CN111648025B - 具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及制备方法，该絮片由底层纤网、中间层纤网和表层纤网构成，表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高。上下两层的中空微米纤维含量较多，可以储存大量静止空气，提升絮片保暖性能，同时具有骨架支撑作用，赋予纤维絮片力学性能；中间层的纳米纤维含量较多，起到减小絮片内部孔径，减少空气流动的作用，可以有效储存静止空气，提升保暖性能。对铺网得到的复合纤网层进行热粘合处理，使纤网与纤网之间、纤维与纤维之间发生粘合，赋予了纤维絮片优异的压缩回弹性能。

Description

具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及制备方法
技术领域
本发明属非织造技术领域，涉及一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及制备方法。
背景技术
高寒天气不仅易导致人体冻伤，并易引发呼吸系统及心脑血管系统疾病。因此，需要穿着高效保暖服装抵御严寒天气。当前，常用的高效保暖材料主要为羽绒纤维，其具有接近空气的极低导热系数和超轻特性，但是其吸湿后性能急剧下降和价格昂贵限制了材料大范围的使用；近年来，美国3M公司、杜邦公司等推出了一系列合成纤维保暖絮片，其具有较好的回弹性，但其纤维直径均在微米数量级，导致其孔径较大，孔隙率难以提高，限制了保暖性能的进一步提升。
静电纺纳米纤维具有直径小、孔径小、孔隙率高、轻质等优点，在防寒保暖领域表现出巨大的应用潜力。但静电纺纤维通常是无规沉积形成的致密纤维膜，其厚度多在1mm以下，且存在层间易剥离和压缩回弹性差的问题，极大影响了其在防寒保暖领域的实际应用。将纳米纤维引入纤维絮片，与微米纤维相互搭接可有效降低纤维絮片内部孔径，减少因空气流动造成的热量损失，提升絮片的保暖性能。
有研究者通过将纳米纤维直接纺在梳理得到的微米纤维网上，随后通过热粘合等方式加固得到纤维絮片材料。纳米纤维力学性能较差，简单将纳米纤维贴合在微米纤网上使纳米纤维在絮片内不能均匀分布，且会使纳米纤维层在使用过程中被破坏，不利于使用性能的有效提升。另有研究者通过细菌纤维素的生长构造极小网孔结构，主干细菌纤维素自交联形成三维网孔结构的骨架，使分支细菌纤维素纳米在骨架上成网，得到小孔径的纳米纤维网，但这种方法主要是通过生化合成实现，过程较为缓慢，难以批量化制造，无法用于保暖纤维絮片的产业化应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及其制备方法，纵向变密度主要是指在絮片的纵向剖面上，纳米纤维的含量上下两层较少，中间层最多，也即表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高。上下两层的中空微米纤维含量较多，可以起到储存大量静止空气和力学支撑的作用；中间层的纳米纤维含量较多，起到减小絮片内部孔径，减少空气流动，储存静止空气的作用。对铺网得到的复合纤网层进行热加固处理，使纤网与纤网之间、纤维与纤维之间发生粘合，赋予了纤维絮片压缩回弹性能。
为达到上述目的，本发明提供的方案如下：
本发明的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，由底层纤网、中间层纤网和表层纤网构成，所述底层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；所述中间层纤网中，微米级粗中空纤维占比15～25wt％，微米级细纤维占比40～50wt％，纳米纤维占比30～40wt％；所述表层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片内部最小孔径低至1～1.5μm，孔隙率高达99.8％，厚度为5～30mm；克重为70～250g/m2，压缩回弹性达90％以上，热阻值达0.8～1.2m2K/W。
作为优选的技术方案：
如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述微米级粗中空纤维直径为20～30μm，长度为30～40mm，中空度为70～80％；所述微米级细纤维直径为5～10μm，长度为30～40mm；所述纳米纤维直径为300～500nm，长度为30～40mm。
如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述底层纤网和所述中间层纤网之间粘合，所述中间层纤网和所述表层纤网之间粘合；各层纤网内的纤维间产生粘结点，赋予纤维絮片压缩回弹性能。
如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述粘合和产生粘结点的方式为热粘合处理，热粘合处理所用粘合材料为低熔点纤维或热粘合剂。
如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述低熔点纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚乙烯/聚酯复合纤维；所述热粘合剂为丙烯酸酯胶粘剂、聚醋酸乙烯酯胶粘剂、聚氯乙烯粘合剂、丁二烯-苯乙烯共聚胶乳和丁二烯-丙烯腈共聚胶乳中的一种。
如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述底层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm；所述中间层纤网密度为2～3mg/cm3，厚度为15～20mm；所述表层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm。
如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述微米级粗中空纤维和所述微米级细纤维的种类包括有机材料或者无机材料；
所述纳米纤维的材料为适于静电纺的有机材料或者无机材料；所述纳米纤维的形态包括直纤维或者卷曲纤维，结构包括实心、中空或者通体多孔结构。
本发明还提供了一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将初步开松的微米纤维和纳米纤维按照底层纤网、中间层纤网和表层纤网所需要的不同比例分别经预开松机和精开松机进一步开松混合均匀，得到三种不同配比的微纳米混合纤维原料；
第二步：使用三台振动给棉机，将三种不同配比的混合纤维原料制成均匀密实的筵棉分别喂入梳理机，梳理得到三种纳米纤维含量不同的薄纤网；
第三步：串联三台铺网机，按照底层、中间层和表层的顺序对应三种纳米纤维含量不同的薄纤网进行铺网，最终获得一种纵向具有变密度结构的微纳米复合纤网，其中表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高，并通过多辊牵伸机得到表面平整的复合纤网层；
第四步：经风冷却机强制冷却定型，并经二辊烫光机对絮片表面进行烫光平整，最后收卷切边。
作为优选的技术方案：
如上所述的制备方法，在所述第一步的初步开松的微米纤维和纳米纤维中还加入低熔点纤维，加入量为10～15wt％；并在所述第四步的强制定型之前，经热风处理熔融固化，使纤网与纤网间、纤维与纤维间产生粘结点，热风温度为90～200℃。
如上所述的制备方法，在所述第三步还对得到的复合纤网层喷洒热粘合剂，喷洒量为15～30g/m2，并通过负压抽吸使粘合剂在纤网内分布均匀，负压通过输送帘下方的吸风装置产生，气流速度为0.5～2.5m/s，经加热处理使纤网与纤网、纤维与纤维间产生粘合点，加热温度为70～100℃。
如上所述的制备方法，预开松机和精开松机的开松辊速度为800～1000r/min；梳理机的出网速度为20～40m/min；铺网机铺网速度为20～40m/min，出网速度为1～8m/min；多辊牵伸机的走步速度为1～8m/min。
如上所述的制备方法，初步开松工序通过称重开包机按比例从压实的微米纤维包和纳米纤维包中抓取纤维，在混棉箱内充分混合后进行进一步开松。
如上所述的制备方法，梳理为杂乱梳理，在单道夫双锡林杂乱梳理机上进行；梳理机内设有3～5组分梳区域，充分梳理，使纤网达到均匀。
本发明通过将不同规格的微米纤维和纳米纤维混合均匀，梳理后得到具有纵向变密度结构的微纳米纤维絮片。其中，通过静电纺丝技术直接制备出具有棉花蓬松状的絮状纳米纤维，具体为通过环境湿度调控纤维集合体的蓬松结构，随着环境湿度的增加，纤维之间的静电斥力增加，纺丝过程中相互排斥的纤维蓬松堆积从而形成了蓬松态絮状纳米纤维。同时通过注入电荷利用静电斥力使纤维进一步分开、蒸汽熏蒸去除纤维间静电吸附等方式使各类纳米纤维进一步蓬松化、无粘连，使纳米纤维集合体在开松过程中可以被充分抓取开松，并和微米纤维混合均匀；同时纳米纤维具有机械强力，避免其在开松、梳理过程中结构受损。将初步开松的微米纤维和纳米纤维按照不同的比例进一步开松混合均匀，得到不同配比的微纳米混合纤维原料；随后将不同配比的混合纤维原料梳理得到三种纳米纤维含量不同的薄纤网，梳理过程中，混合均匀的微米纤维和纳米纤维相互搭接，微米级粗中空纤维起到储存静止空气和支撑框架作用，孔径为80～150μm；微米级细纤维穿插分散在微米纤维框架内，形成孔径为20～40μm的微米纤维框架网络；纳米纤维具有可被开松梳理的强度，其搭接在微米纤维网上，最小孔径为1～1.5μm(根据经验公式，纤维形成的网孔直径一般是其直径的3倍左右，纳米纤维直径为300～500nm，纤维之间形成直径为1～1.5μm的孔)。随后按照底层、中间层、表层的顺序铺网，最终获得一种纵向具有变密度结构的微纳米复合纤网，其中表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高；对铺网得到的复合纤网层进行热粘合处理，使纤网与纤网之间、纤维与纤维之间发生粘合，得到具有回弹性的微纳米纤维保暖絮片。
所述的微纳米纤维絮片材料热阻值的有效提升基于以下理论：
纤维絮片材料的热阻值R＝D/λ，其中，D为纤维絮片材料的厚度，λ为材料的导热系数。当纤维絮片的厚度一定时，热阻值R与导热系数λ呈负相关关系，R随着λ的降低而升高。
一般来说，材料的有效导热系数λ包括气相等效导热系数λG、固相等效导热系数λS、辐射等效导热系数λR和对流等效导热系数λC四部分。微纳米纤维絮片材料为多孔材料，其内部含有气相组分(空气)和固相组分(纤维)，因此材料内部导热包括气相导热和固相导热。在辐射导热方面，常温下微纳米纤维絮片为光学厚介质，对辐射具有衰减作用，因此纤维絮片无显著辐射导热。此外，研究表明，对孔径小于1mm的材料而言，在大气压环境下的对流热交换可忽略不计。本发明中的微纳米纤维絮片材料孔径为微米级，最小孔径为1～1.5μm，远小于1mm，故絮片材料的对流等效导热系数λC在此处不做讨论。因此，微纳米纤维絮片的有效导热系数λ取决于气相等效导热系数λG、固相有效导热系数λS。
在材料内部的气相导热方面，根据分子动力学理论，引入Kaganer模型计算得到材料的气相等效导热系数：
Figure BDA0002421195200000041
其中，λG0为自由空间下空气的导热系数，ρ为材料的孔隙率，β为气体分子的能量转移因子，Kn为knudsen系数，气体平均分子自由程Lg/孔径d。
常规的微米纤维絮片材料的孔径为40～100μm，将直径为300～500nm的纳米纤维引入纤维絮片内部，替代部分微米纤维，使得絮片的内部孔径d低至1～1.5μm。在不增加纤维絮片质量和厚度的情况下，纤维絮片内部孔径大幅降低，knudesen系数Kn增加，使得微纳米纤维絮片的气相等效导热系数λG大幅降低，从而热阻值大幅增加。
在材料内部的固相导热方面，固相等效导热系数存在以下计算公式
Figure BDA0002421195200000042
其中，λS0为固相的导热系数，Rk为固相的kapitza界面热阻，d为固相物质传热方向上的系统尺寸。
所述的微纳米纤维絮片包括三层密度不同的纤网，每层纤网内部均含有直径为300～500nm的纳米纤维。由于纳米纤维的存在，絮片内部纤维根数增加，纤维的接触点和曲折度增加；同时层层铺网使得纤维絮片内部具有三维曲折孔道结构。在其他参数保持不变的情况下，当载流子试图穿过纤维的接触界面时发生散射，导致热量传递受阻，界面热阻Rk增加，固相等效导热系数λS降低，从而热阻值大幅增加。
综上所述，将直径为300～500nm的纳米纤维引入纤维絮片内部，将孔径降低至1～1.5μm，同时纳米纤维的引入和纤维网的层层铺叠使得纤维絮片内部具有三维曲折孔道结构，使气相等效导热系数和固相等效导热系数大幅降低，微纳米纤维絮片材料的导热系数大幅降低，根据热阻值的计算公式R＝D/λ，在D保持不变的情况下，微纳米纤维絮片材料的热阻值大幅增加。
有益效果：
与传统的天然纤维絮片和合成纤维絮片相比，本发明的具有纵向变密度结构的微纳米纤维絮片内部最小孔径可低至1～1.5μm，孔隙率高达99.8％，厚度为5～30mm；对复合纤维网层进行热粘合处理，使纤网与纤网之间、纤维与纤维之间发生粘合，赋予了纤维絮片压缩回弹性能，压缩回弹性达90％以上；中间层纳米纤维含量高，具有孔径小，孔隙率高的特点，可储存大量静止空气，有效提升保暖性能，热阻值可达0.8～1.2m2K/W。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，由底层纤网、中间层纤网和表层纤网构成，底层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；中间层纤网中，微米级粗中空纤维占比15～25wt％，微米级细纤维占比40～50wt％，纳米纤维占比30～40wt％；表层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；
具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片内部最小孔径低至1～1.5μm，孔隙率高达99.8％，厚度为5～30mm；克重为70～250g/m2，压缩回弹性达90％以上，热阻值达0.8～1.2m2K/W。
其中，微米级粗中空纤维直径为20～30μm，长度为30～40mm，中空度为70～80％；微米级细纤维直径为5～10μm，长度为30～40mm；纳米纤维直径为300～500nm，长度为30～40mm。
底层纤网和中间层纤网之间粘合，中间层纤网和表层纤网之间粘合；表层和底层的纤维间也产生粘合，赋予纤维絮片优异的压缩回弹性能。
粘合和产生粘结点的方式为热粘合处理，热粘合处理所用粘合材料为低熔点纤维或热粘合剂。
低熔点纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚乙烯/聚酯复合纤维；热粘合剂为丙烯酸酯胶粘剂、聚醋酸乙烯酯胶粘剂、聚氯乙烯粘合剂、丁二烯-苯乙烯共聚胶乳和丁二烯-丙烯腈共聚胶乳中的一种。
底层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm；中间层纤网密度为2～3mg/cm3，厚度为15～20mm；表层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm。
微米级粗中空纤维和微米级细纤维的种类包括有机材料或者无机材料；
有机材料为棉、木棉、麻、木浆、竹浆、毛、蚕丝、木材、甲壳素、胶原蛋白、丝素蛋白、聚乳酸-己内酯、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、酚醛树脂、聚丙烯酸、聚偏氟乙烯酸、聚吡咯烷酮、聚乳酸、聚乳酸乙醇酸、聚砜、聚乙二炔、聚苯乙烯共聚马来酸酐、聚甲基三乙氧基硅烷、聚谷氨酸、聚己内酯、聚对苯乙炔、聚乙丙交酯、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚丙烯、聚乙二醇、聚丙烯酰胺、聚乙烯、聚氯乙烯、聚二氧环己酮、聚三羟基丁酸酯、聚羟基丁酸酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚苯并恶嗪、聚对苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮、聚偏氟乙酸、聚环氧乙烷、聚乙烯咔唑、聚偏氟乙烯、聚酰胺、聚苯胺、聚芳酰胺、聚丁二酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸-共-丁二酸丁二醇酯的一种或多种的组合。无机纤维为二氧化硅、氧化镍、氧化铜、氧化锌、二氧化锆、二氧化锗、五氧化二钒、三氧化二铟、三氧化二铝、三氧化二锰、四氧化三锰、二氧化钛、氧化钯、氧化铌、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化锡、氧化镍铁、氧化锰锂、石墨、碳化硅、碳化锆、氮化镓、氮化锆中的一种或多种的混合物。
纳米纤维的材料为适于静电纺的有机材料或者无机材料；纳米纤维的形态包括直纤维或者卷曲纤维，结构包括实心、中空或者通体多孔结构；
适于静电纺的有机材料为纤维素、醋酸纤维素、乙基纤维素、羟丙基甲基纤维、甲壳素、壳聚糖、海藻酸钠、胶原蛋白、明胶、丝素蛋白、玉米蛋白、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚碳酸酯、聚对苯二甲线间苯二胺、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚砜、聚乙烯咔唑、聚丙烯腈、聚醚醚酮、聚苯乙烯、脂肪族聚酰胺、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯、聚亚氨酯、聚氨酯、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚酰亚胺、聚吡咯、聚甲醛、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酸、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、聚乳酸、聚己内酯、聚羟基乙酸、聚羟基链烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺等；无机纤维为二氧化硅、氧化镍、氧化铜、氧化锌、二氧化锆、二氧化锗、五氧化二钒、三氧化二铟、三氧化二铝、三氧化二锰、四氧化三锰、二氧化钛、氧化钯、氧化铌、氧化铝、氧化铈、氧化钴、氧化锡、氧化镍铁、氧化锰锂、石墨、碳化硅、碳化锆、氮化镓、氮化锆等。
一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，包括以下步骤：
第一步：将初步开松的微米纤维和纳米纤维按照底层纤网、中间层纤网和表层纤网所需要的不同比例分别经预开松机和精开松机进一步开松混合均匀，得到三种不同配比的微纳米混合纤维原料；
第二步：使用三台振动给棉机，将三种不同配比的混合纤维原料制成均匀密实的筵棉分别喂入梳理机，梳理得到三种纳米纤维含量不同的薄纤网；
第三步：串联三台铺网机，按照底层、中间层、表层的顺序对应三种纳米纤维含量不同的薄纤网进行铺网，最终获得一种纵向具有变密度结构的微纳米复合纤网，其中表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高，并通过多辊牵伸机得到表面平整的复合纤网层；
第四步：经风冷却机强制冷却定型，并经二辊烫光机对絮片表面进行烫光平整，最后收卷切边。
其中，在第一步的初步开松的微米纤维和纳米纤维中还加入低熔点纤维，加入量为10～15wt％；并在第四步的强制定型之前，经热风处理熔融固化，使纤网与纤网间、纤维与纤维间产生粘结点，热风温度为90～200℃。
在第三步还对得到的复合纤网层喷洒热粘合剂，喷洒量为15～30g/m2，并通过负压抽吸使粘合剂在纤网内分布均匀，负压通过输送帘下方的吸风装置产生，气流速度为0.5～2.5m/s，经加热处理使纤网与纤网、纤维与纤维间产生粘合点，加热温度为70～100℃。
预开松机和精开松机的开松辊速度为800～1000r/min；梳理机的出网速度为20～40m/min；铺网机铺网速度为20～40m/min，出网速度为1～8m/min；多辊牵伸机的走步速度为1～8m/min。
初步开松通过称重开包机按比例从压实的微米纤维包和纳米纤维包中抓取纤维，在混棉箱内充分混合后进行进一步开松。
梳理为杂乱梳理，在单道夫双锡林杂乱梳理机上进行；梳理机内设有3～5组分梳区域，充分梳理，使纤网达到均匀。
实施例1
一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，具体为：抓取25wt％的微米级粗中空纤维、55wt％的微米级细纤维和20wt％的纳米纤维混合均匀后在850r/min的开松辊速度下进行开松，随后梳理得到底层纤网和表层纤网；同时抓取20wt％的微米级粗中空纤维、50wt％的微米级细纤维和30wt％的纳米纤维混合均匀后开松，开松辊速度同样为850r/min，随后梳理得到中间层纤网。其中，微米级粗中空纤维为聚酯纤维，直径为22μm，中空度为75％，长度为33mm，微米级细纤维为聚乙烯纤维，直径为8μm，长度为32mm，纳米纤维为乙基纤维素纤维，直径为300nm，长度为30mm。串联三台铺网机，按照底层、中间层和表层的顺序铺网，铺网速度为25m/min，复合纤网层以5m/min的速度输出，丙烯酸酯胶粘剂以18g/m2的喷洒量添加至复合纤网层，同时吸风装置以1m/s的气流速度产生负压使胶粘剂在纤网内分布均匀，随后在75℃的烘箱中对复合纤网层进行热处理。
最终得到具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片克重为100g/m2，厚度为27mm，压缩回弹性为95％，热阻值为1m2K/W。
对比例1
一种具有三层复合结构的微米纤维保暖絮片，其与实施例1制得的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片在结构上的区别在于其各层均由微米级粗纤维和微米级细纤维组成，其中微米级粗纤维为聚酯纤维，直径为22μm，微米级细纤维为聚乙烯纤维，直径为12μm；其表层微米级粗纤维占比10wt％，微米级细纤维占比90wt％，中间层微米级粗纤维占比6wt％，微米级细纤维占比94wt％，底层微米级粗纤维占比14wt％，微米级细纤维占比86wt％。对比例1制得的微米纤维保暖絮片克重为100g/m2，厚度为29mm，压缩回弹性为89％，热阻值为0.55m2K/W。
实施例2
采用与实施例1相同的方法制备得到微纳米纤维絮片，其中底层纤网和表层纤网的微米级粗中空纤维占比28wt％，微米级细纤维占比52wt％，纳米纤维占比20wt％；中间层纤网微米级粗中空纤维占比22wt％，微米级细纤维占比47wt％，纳米纤维占比31wt％。微米级粗中空纤维为聚丙烯纤维，直径为25μm，中空度为73％，长度为31mm；微米级细纤维为聚苯胺纤维，直径为9μm，长度为33mm；纳米纤维为聚苯乙烯纤维，直径为350nm，长度为31mm。开松辊速度均为900r/min，铺网速度为23m/min，复合纤网层以6m/min的速度输出，聚氯乙烯粘合剂以16g/m2的喷洒量添加至复合纤网层，同时吸风装置以1m/s的气流速度产生负压使粘合剂在纤网内均匀分布，随后在80℃的烘箱中对复合纤网层进行热处理。
最终得到具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片克重为85g/m2，厚度为20mm，压缩回弹性为91％，热阻值为0.95m2K/W。
实施例3
一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，具体为：抓取25wt％的微米级粗中空纤维、50wt％的微米级细纤维、15wt％的纳米纤维以及10wt％的低熔点聚酯纤维混合均匀后在870r/min的开松辊速度下进行开松，随后梳理得到底层纤网和表层纤网；同时抓取17wt％的微米级粗中空纤维、42wt％的微米级细纤维、30wt％的纳米纤维以及11wt％的低熔点聚酯纤维混合均匀后开松，开松辊速度同样为870r/min，随后梳理得到中间层纤网。其中，微米级粗中空纤维为聚丙烯腈纤维，直径为24μm，中空度为70％，长度为34mm，微米级细纤维为聚丙烯酰胺纤维，直径为8μm，长度为33mm，纳米纤维为聚砜纤维，直径为330nm，长度为32mm。串联三台铺网机，按照底层、中间层和表层的顺序铺网，铺网速度为23m/min，复合纤网层以4m/min的速度输出，经多辊牵伸机牵伸输送至烘箱进行热处理，烘箱温度为120℃。
最终得到具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片克重为80g/m2，厚度为20mm，压缩回弹性为96％，热阻值为0.95m2K/W。

Claims (13)

1.具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，由底层纤网、中间层纤网和表层纤网构成，其特征是：所述底层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；所述中间层纤网中，微米级粗中空纤维占比15～25wt％，微米级细纤维占比40～50wt％，纳米纤维占比30～40wt％；所述表层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；每层纤网中的微米级粗中空纤维、微米级细纤维和纳米纤维混合均匀；具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片内部最小孔径低至1～1.5μm，孔隙率高达99.8％，厚度为5～30mm；克重为70～250g/m2，压缩回弹性达90％以上，热阻值达0.8～1.2m2K/W。
2.根据权利要求1所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述微米级粗中空纤维直径为20～30μm，长度为30～40mm，中空度为70～80％；所述微米级细纤维直径为5～10μm，长度为30～40mm；所述纳米纤维直径为300～500nm，长度为30～40mm。
3.根据权利要求1所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述底层纤网和所述中间层纤网之间粘合，所述中间层纤网和所述表层纤网之间粘合；各层纤网内的纤维间产生粘结点，赋予纤维絮片压缩回弹性能。
4.根据权利要求3所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述粘合和产生粘结点的方式为热粘合处理，热粘合处理所用粘合材料为低熔点纤维或热粘合剂。
5.根据权利要求4所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述低熔点纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚乙烯/聚酯复合纤维；所述热粘合剂为丙烯酸酯胶粘剂、聚醋酸乙烯酯胶粘剂、聚氯乙烯粘合剂、丁二烯-苯乙烯共聚胶乳和丁二烯-丙烯腈共聚胶乳中的一种。
6.根据权利要求1所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述底层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm；所述中间层纤网密度为2～3mg/cm3，厚度为15～20mm；所述表层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm。
7.根据权利要求1所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述微米级粗中空纤维和所述微米级细纤维的种类包括有机材料或者无机材料；所述纳米纤维的材料为适于静电纺的有机材料或者无机材料；所述纳米纤维的形态包括直纤维或者卷曲纤维，结构包括实心、中空或者通体多孔结构。
8.如权利要求1～7中任一项所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，其特征是包括以下步骤：
第一步：将初步开松的微米纤维和纳米纤维按照底层纤网、中间层纤网和表层纤网所需要的不同比例分别经预开松机和精开松机进一步开松混合均匀，得到三种不同配比的微纳米混合纤维原料；
第二步：使用三台振动给棉机，将三种不同配比的混合纤维原料制成均匀密实的筵棉分别喂入梳理机，梳理得到三种纳米纤维含量不同的薄纤网；
第三步：串联三台铺网机，按照底层、中间层和表层的顺序对应三种纳米纤维含量不同的薄纤网进行铺网，最终获得一种纵向具有变密度结构的微纳米复合纤网，其中表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高，并通过多辊牵伸机得到表面平整的复合纤网层；
第四步：经风冷却机强制冷却定型，并经二辊烫光机对絮片表面进行烫光平整，最后收卷切边。
9.根据权利要求8所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，其特征在于，在所述第一步的初步开松的微米纤维和纳米纤维中还加入低熔点纤维，加入量为10～15wt％；并在所述第四步的强制定型之前，经热风处理熔融固化，使纤网与纤网间、纤维与纤维间产生粘结点，热风温度为90～200℃。
10.根据权利要求8所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，其特征在于，在所述第三步还对得到的复合纤网层喷洒热粘合剂，喷洒量为15～30g/m2，并通过负压抽吸使粘合剂在纤网内分布均匀，负压通过输送帘下方的吸风装置产生，气流速度为0.5～2.5m/s，经加热处理使纤网与纤网、纤维与纤维间产生粘合点，加热温度为70～100℃。
11.根据权利要求8所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，其特征在于，预开松机和精开松机的开松辊速度为800～1000r/min；梳理机的出网速度为20～40m/min；铺网机铺网速度为20～40m/min，出网速度为1～8m/min；多辊牵伸机的走步速度为1～8m/min。
12.根据权利要求8所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，其特征在于，初步开松工序通过称重开包机按比例从压实的微米纤维包和纳米纤维包中抓取纤维，初步混合均匀后进一步开松。
13.根据权利要求8所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，其特征在于，梳理为杂乱梳理，在单道夫双锡林杂乱梳理机上进行；梳理机内设有3～5组分梳区域，使纤网达到均匀。
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