本实用新型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，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
目前主要从增大两个组份的模量差异进行考虑，第一组份(低张力时的包缠组份)通常选择高模量低伸长材料，第二组份(低张力时的芯组份)通常选择低模量高伸长的材料。实际上，除了控制两个组份的模量差异外，通过优化选择具有高收缩、自卷曲等特性的纤维材料、以及温敏形状记忆纤维材料等作为第二组份材料，在特定拉伸负荷或额定拉伸应变范围内、更好地匹配第一组份与第二组分的变形协调性，以保证复合纱线结构相的顺利转变和负泊松比性能的充分表达。
2、在负泊松比纱线的结构设计方面
以双组份纱线两相结构模型为基础，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组分，第一组份以螺旋状缠绕在第一组份上构成复合纱线的包缠组分；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组份，第二组份以螺旋状形式缠绕在芯组份上成为复合纱的皮组分，由纱线结构相发生反转导致纱线直径由(2*d0 d0)向(2*d0 d0)变化，由此产生负泊松比效应，但在结构相转变过程中，由于两个组分之间缺少约束而发生相分离，致使相结构转变不可逆。
3、纺制负泊松比系数变化的成纱技术方面
在制备负泊松比复合材料过程中，根据结构和功能要求的不同，使负泊松比系数沿纱线长度方向变化，现有的技术不能纺制负泊松比系数变化的纱线。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线，基于现有两组份基础上，设计引入弹性长丝组份作为第三组份，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，而且能够通过异步牵伸机构调控芯纱线密度的变化，使复合纱线负泊松比系数按照预设规律分段变化。
本实用新型为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型设计了一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线，其特征在于：包括高模低伸长的刚性长丝组份、低模高伸长的弹性长丝组份、以及高卷曲高蓬松的短纤维组份；在低张力条件下，短纤维组份作为芯纱、并呈直线状，刚性长丝组份作为第一包缠纱、以螺旋状对芯纱进行第一层次包缠，弹性长丝组份作为第二包缠纱、以螺旋状对芯纱进行第二层次包缠，即构成双层包缠结构的三组份复合纱线；以及在高张力条件下，刚性长丝组份由原来的螺旋状被拉伸为直线状、转换作为芯纱，短纤维组份由原来的直线状被挤压成螺旋状、包缠在刚性长丝组份的外围、转换为第一层次包缠纱，弹性长丝组份仍以第二包缠纱、保持原有螺旋状结构包缠在刚性长丝组份的外围。
作为本实用新型的一种优选技术方案：所述复合纱线内部刚性长丝组份、弹性长丝组分和短纤维组份的比例，随短纤维组份线密度的变化而变化，即实现所述复合纱线负泊松比系数的控制。
与上相对应，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种针对双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，设计引入两路异步牵伸通道、三路异步喂入通道和两个异步捻合点，由各环节所设伺服电机分别实现异步控制的同时，实现了双层包缠结构负泊松比三组份复合纱的高效制备。
本实用新型为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本实用新型设计了一种针对双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，包括两路异步牵伸通道、三路异步喂入通道和两个异步捻合点；其中，两路异步牵伸通道用于接收所述短纤维组份对应的预设两根短纤维粗纱条，并对两根短纤维粗纱条进行异步牵伸，然后经其中一个异步捻合点经非对称捻合，形成短纤维组份；
三路异步喂入通道用于接收所述刚性长丝组份、弹性长丝组份、以及短纤维组份，并向另一个异步捻合点进行输送，另一个异步捻合点用于针对三路异步喂入通道所输送的三路组分进行非对称捻合，最终形成所述双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线。
作为本实用新型的一种优选技术方案：包括plc控制器、异步两通道环锭纺纱装置、前罗拉轴(q1)、第一辅助前罗拉轴(q2)、第二辅助前罗拉轴(q3)、前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)、第一前罗拉过桥齿(11-1)、第二前罗拉过桥齿(11-2)、环锭、钢领板，以及分别与各罗拉轴、环锭、钢领板一一对应的伺服电机，各罗拉轴、环锭、钢领板分别与对应伺服电机相连；
其中，前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)三者的内径、外径彼此相同，且该三者的内径与前罗拉轴(q1)的外径相适应，前中罗拉(9-3)套设于前罗拉轴(q1)上，且前中罗拉(9-3)与前罗拉轴(q1)之间采用键彼此固定连接；前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)分别套设于前罗拉轴(q1)上、前中罗拉(9-3)的两侧，前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)分别与前罗拉轴(q1)彼此相对转动；
第一前罗拉过桥齿(11-1)的内径与第一辅助前罗拉轴(q2)的外径相适应，第一前罗拉过桥齿(11-1)套设于第一辅助前罗拉轴(q2)上，且第一前罗拉过桥齿(11-1)与第一辅助前罗拉轴(q2)之间采用键彼此固定连接；第二前罗拉过桥齿(11-2)的内径与第二辅助前罗拉轴(q3)的外径相适应，第二前罗拉过桥齿(11-2)套设于第二辅助前罗拉轴(q3)上，且第二前罗拉过桥齿(11-2)与第二辅助前罗拉轴(q3)之间采用键彼此固定连接；第一辅助前罗拉轴(q2)所在直线、第二辅助前罗拉轴(q3)所在直线均与前罗拉轴(q1)所在直线相平行，第一前罗拉过桥齿(11-1)的外周与前左罗拉(9-1)的外周相对接，第一辅助前罗拉轴(q2)转动经第一前罗拉过桥齿(11-1)带动前左罗拉(9-1)以前罗拉轴(q1)所在直线为轴进行转动；第二前罗拉过桥齿(11-2)的外周与前右罗拉(9-2)的外周相对接，第二辅助前罗拉轴(q3)转动经第二前罗拉过桥齿(11-2)带动前右罗拉(9-2)以前罗拉轴(q1)所在直线为轴进行转动；
plc控制器与各伺服电机分别对接，基于plc控制器通过各伺服电机分别对各罗拉轴、以及环锭、钢领板的控制，两根包缠纱分别喂入前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)；异步两通道环锭纺纱装置中不包括环锭，所述短纤维组份对应的两根短纤维粗纱条通过异步两通道环锭纺纱装置聚合、并由其中握持点位置输出喂入前中罗拉(9-3)；然后经过前中罗拉(9-3)的两根聚合短纤维粗纱条与分别经过前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)的两根包缠纱三者聚合、并输入环锭进行加捻，同时应用钢领板进行控制，实现所述双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的获得。
作为本实用新型的一种优选技术方案：异步两通道环锭纺纱装置包括后罗拉轴(o4)、第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)、辅助后轴(w1)、中罗拉轴(o6)、中罗拉(6-1)、集合器(m2)，以及分别与各罗拉轴、辅助后轴(w1)一一对应的伺服电机，各罗拉轴、辅助后轴(w1)分别与对应伺服电机相连；
其中，第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)两者的内径、外径彼此相同，且该两者的内径与后罗拉轴(o4)的外径相适应，第一后罗拉(4-1)套设于后罗拉轴(o4)上，且第一后罗拉(4-1)与后罗拉轴(o4)之间采用键彼此固定连接；第二后罗拉(4-2)套设于后罗拉轴(o4)上，第二后罗拉(4-2)与后罗拉轴(o4)彼此相对转动，辅助后轴(w1)所在直线与后罗拉轴(o4)所在直线相平行，第二后罗拉(4-2)经同步齿形带与辅助后轴(w1)相对接，第二后罗拉(4-2)在辅助后轴(w1)经同步齿形带的传动下而转动；中罗拉(6-1)内径与中罗拉轴(o6)的外径相适应，中罗拉(6-1)固定套设于中罗拉轴(o6)上；
plc控制器与各伺服电机分别对接，基于plc控制器通过各伺服电机分别对各罗拉轴、辅助后轴(w1)的控制，所述短纤维组份对应的两根短纤维粗纱条分别喂入第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)，然后分别经过第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)的两根短纤维粗纱条经集合器(m2)聚合，并喂入中罗拉(6-1)，即握持点位置，最后经过握持点位置两根聚合短纤维粗纱条喂入所述前中罗拉(9-3)。
作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第一导纱钩(d1)、第二导纱钩(d2)、第三导纱钩(d)；所述经过前中罗拉(9-3)的两根聚合短纤维粗纱条保持其移动方向继续输送，所述分别经过前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)的两根包缠纱，分别穿过第一导纱钩(d1)、第二导纱钩(d2)实现向两根聚合短纤维粗纱条输送方向的变向，两根聚合短纤维粗纱条与两根包缠纱三路穿过第三导纱钩(d)聚合、并输入所述环锭进行加捻。
作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括第一输送轴(x1)、第二输送轴(x2)，以及分别与各输送轴一一对应的伺服电机，各输送轴分别与对应伺服电机相连；其中，plc控制器与各伺服电机分别对接，基于plc控制器通过各伺服电机分别对各输送轴的控制，所述两根包缠纱分别经第一输送轴(x1)、第二输送轴(x2)后，分别喂入所述前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)。
作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括分别与各伺服电机一一对应的伺服驱动器，所述plc控制器分别经各伺服驱动器、与对应伺服电机对接。
作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括分别与各伺服电机一一对应的减速机，所述plc控制器分别经各伺服驱动器依次串联对应伺服电机、减速机后，对接受控对象。
本实用新型所述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，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本实用新型所设计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，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。
附图说明
图1是本实用新型所设计三通道环锭纺纱装置的通道俯视图；
图2是本实用新型所设计三通道环锭纺纱装置的侧视图；
图3是本实用新型所设计三通道环锭纺纱装置的结构俯视图；
图4是本实用新型所设计三通道环锭纺纱装置的电控模块架构示意图。
其中，o4.后罗拉轴，4-1.第一后罗拉,4-2.第二后罗拉,w1.辅助后轴,o6.中罗拉轴,6-1.中罗拉,m2.集合器,w1.辅助后轴,q1.前罗拉轴,q2.第一辅助前罗拉轴，q3.第二辅助前罗拉轴,9-1.前左罗拉,9-2.前右罗拉,9-3.前中罗拉，11-1.第一前罗拉过桥齿，11-2.第二前罗拉过桥齿,x1.第一输送轴,x2.第二输送轴，d1.第一导纱钩,d2.第二导纱钩,d.第三导纱钩。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
本实用新型设计了一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线，具体包括高模低伸长的刚性长丝组份、低模高伸长的弹性长丝组份、以及高卷曲高蓬松的短纤维组份；在低张力条件下，短纤维组份作为芯纱、并呈直线状，刚性长丝组份作为第一包缠纱、以螺旋状对芯纱进行第一层次包缠，弹性长丝组份作为第二包缠纱、以螺旋状对芯纱进行第二层次包缠，即构成双层包缠结构的三组份复合纱线；以及在高张力条件下，刚性长丝组份由原来的螺旋状被拉伸为直线状、转换作为芯纱，短纤维组份由原来的直线状被挤压成螺旋状、包缠在刚性长丝组份的外围、转换为第一层次包缠纱，弹性长丝组份仍以第二包缠纱、保持原有螺旋状结构包缠在刚性长丝组份的外围。
实际应用中，复合纱线内部刚性长丝组份、弹性长丝组分和短纤维组份的比例，随短纤维组份线密度的变化而变化，即实现所述复合纱线负泊松比系数的控制。
对于上述双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线，本实用新型具体设计了三通道环锭纺纱装置，用于制备该复合纱线，具体来说包括两路异步牵伸通道、三路异步喂入通道和两个异步捻合点；其中，两路异步牵伸通道用于接收所述短纤维组份对应的预设两根短纤维粗纱条，并对两根短纤维粗纱条进行异步牵伸，然后经其中一个异步捻合点经非对称捻合，形成短纤维组份。
三路异步喂入通道用于接收所述刚性长丝组份、弹性长丝组份、以及短纤维组份，并向另一个异步捻合点进行输送，另一个异步捻合点用于针对三路异步喂入通道所输送的三路组分进行非对称捻合，最终形成所述双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线。
基于上述两路异步牵伸通道、三路异步喂入通道、两个异步捻合点的设计架构，具体的设计装置结构包括plc控制器、异步两通道环锭纺纱装置、前罗拉轴(q1)、第一辅助前罗拉轴(q2)、第二辅助前罗拉轴(q3)、前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)、第一前罗拉过桥齿(11-1)、第二前罗拉过桥齿(11-2)、环锭、钢领板、第一输送轴(x1)、第二输送轴(x2)，以及分别与各罗拉轴、环锭、钢领板、各输送轴一一对应的伺服电机，各罗拉轴、各输送轴、环锭、钢领板分别与对应伺服电机相连。
其中，前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)三者的内径、外径彼此相同，且该三者的内径与前罗拉轴(q1)的外径相适应，前中罗拉(9-3)套设于前罗拉轴(q1)上，且前中罗拉(9-3)与前罗拉轴(q1)之间采用键彼此固定连接；前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)分别套设于前罗拉轴(q1)上、前中罗拉(9-3)的两侧，前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)分别与前罗拉轴(q1)彼此相对转动。
第一前罗拉过桥齿(11-1)的内径与第一辅助前罗拉轴(q2)的外径相适应，第一前罗拉过桥齿(11-1)套设于第一辅助前罗拉轴(q2)上，且第一前罗拉过桥齿(11-1)与第一辅助前罗拉轴(q2)之间采用键彼此固定连接；第二前罗拉过桥齿(11-2)的内径与第二辅助前罗拉轴(q3)的外径相适应，第二前罗拉过桥齿(11-2)套设于第二辅助前罗拉轴(q3)上，且第二前罗拉过桥齿(11-2)与第二辅助前罗拉轴(q3)之间采用键彼此固定连接；第一辅助前罗拉轴(q2)所在直线、第二辅助前罗拉轴(q3)所在直线均与前罗拉轴(q1)所在直线相平行，第一前罗拉过桥齿(11-1)的外周与前左罗拉(9-1)的外周相对接，第一辅助前罗拉轴(q2)转动经第一前罗拉过桥齿(11-1)带动前左罗拉(9-1)以前罗拉轴(q1)所在直线为轴进行转动；第二前罗拉过桥齿(11-2)的外周与前右罗拉(9-2)的外周相对接，第二辅助前罗拉轴(q3)转动经第二前罗拉过桥齿(11-2)带动前右罗拉(9-2)以前罗拉轴(q1)所在直线为轴进行转动。
异步两通道环锭纺纱装置包括后罗拉轴(o4)、第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)、辅助后轴(w1)、中罗拉轴(o6)、中罗拉(6-1)、集合器(m2)，以及分别与各罗拉轴、辅助后轴(w1)一一对应的伺服电机，各罗拉轴、辅助后轴(w1)分别与对应伺服电机相连；其中，第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)两者的内径、外径彼此相同，且该两者的内径与后罗拉轴(o4)的外径相适应，第一后罗拉(4-1)套设于后罗拉轴(o4)上，且第一后罗拉(4-1)与后罗拉轴(o4)之间采用键彼此固定连接；第二后罗拉(4-2)套设于后罗拉轴(o4)上，第二后罗拉(4-2)与后罗拉轴(o4)彼此相对转动，辅助后轴(w1)所在直线与后罗拉轴(o4)所在直线相平行，第二后罗拉(4-2)经同步齿形带与辅助后轴(w1)相对接，第二后罗拉(4-2)在辅助后轴(w1)经同步齿形带的传动下而转动；中罗拉(6-1)内径与中罗拉轴(o6)的外径相适应，中罗拉(6-1)固定套设于中罗拉轴(o6)上。
对于异步多通道环锭纺纱装置来说，在实际的应用当中，亦可以根据实际此位置所处理的对象、即纱条数，而选择相应罗拉位数的结构，如专利号201510141850.8、201510140954.7、201510140466.6,即公开了多组份异同步牵伸调控结构，即实现多路纺纱，所以对于本专利申请文件技术方案中芯纱的纺纱操作而言，亦可以采用多路结构，即获得由多路粗纱条组成的芯纱。
plc控制器与各伺服电机分别对接，基于plc控制器通过各伺服电机分别对各罗拉轴、辅助后轴(w1)、各输送轴、以及环锭、钢领板的控制，两根包缠纱分别经第一输送轴(x1)、第二输送轴(x2)后，分别喂入所述前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)；所述短纤维组份对应的两根短纤维粗纱条分别喂入第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)，然后分别经过第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)的两根短纤维粗纱条经集合器(m2)聚合，并喂入中罗拉(6-1)，即异步两通道环锭纺纱装置中的握持点位置，最后经过握持点位置两根聚合短纤维粗纱条喂入所述前中罗拉(9-3)；然后经过前中罗拉(9-3)的两根聚合短纤维粗纱条与分别经过前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)的两根包缠纱三者聚合、并输入环锭进行加捻，同时应用钢领板进行控制，实现所述双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的获得。
实际应用中，对于分别经过前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)的两根包缠纱三者聚合、并输入环锭进行加捻的过程，进一步设计引入第一导纱钩(d1)、第二导纱钩(d2)、第三导纱钩(d)；所述经过前中罗拉(9-3)的两根聚合短纤维粗纱条保持其移动方向继续输送，所述分别经过前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)的两根包缠纱，分别穿过第一导纱钩(d1)、第二导纱钩(d2)实现向两根聚合短纤维粗纱条输送方向的变向，两根聚合短纤维粗纱条与两根包缠纱三路穿过第三导纱钩(d)聚合、并输入所述环锭进行加捻。
实际应用中对与上述所设计三通道环锭纺纱装置中的电控结构，具体设计还包括分别与各伺服电机一一对应的伺服驱动器和减速机，所述plc控制器分别经各伺服驱动器依次串联对应伺服电机、减速机后，对接受控对象。
综上结构所述，如下图4所示，总计共有八套电驱动装置分别与各罗拉轴、辅助后轴(w1)、环锭、钢领板、各输送轴一一对应，各套电驱动装置分别均包括串联的伺服驱动器、伺服电机、减速机。
上述所设计三通道环锭纺纱装置的结构，对应于上述两路异步牵伸通道、三路异步喂入通道和两个异步捻合点来说，如图1、图2、图3所示，具体如下。
两路异步牵伸通道：由第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)、中罗拉(6-1)、以及前中罗拉(9-3)构成两路异步牵伸通道。
如图1所示，两路异步牵伸通道包括牵伸通道1和牵伸通道2，短纤维粗纱条y1所对应的牵伸通道1，包含牵伸区
如图1所示，短纤维粗纱条y2所对应的牵伸通道2，包含牵伸区
三路异步喂入通道由前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)以三个不同速度将四根纱条喂入第一捻合点c和第二捻合点d，由此构成了三路异步喂入通道。
其中，如图2所示，喂入通道1中：包缠纱1经第一输送轴(x1)、前右罗拉(9-2)输入，通过第二导纱钩(d2)进入第二捻合点d，并与另外两路纱条进行捻合。
如图2所示，喂入通道2中：包缠纱2经第二输送轴(x2)、前左罗拉(9-1)输入，通过第一导纱钩(d1)进入第二捻合点d，并与另外两路纱条进行捻合。
如图1所示，喂入通道3中：分别经牵伸通道1、牵伸通道2异步牵伸后的无捻须条由前中罗拉(9-3)输出，并汇合于第一捻合点c进行一次捻合，捻合后再与另外两路纱条汇合于第二捻合点d，再与另外两路纱条进行捻合。
两个异步捻合点即由前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)分别输出的三路纱条，依次汇聚于第一捻合点c和第二捻合点d，构成异步捻合；其中，在第一捻合点c，由前中罗拉(9-3)输出的两根粗纱须条在环锭加捻力作用下、汇合并加捻成为一根有捻纱条；在第二捻合点d，由前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)分别以不同速度输入的纱条在环锭加捻力作用下、汇聚于第二捻合点d，由此纺制双包缠结构复合纱线。
本实用新型设计三通道环锭纺纱装置所对应的异步牵伸通道、异步喂入通道、以及异步捻合点，在实际应用操作中，结构参数设计如下。
设所喂入两根短纤维粗纱条的线密度分别为ρ1、ρ2，所喂入包缠纱1和包缠纱2的线密度分别为ρx1、ρx2，经异步牵伸、异步喂入和异步捻合后所得复合纱的线密度为ρfy，其中芯纱的体积密度、线密度、直径和捻度分别为γx、ρx、dx、tnx，包缠纱1对芯纱的包缠捻度及包缠角分别为tn1、δb1，包缠纱2对芯纱的包缠捻度及包缠角分别为tn2、δb2，第一前罗拉(9-1)速度、第二前罗拉(9-2)速度、第三前罗拉(9-3)速度、中罗拉(6-1)速度、第一后罗拉(4-1)速度、第二后罗拉(4-2)速度、其中一包缠纱经第一导丝罗拉(x1)的送出速度、另一包缠纱经经第二导丝罗拉(x2)的送出速度，依次为vq1(t)、vq2(t)、vq3(t)、vz(t)、vh1(t)、vh2(t)、vx1(t)、vx2(t)；环锭的转速为nd。则基于所设计三通道环锭纺纱装置的复合纱线的结构参数如下：
芯纱线密度ρy(t)＝[ρ1*vh1(t) ρ2*vh2(t)]/vq3(t)；
直径
捻度
包缠纱1输入速度
包缠纱1对芯纱的包缠角(与轴线的夹角)δb1＝tan-1[π*dx(t)*nd(t))/vq3(t)]；
包缠纱1对芯纱的包缠捻度tn1＝nd(t))/vq3(t)；
包缠纱1的线密度
包缠纱2输入的速度
包缠纱2对芯纱的包缠角(与轴线的夹角)δb2＝tan-1[π*dx(t)*nd(t))/vq3(t)]；
包缠纱2对芯纱的包缠捻度tn2＝nd(t))/vq3(t)；
包缠纱2的线密度
则基于上述所设计三通道环锭纺纱装置的复合纱线的结构参，本实用新型设计了一种针对双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线三通道环锭纺纱装置的控制方法，所述plc控制器根据如下模型：
根据实际需要调控三组份复合纱的线密度ρhy(t)，以及短纤组份混合比ky(t)、刚性长丝与弹性长丝的混合比分别为kx1(t)、kx2(t)，实现复合纱负泊松比系数的可控变化，达到按照实际需要设计复合纱线负泊松比系数或调控复合纱线负泊松比系数按照指定规律变化的目的。
将上述所设计三通道环锭纺纱装置和控制方法，应用于实际当中，诸如下述实施例一和实施例二。
实施例一，如下表1所示，选用金属长丝、玻璃长丝、碳纤维长丝等高模低伸长的刚性长丝作为双包缠结构复合纱的包缠纱1(负泊松比复合纱的第一组份)，且占比小于15％；选用自卷曲短纤、高收缩短纤、高蓬松短纤、棉、羊毛及其混合纤维作为双包缠结构复合纱的芯纱(负泊松比复合纱的第二组份)，且占比大于70％。选用低线密度的氨纶丝、锦纶高弹丝、涤纶低弹丝等低模高伸长的弹性长丝作为双包缠结构复合纱的包缠纱2(负泊松比复合纱的第三组份)，且占比小于15％。
表1
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组分，第一和第三组份以螺旋状包缠在第二组份上构成双包缠结构复合纱；在高拉伸张力条件下，第一组份高模低伸长刚性长丝被拉成直线成为复合纱的芯纱，受此影响第二组份高卷曲高弹性高蓬松短纤纱以螺旋状缠绕在第一组份刚性长丝上成为复合纱的包缠纱，第三组份低模高伸长的弹性长丝则以螺旋状包缠在第一组份上。设第一组份(包缠纱1)的直径为d1，第二组分(芯纱)的直径为d，第三组份(包缠纱2)的直径为d2，取d＝(d1 d2)/2。如果第一组份纱线和第二组份纱线发生结构相转变，则复合纱线的直径由(2*d d)向(2*d d)变化，由此产生拉涨效应，称之为负泊松比纱线。
实施例二，通过调控第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)、中罗拉(6-1)、前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)、及锭子的转速，实现纺制包覆纱对芯纱的包覆比在线变化，进而调控复合纱线的泊松比系数在线变化。
复合纱线的负泊松比是由于在纱线结构相转变导致纱线横向尺寸变化。设芯纱的直径为d，包缠纱1的直径为d1，包缠纱2的直径为d2，取d＝(d1 d2)/2。在低张力条件下复合纱线的外观直径为：(2*d d)，在高张力条件下复合纱线的外观直径为：(2*d d)；则复合纱线的直径变化率为ε＝-(d-d)/(d 2d)。一般纱线的负泊松比系数与直径变化率ε成正相关。如果增大第一组份纱线与第二组分纱线直径的差异值(d-d)，则负泊松比系数大，如果减少第一组份纱线与第二组分纱线直径的差异值(d-d)，则负泊松比系数就小。
利用本实用新型提供的纺纱装置，纺纱过程中第二组分和第三组份纱线的线密度基本不变，而第三组份则可以通过异步牵伸通道调控第二组分纱的线密度和直径的变化，通过大幅度调控第一组份的线密度也即直径的变化来调控第一组份纱线与第二组分纱线直径的差异值(d-d)，从而调控在高张力条件下复合纱线的直径变化率ε＝-(d-d)/(d 2d)，是复合纱的负泊松比系数可以按照指定规律变化。
具体步骤如下：
⑴通过异步牵伸机构调控后罗拉的速度vh1(t)、vh2(t)，以此调控第二组分纱(芯纱)的线密度及直径变化。
如果芯纱(第二组份)原料选用自卷曲纤维生产粗纱定重为4.6克/10米，包缠纱1(第一组份)选用33μ/1f的不锈钢长丝，包缠纱2(第二组分)选用spandex55dex/1f的氨纶长丝，复合纱的捻系数320，使用本专利提供的纺纱机进行纺纱。
设第二组份(芯纱)喂入速度为vq3(t)，基于第一组份(包缠纱1)喂入速度vq1(t)和第三组份(芯纱)喂入速度vq2(t)，则在不同时刻，通过plc调控纺纱参数得到复合纱线的参数及各组分直径如下表2和表3所示。
表2
表3
上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。
1.一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线，其特征在于：包括高模低伸长的刚性长丝组份、低模高伸长的弹性长丝组份、以及高卷曲高蓬松的短纤维组份；在低张力条件下，短纤维组份作为芯纱、并呈直线状，刚性长丝组份作为第一包缠纱、以螺旋状对芯纱进行第一层次包缠，弹性长丝组份作为第二包缠纱、以螺旋状对芯纱进行第二层次包缠，即构成双层包缠结构的三组份复合纱线；以及在高张力条件下，刚性长丝组份由原来的螺旋状被拉伸为直线状、转换作为芯纱，短纤维组份由原来的直线状被挤压成螺旋状、包缠在刚性长丝组份的外围、转换为第一层次包缠纱，弹性长丝组份仍以第二包缠纱、保持原有螺旋状结构包缠在刚性长丝组份的外围。
2.根据权利要求1所述一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线，其特征在于：所述复合纱线内部刚性长丝组份、弹性长丝组分和短纤维组份的比例，随短纤维组份线密度的变化而变化，即实现所述复合纱线负泊松比系数的控制。
3.一种针对权利要求1或2所述一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，其特征在于：包括两路异步牵伸通道、三路异步喂入通道和两个异步捻合点；其中，两路异步牵伸通道用于接收所述短纤维组份对应的预设两根短纤维粗纱条，并对两根短纤维粗纱条进行异步牵伸，然后经其中一个异步捻合点经非对称捻合，形成短纤维组份；
三路异步喂入通道用于接收所述刚性长丝组份、弹性长丝组份、以及短纤维组份，并向另一个异步捻合点进行输送，另一个异步捻合点用于针对三路异步喂入通道所输送的三路组分进行非对称捻合，最终形成所述双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线。
4.根据权利要求3所述一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，其特征在于：包括plc控制器、异步两通道环锭纺纱装置、前罗拉轴(q1)、第一辅助前罗拉轴(q2)、第二辅助前罗拉轴(q3)、前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)、第一前罗拉过桥齿(11-1)、第二前罗拉过桥齿(11-2)、环锭、钢领板，以及分别与各罗拉轴、环锭、钢领板一一对应的伺服电机，各罗拉轴、环锭、钢领板分别与对应伺服电机相连；其中，前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)、前中罗拉(9-3)三者的内径、外径彼此相同，且该三者的内径与前罗拉轴(q1)的外径相适应，前中罗拉(9-3)套设于前罗拉轴(q1)上，且前中罗拉(9-3)与前罗拉轴(q1)之间采用键彼此固定连接；前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)分别套设于前罗拉轴(q1)上、前中罗拉(9-3)的两侧，前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)分别与前罗拉轴(q1)彼此相对转动；
第一前罗拉过桥齿(11-1)的内径与第一辅助前罗拉轴(q2)的外径相适应，第一前罗拉过桥齿(11-1)套设于第一辅助前罗拉轴(q2)上，且第一前罗拉过桥齿(11-1)与第一辅助前罗拉轴(q2)之间采用键彼此固定连接；第二前罗拉过桥齿(11-2)的内径与第二辅助前罗拉轴(q3)的外径相适应，第二前罗拉过桥齿(11-2)套设于第二辅助前罗拉轴(q3)上，且第二前罗拉过桥齿(11-2)与第二辅助前罗拉轴(q3)之间采用键彼此固定连接；第一辅助前罗拉轴(q2)所在直线、第二辅助前罗拉轴(q3)所在直线均与前罗拉轴(q1)所在直线相平行，第一前罗拉过桥齿(11-1)的外周与前左罗拉(9-1)的外周相对接，第一辅助前罗拉轴(q2)转动经第一前罗拉过桥齿(11-1)带动前左罗拉(9-1)以前罗拉轴(q1)所在直线为轴进行转动；第二前罗拉过桥齿(11-2)的外周与前右罗拉(9-2)的外周相对接，第二辅助前罗拉轴(q3)转动经第二前罗拉过桥齿(11-2)带动前右罗拉(9-2)以前罗拉轴(q1)所在直线为轴进行转动；
plc控制器与各伺服电机分别对接，基于plc控制器通过各伺服电机分别对各罗拉轴、以及环锭、钢领板的控制，两根包缠纱分别喂入前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)；异步两通道环锭纺纱装置中不包括环锭，所述短纤维组份对应的两根短纤维粗纱条通过异步两通道环锭纺纱装置聚合、并由其中握持点位置输出喂入前中罗拉(9-3)；然后经过前中罗拉(9-3)的两根聚合短纤维粗纱条与分别经过前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)的两根包缠纱三者聚合、并输入环锭进行加捻，同时应用钢领板进行控制，实现所述双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的获得。
5.根据权利要求4所述一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，其特征在于：异步两通道环锭纺纱装置包括后罗拉轴(o4)、第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)、辅助后轴(w1)、中罗拉轴(o6)、中罗拉(6-1)、集合器(m2)，以及分别与各罗拉轴、辅助后轴(w1)一一对应的伺服电机，各罗拉轴、辅助后轴(w1)分别与对应伺服电机相连；
其中，第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)两者的内径、外径彼此相同，且该两者的内径与后罗拉轴(o4)的外径相适应，第一后罗拉(4-1)套设于后罗拉轴(o4)上，且第一后罗拉(4-1)与后罗拉轴(o4)之间采用键彼此固定连接；第二后罗拉(4-2)套设于后罗拉轴(o4)上，第二后罗拉(4-2)与后罗拉轴(o4)彼此相对转动，辅助后轴(w1)所在直线与后罗拉轴(o4)所在直线相平行，第二后罗拉(4-2)经同步齿形带与辅助后轴(w1)相对接，第二后罗拉(4-2)在辅助后轴(w1)经同步齿形带的传动下而转动；中罗拉(6-1)内径与中罗拉轴(o6)的外径相适应，中罗拉(6-1)固定套设于中罗拉轴(o6)上；
plc控制器与各伺服电机分别对接，基于plc控制器通过各伺服电机分别对各罗拉轴、辅助后轴(w1)的控制，所述短纤维组份对应的两根短纤维粗纱条分别喂入第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)，然后分别经过第一后罗拉(4-1)、第二后罗拉(4-2)的两根短纤维粗纱条经集合器(m2)聚合，并喂入中罗拉(6-1)，即握持点位置，最后经过握持点位置两根聚合短纤维粗纱条喂入所述前中罗拉(9-3)。
6.根据权利要求4所述一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，其特征在于：还包括第一导纱钩(d1)、第二导纱钩(d2)、第三导纱钩(d)；所述经过前中罗拉(9-3)的两根聚合短纤维粗纱条保持其移动方向继续输送，所述分别经过前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)的两根包缠纱，分别穿过第一导纱钩(d1)、第二导纱钩(d2)实现向两根聚合短纤维粗纱条输送方向的变向，两根聚合短纤维粗纱条与两根包缠纱三路穿过第三导纱钩(d)聚合、并输入所述环锭进行加捻。
7.根据权利要求4所述一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，其特征在于：还包括第一输送轴(x1)、第二输送轴(x2)，以及分别与各输送轴一一对应的伺服电机，各输送轴分别与对应伺服电机相连；其中，plc控制器与各伺服电机分别对接，基于plc控制器通过各伺服电机分别对各输送轴的控制，所述两根包缠纱分别经第一输送轴(x1)、第二输送轴(x2)后，分别喂入所述前左罗拉(9-1)、前右罗拉(9-2)。
8.根据权利要求4至7中任意一项所述一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，其特征在于：还包括分别与各伺服电机一一对应的伺服驱动器，所述plc控制器分别经各伺服驱动器、与对应伺服电机对接。
9.根据权利要求8所述一种双层包缠结构负泊松比的三组份复合纱线的三通道环锭纺纱装置，其特征在于：还包括分别与各伺服电机一一对应的减速机，所述plc控制器分别经各伺服驱动器依次串联对应伺服电机、减速机后，对接受控对象。
技术总结