CN104195674A - 一种储能氨纶纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种储能氨纶纤维及其制备方法，由包皮和芯部组合而成，纤维截面为实心，芯部占纤维的质量百分比为70～80％，包皮占纤维的质量百分比为20～30％；该氨纶纤维的制造方法为：1.按所述配方比例制造储能氨纶纤维芯部的纺丝原液；2.按所述的比例制造储能氨纶纤维包皮的纺丝原液；3.通过干法纺丝的设备和工艺，即可得到所述的储能氨纶纤维。本发明氨纶纤维具有调节人体温度的功能，在人体温度升高时吸收热量，在人体温度降低时释放热量，从而提高服用舒适性；此外，使用性能优良，能满足对手织物在纺、织、染、整过程中的要求。
Description
技术领域
本发明涉及功能性化学纤维及其制造方法技术，具体为一种储能氨纶纤维的制备方法技术。
背景技术
氨纶是一种聚氨酯弹性纤维，是提升面料品质的关键因素之一，其在面料中的应用范围在不断拓展，其在面料中的含量在不断增加。与天然纤维相比，化学纤维具有很多优点，化学纤维通过改性可以具备很多功能，这是天然纤维望尘莫及的。衣物终日与人相伴，其舒适性直接影响生活的品质，面料的功能性显得尤为重要。而面料的功能性必须通过纤维的功能性来达到目的。一种储能氨纶纤维是消费者梦寐以求的，不仅提升面料的品质，更重要的是具备空调功能、让皮肤感觉爽滑、舒适，改善生活品质。该种储能氨纶纤维在皮肤大量释放热量时吸收热量并将热量存储在纤维内，降低体表温度，减少汗液的产生，在体表温度较低时，将存储的热量释放出来，保持体温。
目前关于储能氨纶纤维生产方面的专利技术及文献较少，因此，需要开发一种生产储能氨纶纤维的新技术，以满足氨纶纤维制造技术及服装领域发展的需要。
发明内容
技术问题：本发明拟解决的技术问题是设计一种储能氨纶纤维的制造方法。该制造方法的实施过程稳定，制备的氨纶纤维具备储能功能，制备的面料舒适、耐用。该储能氨纶纤维制造工艺成熟，不需要特殊设备，便于工业化实施。
技术方案：本发明的一种储能氨纶纤维，由包皮和芯部组合而成，该纤维截面为白皮黑芯的实心结构，芯部占纤维的质量百分比为70～80％，包皮占纤维的质量百分比为20～30％；
其芯部材料的质量百分比配方为：
改性碳海绵 5～20％，
聚氨酯类成纤聚合物 79.7～94.5％，
抗氧剂 0.3～0.5％；
其包皮质量百分比配方为：
所述的聚氨酯类成纤聚合物是采用溶液聚合制备的聚氨酯的N，N-二甲基乙酰胺溶液。
所述的碳海绵的粒径均为0.5～1.0μm。
本发明的储能氨纶纤维的制造方法按以下工艺进行：
芯部纺丝原液的制造方法为：
1.1)干燥碳海绵，在100～120℃下干燥4～6小时；
1.2)将步骤1)处理过的碳海绵置于不锈钢釜中，抽真空至0.1个标准大气压以下，温度70～90℃，向不锈钢釜中注入石蜡液浸渍碳海绵，施加0.3～0.5MPa的气压，保压0.5～1.5小时，制得改性碳海绵；
1.3)制备聚氨酯类成纤聚合物溶液：将二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.6～1.8在70～90℃下预聚合30～45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40～50％的预聚物溶液；将扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，胺类占成纤聚合物的质量比为1.0～2.0％，溶液的质量百分比浓度为33～35％；
1.4)将步骤1.2)制得的改性碳海绵加入到步骤1.3)制备的聚氨酯类成纤聚合物溶液中，储存24～36小时，熟化完全，配制成质量百分比浓度为33～35％的含改性碳海绵的纺丝原液，以备纺制芯部材料时使用；
包皮纺丝原液的制造方法为：
2.1)制备聚氨酯类成纤聚合物溶液：将二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.6～1.8在70～90℃下预聚合30～45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40～50％的预聚物溶液；将扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，胺类占成纤聚合物的质量比为1.0～2.0％，溶液的质量百分比浓度为33～35％；
2.2)制备助剂浆料：将抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为33～35％，其中抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑，抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷，润滑剂为硬脂酸镁，消光剂为二氧化钛；
2.3)将步骤2.1)制备的成纤聚合物溶液与步骤2.2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存24～36小时，熟化完全，得到包皮纺丝原液，以备纺制包皮时使用；
扩链剂为乙二胺、丙二胺或戊二胺的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为4.0～5.0％；
干法纺丝：采用喷丝板组合件，将含改性碳海绵的纺丝原液从喷丝板组合件的空心针挤出，溶剂挥发后成为储能氨纶纤维的芯部；不含改性碳海绵的包皮纺丝原液从喷丝板组合件挤压孔挤出将将储能氨纶纤维的芯部包住，溶剂挥发后成为储能氨纶纤维。
芯部与包皮组合在一起，即制得一种储能氨纶纤维，其截面为白皮黑芯。
有益效果：本发明通过利用特殊的工艺配方以及特殊的纺丝加工方法，制备的氨纶纤维具备吸热放热功能，如同空调一般调节体表温度，使肌肤倍感爽滑、舒适改善体表微环境，有利于人体健康。经复合纺丝技术，所制得的氨纶尺寸稳定，且外观如同普通纤维，应用范围更加广泛。利用碳海绵特殊的吸油能力将石蜡锁在碳海绵内，另外石蜡具备储能的功能，而碳海绵具备优良的导热功能，将二者组合即形成一套优良的储能系统，该储能系统具备良好的吸热放热功能。所制得的氨纶纤维均一性好，悬垂性优良，提高织物的档次。本发明制造工艺成熟，对设备没有特殊要求，工业化实施容易，便于推广。
具体实施方式
一种储能氨纶纤维，由包皮和芯部组合而成，芯部占纤维的质量百分比为70～80％，包皮占纤维的质量百分比为20～30％；
其芯部材料的质量百分比配方为：
改性碳海绵 5～20％，
聚氨酯类成纤聚合物 79.7～94.5％；
抗氧剂 0.3～0.5％；
其包皮质量百分比配方为：
所述的碳海绵的粒径均为0.5～1.0μm；所述的抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑；抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷，润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛。
实施例1：
第一步：芯部的纺丝原液制备
1)干燥碳海绵，在100℃下干燥4～6小时；
2)将步骤1)处理过的碳海绵置于不锈钢釜中，抽真空至0.05个标准大气压，温度℃，向不锈钢釜中注入石蜡液浸渍碳海绵，施加0.5MPa的气压，保压1.5小时，制得改性碳海绵；
3)将步骤2)的改性碳海绵加入到聚氨酯类成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液中，改性碳海绵占成纤聚合物的质量百分比为5％，储存36小时，熟化完全，配制成质量百分比浓度为35％的纺丝原液，以备纺制芯部时使用；
第二步：包皮的纺丝原液制备
1)制备成纤聚合物：二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.8在90℃下预聚合45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40％的溶液；扩链剂为乙二胺、丙二胺、戊二胺等的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为5.0％；扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，溶液的质量百分比浓度为35％；
2)制备助剂浆料：抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、成纤聚合物溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为35％，其中抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷、润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛；
3)将步骤1)制备的成纤聚合物溶液与步骤2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存36小时，熟化完全，以备纺制包皮时使用。
第三步：干法纺丝
采用喷丝板组合件，含改性碳海绵的纺丝原液从喷丝板组合件的空心针挤出，溶剂挥发后成为纤维的芯部；不含改性碳海绵的纺丝原液从喷丝板组合件挤压孔挤出，溶剂挥发后成为纤维的包皮。纺丝条件：
a.风量：上进/上回/下回＝0.65/0.35/0.28；b.温度(℃)：上甬/中甬/下甬＝260/245/200；c.纺丝速度：800m/min。
芯部与包皮组合在一起，即制得一种储能氨纶纤维，其截面为白皮黑芯。
将该氨纶制成衣物，穿着后进行剧烈运动，体表的温度在34～35℃。
实施例2：
第一步：芯部的纺丝原液制备
1)干燥碳海绵，在100℃下干燥4～6小时；
2)将步骤1)处理过的碳海绵置于不锈钢釜中，抽真空至0.05个标准大气压，温度℃，向不锈钢釜中注入石蜡液浸渍碳海绵，施加0.5MPa的气压，保压1.5小时，制得改性碳海绵；
3)将步骤2)的改性碳海绵加入到聚氨酯类成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液中，改性碳海绵占成纤聚合物的质量百分比为10％，储存36小时，熟化完全，配制成质量百分比浓度为35％的纺丝原液，以备纺制芯部时使用；
第二步：包皮的纺丝原液制备
1)制备成纤聚合物：二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.8在90℃下预聚合45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40％的溶液；扩链剂为乙二胺、丙二胺、戊二胺等的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为5.0％；扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，溶液的质量百分比浓度为35％；
2)制备助剂浆料：抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、成纤聚合物溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为35％，其中抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷、润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛；
3)将步骤1)制备的成纤聚合物溶液与步骤2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存36小时，熟化完全，以备纺制包皮时使用。
第三步：干法纺丝
采用喷丝板组合件，含改性碳海绵的纺丝原液从喷丝板组合件的空心针挤出，溶剂挥发后成为纤维的芯部；不含改性碳海绵的纺丝原液从喷丝板组合件挤压孔挤出，溶剂挥发后成为纤维的包皮。纺丝条件：
a.风量：上进/上回/下回＝0.65/0.35/0.28；b.温度(℃)：上甬/中甬/下甬＝260/245/200；c.纺丝速度：800m/min。
芯部与包皮组合在一起，即制得一种储能氨纶纤维，其截面为白皮黑芯。
将该氨纶制成衣物，穿着后进行剧烈运动，体表的温度在32～33℃。
实施例3：
第一步：芯部的纺丝原液制备
1)干燥碳海绵，在100℃下干燥4～6小时；
2)将步骤1)处理过的碳海绵置于不锈钢釜中，抽真空至0.05个标准大气压，温度℃，向不锈钢釜中注入石蜡液浸渍碳海绵，施加0.5MPa的气压，保压1.5小时，制得改性碳海绵；
3)将步骤2)的改性碳海绵加入到聚氨酯类成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液中，改性碳海绵占成纤聚合物的质量百分比为15％，储存36小时，熟化完全，配制成质量百分比浓度为35％的纺丝原液，以备纺制芯部时使用；
第二步：包皮的纺丝原液制备
1)制备成纤聚合物：二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.8在90℃下预聚合45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40％的溶液；扩链剂为乙二胺、丙二胺、戊二胺等的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为5.0％；扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，溶液的质量百分比浓度为35％；
2)制备助剂浆料：抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、成纤聚合物溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为35％，其中抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷、润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛；
3)将步骤1)制备的成纤聚合物溶液与步骤2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存36小时，熟化完全，以备纺制包皮时使用。
第三步：干法纺丝
采用喷丝板组合件，含改性碳海绵的纺丝原液从喷丝板组合件的空心针挤出，溶剂挥发后成为纤维的芯部；不含改性碳海绵的纺丝原液从喷丝板组合件挤压孔挤出，溶剂挥发后成为纤维的包皮。纺丝条件：
a.风量：上进/上回/下回＝0.65/0.35/0.28；b.温度(℃)：上甬/中甬/下甬＝260/245/200；c.纺丝速度：800m/min。
芯部与包皮组合在一起，即制得一种储能氨纶纤维，其截面为白皮黑芯。
将该氨纶制成衣物，穿着后进行剧烈运动，体表的温度在30～31℃。
对比例1：
第一步：纺丝原液制备
1)制备成纤聚合物：二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.8在90℃下预聚合45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40％的溶液；扩链剂为乙二胺、丙二胺、戊二胺等的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为5.0％；扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，溶液的质量百分比浓度为35％；
2)制备助剂浆料：抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、成纤聚合物溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为35％，其中抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷、润滑剂为硬脂酸镁、消光剂为二氧化钛；
3)将步骤1)制备的成纤聚合物溶液与步骤2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存36小时，熟化完全，以备纺制包皮时使用。
第二步：干法纺丝
采用普通喷丝板，纺丝条件如下：
a.风量：上进/上回/下回＝0.65/0.35/0.28；b.温度(℃)：上甬/中甬/下甬＝260/245/200；c.纺丝速度：800m/min。
即制得普通的氨纶纤维。
将该氨纶制成衣物，穿着后进行剧烈运动，体表的温度在38～39℃。
Claims (5)
1.一种储能氨纶纤维，由包皮和芯部组合而成，其特征在于该纤维截面为白皮黑芯的实心结构，芯部占纤维的质量百分比为70～80％，包皮占纤维的质量百分比为20～30％；其芯部材料的质量百分比配方为：
改性碳海绵 5～20％，
聚氨酯类成纤聚合物 79.7～94.5％，
抗氧剂 0.3～0.5％；
其包皮质量百分比配方为：
2.根据权利要求1所述的储能氨纶纤维，其特征在于所述的聚氨酯类成纤聚合物是采用溶液聚合制备的聚氨酯的N，N-二甲基乙酰胺溶液。
3.根据权利要求1所述的储能氨纶纤维，其特征在于所述的碳海绵的粒径均为0.5～1.0μm。
4.一种如权利要求1或2所述的储能氨纶纤维的制造方法，其特征在于该制造方法按以下工艺进行：
芯部纺丝原液的制造方法为：
1.1)干燥碳海绵，在100～120℃下干燥4～6小时；
1.2)将步骤1)处理过的碳海绵置于不锈钢釜中，抽真空至0.1个标准大气压以下，温度70～90℃，向不锈钢釜中注入石蜡液浸渍碳海绵，施加0.3～0.5MPa的气压，保压0.5～1.5小时，制得改性碳海绵；
1.3)制备聚氨酯类成纤聚合物溶液：将二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.6～1.8在70～90℃下预聚合30～45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40～50％的预聚物溶液；将扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，胺类占成纤聚合物的质量比为1.0～2.0％，溶液的质量百分比浓度为33～35％；
1.4)将步骤1.2)制得的改性碳海绵加入到步骤1.3)制备的聚氨酯类成纤聚合物溶液中，储存24～36小时，熟化完全，配制成质量百分比浓度为33～35％的含改性碳海绵的纺丝原液，以备纺制芯部材料时使用；
包皮纺丝原液的制造方法为：
2.1)制备聚氨酯类成纤聚合物溶液：将二异氰酸酯与聚四氢呋喃二醇的摩尔比为1.6～1.8在70～90℃下预聚合30～45min，预聚合完成后，向预聚物中添加N，N-二甲基乙酰胺溶剂制成质量百分比浓度为40～50％的预聚物溶液；将扩链剂添加到预聚物溶液中扩链，扩链后即制得成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，胺类占成纤聚合物的质量比为1.0～2.0％，溶液的质量百分比浓度为33～35％；
2.2)制备助剂浆料：将抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂、消光剂、成纤聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的浆料的质量百分比浓度为33～35％，其中抗紫外剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑，抗氧剂为双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷，润滑剂为硬脂酸镁，消光剂为二氧化钛；
2.3)将步骤2.1)制备的成纤聚合物溶液与步骤2.2)制备的助剂浆料在搅拌设备中分散均匀，储存24～36小时，熟化完全，得到包皮纺丝原液，以备纺制包皮时使用；
采用喷丝板组合件，将含改性碳海绵的纺丝原液从喷丝板组合件的空心针挤出，溶剂挥发后成为储能氨纶纤维的芯部；不含改性碳海绵的包皮纺丝原液从喷丝板组合件挤压孔挤出将将储能氨纶纤维的芯部包住，溶剂挥发后成为储能氨纶纤维。
5.根据权利要求4所述的储能氨纶纤维的制造方法，其特征在于所述扩链剂为乙二胺、丙二胺或戊二胺的N，N-二甲基乙酰胺溶液，质量百分比浓度为4.0～5.0％。
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