CN111020775A - 一种摩擦纺相变导电复合纱及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摩擦纺相变导电复合纱及其制备方法,本发明的方法包括以下步骤:1、将不锈钢丝作为芯纱,将棉纤维作为外包纤维,通过摩擦纺制得不锈钢丝‑棉纱包芯纱;2、将不锈钢丝‑棉纱包芯纱顺次浸渍在聚乙二醇(PEG)和聚乙烯醇缩丁醛(PVB)溶液中,得到不锈钢丝‑棉‑PEG‑PVB复合纱;3、将不锈钢丝‑棉‑PEG‑PVB纱作为芯纱,普通纤维作为外包纤维,通过摩擦纺制得不锈钢丝‑棉‑PEG‑PVB‑外包纤维复合纱线。本发明的优点为:1、具有电热转换功能,热焓值高,储热效果好,传热效率高,导电性能好;2、制备方法简单、经济、快速;3、使用寿命长,热循环性能稳定;4、相变温度可调,适用温度范围较宽。
Description
技术领域
本发明涉及相变导电功能复合纱的制备方法,更具体地说,本发明涉及一种摩擦纺相变导电复合纱及其制备方法。
背景技术
相变功能纺织品作为典型的智能纺织品,可广泛用于建筑节能、工业余热回收、电子产品热保护、军事单兵防护服、宇航服、医疗温控等领域,其民用市场接受度高,可成为传统纺织业发展的新增长点。
相变功能纺织品制备方法多为微胶囊法、浸渍法、静电纺等。如北京服装学院梁燕的发明专利一种石墨烯改性相变微胶囊材料的制备方法(申请号:CN201910208346.3);太仓市明烨化纤有限公司王俊明的发明专利一种熔融复合纺丝纤维的制备方法(申请号:CN201710912532.6);罗耀发等人的发明专利一种基于水性发泡涂层的保温面料及其制备方法(申请号:CN201811495792.9);江南大学蔡以兵等采用静电纺的方式制备了具有相变功能的纳米纤维毡。但这些的制备技术并不是很完善,存在着相变物质含量低,热循环性能差,生产成本较高,很难大规模的推广等问题。相比之下,武汉纺织大学姜明等人发明的一种相变储热包芯纱的制备方法(申请号:CN107460587 A)可实现相变材料的高吸附,但他们采用的环锭纺或转杯纺存在纺纱成形难,纺纱流程复杂的问题,限制了规模化发展,而且还存在包芯纱导热效果差,相变材料易泄漏等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足,提供一种摩擦纺相变导电复合纱及其制备方法。
一种摩擦纺相变导电复合纱及其制备方法,包括以下步骤:
步骤1、将不锈钢丝作为芯纱,将棉纤维作为外包纤维,通过摩擦纺将棉纤维包缠在不锈钢丝的表面,得到不锈钢丝-棉纱包芯纱;
步骤2、将不锈钢丝-棉纱包芯纱顺次浸渍在聚乙二醇和聚乙烯醇缩丁醛溶液中,得到不锈钢丝-棉-PEG-PVB复合纱;
步骤3、将不锈钢丝-棉-PEG-PVB纱作为芯纱,普通纤维作为外包纤维,通过摩擦纺制得不锈钢丝-棉-PEG-PVB-外包纤维复合纱线。
进一步的,所述不锈钢丝的直径为0.02-0.05mm。
进一步的,所述步骤2中,通过将不锈钢丝-棉纱包芯纱依次通过聚乙二醇贮存槽和聚乙烯醇缩丁醛溶液贮存槽,完成不锈钢丝-棉纱的PEG浸渍和PVB浸渍。
进一步的,聚乙二醇贮存槽的温度设定为可保证聚乙二醇完全熔融的温度,聚乙烯醇缩丁醛溶液贮存槽的温度为常温。
进一步的,所述聚乙烯醇缩丁醛溶液的质量浓度为10%-30%,溶剂为乙醇。
进一步的,不锈钢丝-棉纱通过聚乙二醇贮存槽和聚乙烯醇缩丁醛溶液贮存槽的速度为5m/min-10m/min。
进一步的,聚乙二醇的平均分子量为2000-10000。
进一步的,所述普通纤维为棉、羊毛、涤纶和腈纶中的任意一种或多种。
一种摩擦纺相变导电复合纱,由上述方法制成。
本发明的有益效果为:
本发明所述的相变导电复合纱具有多层结构,即以不锈钢为芯纱,采用PEG作为相变储热材料、PVB为PEG的中间保护层,采用一般纤维作为外包覆层。由于不锈钢丝表面有一层吸附能力强的棉纤维为包覆,增大了PEG对纱线表面的附着率,从而有利于增强纱线的相变功能,PEG外表面的PVB薄膜等能够有效的防止PEG的脱落,增加纱线的耐久性。本发明的纱线具有以下优点:1)具有电热转换功能,热焓值高,储热效果好,传热效率高,导电性能好;2)制备方法简单、经济、快速;3)使用寿命长,热循环性能稳定;4)相变温度可调,适用温度范围较宽。5)对原料适用性强,通过此种制备方法可轻易实现导电与相变功能复合,尤其是可以解决PEG上浆不匀后,转杯纺和环锭纺难以制得包芯纱,且PEG不耐摩擦的问题。6)制作中可以改变最外层的包覆材料以得到不同表面性状的复合纱线。
附图说明
图1是本发明PEG和PVB浸渍流程示意图;
图2为本发明实施例1中的摩擦纺不锈钢丝-棉-PEG-PVB-棉复合纱和实验例1中的摩擦纺不锈钢丝-棉-PVB-棉复合纱的升温曲线;
图3为本发明实施例1中的摩擦纺不锈钢丝-棉-PEG-PVB-棉复合纱和实验例1中的摩擦纺不锈钢丝-棉-PVB-棉复合纱的降温曲线;
图4为本发明实施例1中的摩擦纺不锈钢丝-棉-PEG2000-PVB-棉复合纱磨损前后的DSC曲线。
图5为本发明实验例2中的摩擦纺不锈钢丝-棉-PEG2000-棉复合纱磨损前后的DSC曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本发明,并非用于限定本发明的范围。
实施例一
如图1所示,一种摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其步骤如下:
1)运用摩擦纺将棉纤维包覆在不锈钢丝的表面。设置HFX-02摩擦纺纱机参数,如表1所示,将棉熟条喂入分梳辊,将0.02mm不锈钢丝通过摩擦辊,启动机器,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉纱卷绕成筒纱;
表1 HFX-02摩擦纺纱机参数1
芯纱① | 分梳辊(r/m) | 摩擦棍(r/m) | 喂入(m/m) | 输出(m/m) | 卷取(m/m) |
不锈钢丝 | 3000 | 3000 | 0.2 | 5 | 6.5 |
2)不锈钢丝/棉纱依次通过浆纱机上的PEG贮存槽和PVB溶液贮存槽,完成不锈钢丝/棉纱的PEG浸渍和PVB披覆,得到不锈钢丝/棉/PEG/PVB纱。PEG分子量为2000,贮存槽的温度设定在70℃。PVB乙醇溶液贮存槽的温度为常温,溶液浓度为10%。待PEG完全熔融后,按10m/min的速度导入不锈钢丝/棉纱,依次通过PEG贮存槽和PVB溶液贮存槽后,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉/PEG2000/PVB纱卷绕成筒纱;
3)设置HFX-02摩擦纺纱机参数,如表2所示,将棉熟条喂入分梳辊,不锈钢丝/棉/PEG2000/PVB纱引入摩擦辊,启动机器,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉/PEG2000/PVB/棉纱卷绕成筒纱,最终得到一种相变导电复合纱线。测得不锈钢丝/棉/PEG2000/PVB/棉纱的电阻为98Ω,相变焓值为133.3J/g,纱线摩擦仪摩擦50次后的相变焓值为130.5J/g。外加电压为1v时,复合纱中的PEG2000就有明显的熔融吸热现象,即可将不锈钢丝导电产生的热量进行储存。
表2 HFX-02摩擦纺纱机参数2
实施例二
如图1所示,一种摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其步骤如下:
1)运用摩擦纺将棉纤维包覆在不锈钢丝的表面。设置HFX-02摩擦纺纱机参数,如表1所示,将棉熟条喂入分梳辊,将0.05mm不锈钢丝通过摩擦辊,启动机器,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉纱卷绕成筒纱;
表1 HFX-02摩擦纺纱机参数1
芯纱① | 分梳辊(r/m) | 摩擦棍(r/m) | 喂入(m/m) | 输出(m/m) | 卷取(m/m) |
不锈钢丝 | 3000 | 3000 | 0.2 | 5 | 6.5 |
2)不锈钢丝/棉纱依次通过浆纱机上的PEG贮存槽和PVB溶液贮存槽,完成不锈钢丝/棉纱的PEG浸渍和PVB披覆,得到不锈钢丝/棉/PEG/PVB纱。PEG分子量为6000,贮存槽的温度设定在80℃。PVB乙醇溶液贮存槽的温度为常温,溶液浓度为30%。待PEG完全熔融后,按5m/min的速度导入不锈钢丝/棉纱,依次通过PEG贮存槽和PVB溶液贮存槽后,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉/PEG6000/PVB纱卷绕成筒纱;
3)设置HFX-02摩擦纺纱机参数,如表2所示,将涤纶熟条喂入分梳辊,不锈钢丝/棉/PEG6000/PVB纱引入摩擦辊,启动机器,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉/PEG6000/PVB/涤纶纱卷绕成筒纱,最终得到一种相变导电复合纱线。
测得不锈钢丝/棉/PEG6000/PVB/涤纶纱的电阻为102Ω,相变焓值为139J/g,纱线摩擦仪摩擦50次后的相变焓值为136J/g。外加电压为1.2v时,复合纱中的PEG6000就有明显的熔融吸热现象,即可将不锈钢丝导电产生的热量进行储存。
表2 HFX-02摩擦纺纱机参数2
实施例三
如图1所示,一种摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其步骤如下:
1)运用摩擦纺将棉纤维包覆在不锈钢丝的表面。设置HFX-02摩擦纺纱机参数,如表1所示,将棉熟条喂入分梳辊,将0.03mm不锈钢丝通过摩擦辊,启动机器,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉纱卷绕成筒纱;
表1 HFX-02摩擦纺纱机参数1
芯纱① | 分梳辊(r/m) | 摩擦棍(r/m) | 喂入(m/m) | 输出(m/m) | 卷取(m/m) |
不锈钢丝 | 3000 | 3000 | 0.2 | 5 | 6.5 |
2)不锈钢丝/棉纱依次通过浆纱机上的PEG贮存槽和PVB溶液贮存槽,完成不锈钢丝/棉纱的PEG浸渍和PVB披覆,得到不锈钢丝/棉/PEG/PVB纱。PEG分子量为10000,贮存槽的温度设定在85℃。PVB乙醇溶液贮存槽的温度为常温,溶液浓度为20%。待PEG完全熔融后,按7m/min的速度导入不锈钢丝/棉纱,依次通过PEG贮存槽和PVB溶液贮存槽后,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉/PEG10000/PVB纱卷绕成筒纱;
3)设置HFX-02摩擦纺纱机参数,如表2所示,将腈纶熟条喂入分梳辊,不锈钢丝/棉/PEG10000/PVB纱引入摩擦辊,启动机器,通过卷绕装置将不锈钢丝/棉/PEG10000/PVB/腈纶纱卷绕成筒纱,最终得到一种相变导电复合纱线。
测得不锈钢丝/棉/PEG10000/PVB/腈纶纱的电阻为112Ω,相变焓值为125J/g,纱线摩擦仪摩擦50次后的相变焓值为130J/g。外加电压为1.5v时,复合纱中的PEG10000就有明显的熔融吸热现象,即可将不锈钢丝导电产生的热量进行储存。
表2 HFX-02摩擦纺纱机参数2
实验例一:
按实施例一的方法,将不锈钢丝/棉纱通过浆纱机上的PVB溶液贮存槽,完成不锈钢丝/棉纱的PVB浸渍,得到不锈钢丝/棉/PVB纱,进一步按实施例一中的步骤3)的方法得到不锈钢丝/棉/PVB/棉纱复合纱,测得复合纱的升温和降温曲线如图2和图3所示。
实验例二:
按实施例一的方法,将不锈钢丝/棉纱通过浆纱机上的PEG贮存槽,完成不锈钢丝/棉纱的PEG浸渍,得到不锈钢丝/棉/PEG2000纱,进一步按实施例一中的步骤3)的方法得到不锈钢丝/棉/PEG2000/棉纱,测得复合纱的相变焓值为127J/g,纱线摩擦仪摩擦50次后的相变焓值为81J/g,DSC曲线如图5所示。
由图2-图5可知,本发明的摩擦纺不锈钢丝-棉-PEG-PVB-棉复合纱有良好的导电和相变功能,能实现电热转换,且能存储电热,调节温度,耐用性能明显优于常规纱线。
采用本发明的方法制备的相变导电复合纱及利用其制成的织物,具有优异的储能调节温度的作用,其制成的织物在温度变化差异大的环境下具有良好的调节适应性。具有典型的储热和调温功能,且具有良好的耐用性。导电与相变功能结合,可使电能作为相变材料的热源,实现对能量的精确控制,消除时间和空间的不平衡供热。同时摩擦纺生产效率高,工艺流程短,成本低,且对原料的适应性强,使连续化生产相变导电功能纱线成为可能。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例,其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准。
Claims (9)
1.一种摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1、将不锈钢丝作为芯纱,将棉纤维作为外包纤维,通过摩擦纺将棉纤维包缠在不锈钢丝的表面,得到不锈钢丝-棉纱包芯纱;
步骤2、将不锈钢丝-棉纱包芯纱顺次浸渍在聚乙二醇和聚乙烯醇缩丁醛溶液中,得到不锈钢丝-棉-PEG-PVB复合纱;
步骤3、将不锈钢丝-棉-PEG-PVB纱作为芯纱,普通纤维作为外包纤维,通过摩擦纺制得不锈钢丝-棉-PEG-PVB-外包纤维复合纱线。
2.根据权利要求1所述的摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其特征在于,所述不锈钢丝的直径为0.02-0.05mm。
3.根据权利要求1所述的摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其特征在于,所述步骤2中,通过将不锈钢丝-棉纱包芯纱依次通过聚乙二醇贮存槽和聚乙烯醇缩丁醛溶液贮存槽,完成不锈钢丝-棉纱的PEG浸渍和PVB浸渍。
4.根据权利要求3所述的摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其特征在于,聚乙二醇贮存槽的温度设定为可保证聚乙二醇完全熔融的温度,聚乙烯醇缩丁醛溶液贮存槽的温度为常温。
5.根据权利要求3所述的摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其特征在于,所述聚乙烯醇缩丁醛溶液的质量浓度为10%-30%,溶剂为乙醇。
6.根据权利要求3所述的摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其特征在于,不锈钢丝-棉纱通过聚乙二醇贮存槽和聚乙烯醇缩丁醛溶液贮存槽的速度为5m/min-10m/min。
7.根据权利要求1所述的摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其特征在于,聚乙二醇的平均分子量为2000-10000。
8.根据权利要求1所述的摩擦纺相变导电复合纱制备方法,其特征在于,所述普通纤维为棉、羊毛、涤纶和腈纶中的任意一种或多种。
9.一种摩擦纺相变导电复合纱,其特征在于,由权利要求1-8中任一项所述的方法制成。
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