需要说明的是，本申请不限定于上述实施方式。上述实施方式仅为示例，在本申请的技术方案范围内具有与技术思想实质相同的构成、发挥相同作用效果的实施方式均包含
在本申请的技术范围内。此外，在不脱离本申请主旨的范围内，对实施方式施加本领域技术
人员能够想到的各种变形、将实施方式中的一部分构成要素加以组合而构筑的其它方式也
包含在本申请的范围内。