CN107868984B - 一种特种功能纺织纤维的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特种功能纺织纤维的制备方法，所述特种功能纺织纤维包括功能器件以及包覆在所述功能器件外周面的高分子材料纤维层，它包括以下步骤：（a）将高分子材料制作成预制棒，对所述预制棒进行加工使其内部形成中空腔体，向所述中空腔体内填充功能材料形成所述功能器件后封端；或者，将高分子材料软化后与功能器件在模具里复合，并经挤出成型使在所述功能器件外周面形成所述高分子材料纤维层；（b）对步骤（a）得到的预制棒进行拉伸得特种功能纺织纤维。这样能够对功能材料分布进行结构控制，可以有效的提高其功能效果，同时可以节省功能原材料，有效降低成本；而且可以有效的解决以往制备的纤维耐用性不高、纤维功能性效率低下的问题。

Description

一种特种功能纺织纤维的制备方法

技术领域

本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种特种功能纺织纤维的制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步和生产力的提高，人们的生活水平也逐渐的提高。对于功能性纺织品的需求，其市场规模越来越大。功能性纺织品的生产主要分为两种：一种是采用后整理技术，赋予面料一些特殊的功能，如单面导湿面料、防紫外面料、抗菌面料等；另一种是对纤维进行改性处理，如抗菌纤维、抗紫外纤维等，然而采用上述方法制得的特种功能纺织纤维耐用性不是很好。需要研发新的特种功能纺织纤维的制备方法，以解决纤维耐用性不高、纤维功能性效率低下的问题。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种特种功能纺织纤维的制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种特种功能纺织纤维的制备方法，所述特种功能纺织纤维包括功能器件以及包覆在所述功能器件外周面的高分子材料纤维层，所述方法包括以下步骤：

（a）制作功能预制棒：将高分子材料制成棒状，并对其进行加工使其内部形成中空腔体，向所述中空腔体内填充功能材料形成所述功能器件后封端得到所述预制棒；或者，将高分子材料软化后与功能器件在模具里复合，并经挤出成型使在所述功能器件外周面形成所述高分子材料纤维层，即为预制棒；

（b）对步骤（a）得到的预制棒进行拉伸得特种功能纺织纤维。

优化地，步骤（a）中，通过将所述高分子材料的熔体经模具挤出成型获得棒状的高分子材料。

优化地，所述功能器件的轴心线与所述高分子纤维材料层或所述预制棒的轴心线相平行或者相重合。

优化地，步骤（b）中，所述拉伸为局部加热拉伸。

进一步地，步骤（b）中，所述拉伸为：将步骤（a）得到的预制棒送入炉膛，加热使其端部受热软化并靠自身重力从喷嘴中流出，随后经牵引绕至卷绕设备上进行卷绕收料。

更进一步地，步骤（b）中，所述预制棒直径与所述特种功能纺织纤维直径满足式（1）的关系，

D=d

（1）；

式中，D为预制棒的直径，d为特种功能纺织纤维的直径，V₁为卷绕速度，V₂为预制棒的送入速度。

优化地，步骤（a）中，所述功能材料为选自电致变色材料、光致变色材料、导电材料、热致变色材料、荧光发光材料和红外辐射材料中的一种或多种组成的混合物。所述的功能器件为电致变色器件、光致变色材料、导电器件、热致变色器件、荧光发光器件和红外辐射器件。

进一步地，当所述功能材料包含电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料或荧光发光材料时，所述预制棒或所述高分子材料纤维层为透明材质。

优化地，步骤（a）中，在形成中空腔体的加工过程中，向所述中空腔体中通入惰性气体以维持所述预制棒的内外结构。

优化地，步骤（a）中，所述预制棒的横截面呈圆形、方形、三角形或椭圆形。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明特种功能纺织纤维的制备方法，通过在高分子材料制成的预制棒内开设中空腔体，向其内填充功能材料后拉伸得特种功能纺织纤维；或者将高分子材料软化后与功能器件在模具里复合以在功能器件外周面形成高分子材料纤维层，这样能够对功能材料分布进行结构控制，可以有效的提高其功能效果，同时可以节省功能原材料，有效降低成本；而且可以有效的解决以往制备的纤维耐用性不高、纤维功能性效率低下的问题；制得的特种功能纺织纤维能应用于民用智能服装和军事伪装等。

附图说明

附图1为实施例1中特种功能纺织纤维的结构示意图；

附图2为实施例2中特种功能纺织纤维的结构示意图；

附图3为特种功能纺织纤维拉伸设备的结构示意图；

附图4为实施例3中特种功能纺织纤维的结构示意图；

附图5为实施例3中特种功能纺织纤维中功能器件的结构示意图。

具体实施方式

本发明特种功能纺织纤维的制备方法，所述特种功能纺织纤维包括功能器件以及包覆在所述功能器件外周面的高分子材料纤维层，它包括以下步骤：（a）将高分子材料制作成预制棒，对所述预制棒进行加工使其内部形成中空腔体，向所述中空腔体内填充功能材料形成所述功能器件后封端；或者，将高分子材料软化后与功能器件在模具里复合，并经挤出成型使在所述功能器件外周面形成所述高分子材料纤维层；（b）对步骤（a）得到的预制棒进行拉伸得特种功能纺织纤维。这样能够对功能材料分布进行结构控制，可以有效的提高其功能效果，同时可以节省功能原材料，有效降低成本；而且可以有效的解决以往制备的纤维耐用性不高、纤维功能性效率低下的问题。

步骤（a）中，所述预制棒（后续形成高分子材料纤维层）是将所述高分子材料的熔体经模具挤出成型制得，即预制棒是采用模具法挤压成型工艺制得。预制棒或高分子材料纤维层的形状根据模具的形状设定，可以是非圆形（如横截面呈方形、三角形或椭圆形等常规形状）和圆形；优先为圆形，可以保证受热均匀，有利于产品结构的一致性。高分子材料可以采用PET、聚乙烯、聚氯乙烯等常规的高分子材料。所述功能器件的轴心线与所述高分子纤维材料层或所述预制棒的轴心线相平行或者相重合。步骤（b）中，中空腔体优选为贯穿所述预制棒且轴心线与预制棒轴心线相平行或相重合的中空结构，因此可以向该中空腔体中通入惰性气体以维持预制棒的内外结构。

步骤（b）中，所述拉伸为局部加热拉伸（加热的温度根据预制棒材料的熔点进行选择），这样可以控制预制棒内部的结构按一定的比例缩小，在一定范围内控制预制棒的拉长变细，获得想要的效果。所述拉伸为：将步骤（a）得到的产品送入炉膛，加热使其端部受热软化并靠自身重力从喷嘴中流出，随后经牵引绕至卷绕设备上进行卷绕收料。所述预制棒直径与所述特种功能纺织纤维直径满足式（1）的关系，D=d

（1）；式中，D为预制棒的直径，d为特种功能纺织纤维的直径，V₁为卷绕速度，V₂为预制棒的送入速度。

步骤（b）中，所述功能材料为选自电致变色材料、光致变色材料、导电材料、热致变色材料、荧光发光材料和红外辐射材料中的一种或多种组成的混合物，使得制得的纤维具有对应的功能。如电致变色材料可以采用常规的有机电致变色材料（有机聚苯胺、聚噻吩或聚吡咯及其衍生物等）或无机变色材料（无机氧化钨、氧化镍或五氧化二钒等）；光致变色材料可以选用常规的有机偶氮苯类化合物或无机卤化物等；导电材料可以选用碳粉、乙炔黑、银纳米线、碳纳米管、石墨烯、导电高分子材料等常规导电材料；热致变色材料可以选用螺旋类、双蒽酮类、希夫碱类等材料；荧光发光材料可以选用Y₂O₃、Eu₂O₃、Gd₂O₃、La₂O₃、Tb₄O₇等稀土氧化物；红外辐射材料可以选用太极石粉末、远红外陶瓷粉体等。预制棒材料与其内的功能材料需要进行优化选择，例如当功能材料包含电致变色材料、光致变色材料、热致变色材料或荧光发光材料时，预制棒材料应选择透明度高的材料（如PET等），这样才能体现功能效果。上述特种功能纺织纤维采用常规的方法编织可形成能应用于民用智能服装和军事伪装等的纺织品。

下面将结合附图实施例对本发明进行进一步说明。

实施例1

本实施例提供一种特种功能纺织纤维（导电纤维）的制备方法，它包括以下步骤：

（a）采用现有技术，将PET材料经模具挤出成型制得预制棒20’’，其具有较高的透明度，有利于观察其内部结构的分布；将PET预制棒20’’进行钻孔、打磨等机械加工，使其中部形成中空结构（中空结构的直径为1~2mm，如图1所示），随后向其内填入导电碳粉（比表面积 36 m²/g、比电阻2.3×10^-1 Ωm、比重1.8、粒径小于25nm、纯度99.9%）、压实形成功能器件10’’，两端用树脂封住；

（b）采用如图3所示的设备进行拉伸成型，具体为：将预制棒20’’固定好后送入炉膛1，控制加热升温至250℃左右，待预制棒20’’的尖端受热软化，并靠自身重力从炉膛1底部的喷嘴中流出而进行加热拉丝，把滴下来的一头绕过张力轮、牵引轮2，最后绕在卷绕设备3上进行卷绕收料制备出需要的特种功能纺织纤维；特种功能纺织纤维的直径满足D=d

（1），式中，D为预制棒20’’的直径，d为特种功能纺织纤维的直径，V₁为卷绕速度，V₂为预制棒20’’的送入速度，因此通过调节卷绕速度和预制棒20’’的送入速度即可实现对特种功能纺织纤维直径的调节。

实施例2

本实施例提供一种特种功能纺织纤维（远红外保健纤维）的制备方法，它包括以下步骤：

（a）采用现有技术，将PET材料经模具挤出成型制得预制棒20’，其具有较高的透明度，有利于观察其内部结构的分布；将PET预制棒20’进行钻孔、打磨等机械加工，使其中部形成相互平行的多个中空结构（每个中空结构的直径为1~2mm，如图2所示），随后向其内填入太极石远红外粉体（太极石粉体的粒径约为100nm；其制备方法为：对太极石矿物在1000℃左右进行煅烧，自然冷却后研磨得到太极石远红外粉体）、压实形成功能器件10’，两端用树脂封住；

（b）采用如图3所示的设备进行拉伸成型，具体为：将预制棒20’固定好后送入炉膛1，控制加热升温至250℃左右，待预制棒20’的尖端受热软化，并靠自身重力从炉膛1底部的喷嘴中流出而进行加热拉丝，把滴下来的一头绕过张力轮、牵引轮2，最后绕在卷绕设备3上进行卷绕收料制备出需要的特种功能纺织纤维。

实施例3

如图4和图5所示，本实施例提供特种功能纺织纤维，它主要包括功能器件10（即电致变色器件）和高分子纤维材料层20。

其中，功能器件10（即电致变色器件）至少有一根，它包括由内向外依次设置的第一柔性基底101、第一导电层102、电致变色层103、电解质层104、第二导电层105以及第二柔性基底106，即第一导电层102形成在第一柔性基底101的外表面上，电致变色层103形成在第一导电层102的外表面上，电解质层104形成在电致变色层103的外表面上，第二导电层105形成在电解质层104的外表面上，第二柔性基底106形成在第二导电层105的外表面上，形成由内向外依次包覆的结构；或者它包括依次层叠设置的第一柔性基底101、第一导电层102、电致变色层103、电解质层104、第二导电层105以及第二柔性基底106（如图2所示）；当变色器件10有多根并且依次堆叠时可以使得着色的效果更加均匀、颜色更加鲜明且对比度更高。变色器件10的形状也不限于为长方体结构，可以是正方体、圆柱体等常规结构。高分子纤维材料层20覆设在功能器件10的表面，使得功能器件10称为其芯层，其整体形状也不限于柱形，可以是长方体等常规的异形结构，高分子纤维材料层20与功能器件10的Tg相差不大，保证加热拉升过程中，高分子纤维材料层20不会与功能器件10外部材料脱离，两种材料之间的相容性要好，可以和第一柔性基底101、第二柔性基底106的材料一样。在本实施例中，第一柔性基底101和第二柔性基底106为透明度高的柔性膜，如可以相互独立地为尼龙、PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯，优选）、聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。第一导电层102和第二导电层105为透明度高的导电层，如可以相互独立地为铝层、金层、铂层、银层或ITO层。电致变色层103的材质为WO₃、V₂O₅等无机电致变色材料，也可以为聚苯胺、聚噻吩等导电聚合物或其衍生，其的厚度为50~400nm，优选为200nm。电解质层104为凝胶电解质层或固态电解质层，其电导率＞10^-6 S/cm；如具体为LiClO₄和PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）组成的混合物，或含锂的液晶UV胶等；封装时直接涂覆在电致变色层103和第二导电层105之间，层压封装或在UV下固化成电致变色器件。在本实施例中，第一导电层102通过磁控溅射或电子束蒸发沉积在第一柔性基底101表面；第二导电层105通过磁控溅射或电子束蒸发沉积在第二柔性基底106表面；电致变色层103通过磁控溅射、电化学沉积或化学氧化法沉积在所述第一导电层102表面。

上述柔性电致变色纤维的制备可以采用异形材加工方法：将功能器件10作为芯层，在模具中与高分子材料复合，然后取出再进行加工（通常是热拉伸）即可；热拉伸时采取局部加热拉伸的方法可以控制其内部的结构按一定的比例缩小，在一定范围内控制高分子纤维材料层20的拉长变细，获得想要的效果。具体包括以下步骤：

（a）柔性电致变色器件的制备：采用柔性透明度高的PET为基底（即第一柔性基底101），采用常规的磁控溅射方法在PET上沉积ITO导电层（即第一导电层102），获得的ITO的表面电阻为10Ω/sq左右；采用钨粉与双氧水反应的钨酸聚合物作为沉积液，滴加盐酸调节pH至1~1.2左右，采用阴极沉积法（以ITO膜作为工作电极、铂电极为对电极，采用恒电压法，电压为0.8~1.5）进行沉积（1~10min）,制得电致变色层103；将高氯酸锂盐与碳酸丙烯酯按常规比例进行混合，并在不影响电导率的情况下加入适量的液晶UV胶（将配好的电解质液用铝箔包起来，避免光照固化），随后涂覆在电致变色层103与第二导电层105（第二导电层105也通过磁控溅射方法形成在第二柔性基底106表面）之间形成电解质层104，层压紫外固化封装为功能器件10（即电致变色器件）；再将PET原料软化后与该功能器件10（电致变色器件）在模具里复合，并经挤压成型冷却后使在其外周面形成高分子材料纤维层20；

（b）参考实施例1中的方法，将步骤（a）制得的产品固定在实施例3中的设备上，送入炉膛1，控制加热升温至PET的Tg（玻璃化转变温度）左右时产品端部受热软化，并靠自身重力从炉膛1底部的喷嘴中流出（或下落）而进行加热拉丝，把滴下来的一头（即下落的纤维）绕过张力轮、牵引轮2，最后绕在卷绕设备3上进行拉伸、卷绕收料制备出需要的特种功能纺织纤维；在材料允许的情况下控制牵引的速度可以控制拉升纤维的细度（参照实施例1中的式1），这样就可以获得所需的电致变色纤维，电压范围在-1~1V。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种特种功能纺织纤维的制备方法，其特征在于，所述特种功能纺织纤维包括功能器件以及包覆在所述功能器件外周面的高分子材料纤维层，所述方法包括以下步骤：（a）制作功能预制棒：将高分子材料软化后与功能器件在模具里复合，并经挤出成型使在所述功能器件外周面形成所述高分子材料纤维层，即为预制棒；（b）将步骤（a）得到的预制棒送入炉膛，加热使其端部受热软化并靠自身重力从喷嘴中流出，随后经牵引绕至卷绕设备上进行卷绕收料，即得特种功能纺织纤维；

所述的功能器件为电致变色器件。

2.根据权利要求1所述的特种功能纺织纤维的制备方法，其特征在于：所述功能器件的轴心线与所述高分子纤维材料层或所述预制棒的轴心线相平行或者相重合。

3.根据权利要求2所述的特种功能纺织纤维的制备方法，其特征在于：步骤（b）中，所述预制棒直径与所述特种功能纺织纤维直径满足式（1）的关系，

式中，D为预制棒的直径，d为特种功能纺织纤维的直径，V1为卷绕速度，V2为预制棒的送入速度。

4.根据权利要求1所述的特种功能纺织纤维的制备方法，其特征在于：所述高分子材料纤维层为透明材质。

5.根据权利要求1所述的特种功能纺织纤维的制备方法，其特征在于：步骤（a）中，所述预制棒的横截面呈圆形、方形、三角形或椭圆形。

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