CN111793845B - 一种隔热聚酯纤维及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及差别化化纤技术领域，为解决常规纤维对太阳光能量的反射弱，热量容易从表层传导到里层，从而使内部温度升高这一纺织难题，本发明提出了一种隔热聚酯纤维及其制备方法，通过对纤维采用扁平型中空结构，并添加隔热粉体来实现。隔热聚酯纤维由聚酯及二氧化钛粉体组成，纤维的横截面为扁平型中空结构，中空度≥10%，单丝纤度2.5~4.5dpf。采用该纤维织造，较薄的面料就能有效地阻挡了太阳光能量从表层传导到里层，因此面料轻盈、舒适、透气。

Description

一种隔热聚酯纤维及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及差别化化纤技术领域，具体是一种隔热聚酯纤维及其制备方法。

背景技术

在日常生活中，对遮蔽隔热纤维的需求非常广泛，比如窗帘、轻薄浅色服饰、遮光布等等。采用常规聚酯纤维做隔日窗帘时，由于对太阳光能量的反射较弱，光线能量容易被吸收，且热量比较容易从表层传导到里层，从而使里面温度升高。

目前市场的凉感纤维，大多是接触凉感纤维，采用将热传导率较大的粉体(云母、玉石等)加入到聚合物中，使聚合物的传导率增大。如发明专利十字形常压阳离子可染冰凉聚酯纤维及其制造方法(申请号201110325475.4)涉及一种云母凉感聚酯短纤的制备。发明专利一种冰凉速干亲水聚酯纤维及其制备方法(申请号：201710074517.9)涉及一种含有玉石凉感纤维的制备。这两个专利都是基于将身体的热量传导到外面来开发的，而本发明专利则是基于将外部热量阻隔，不让其传导到内部来实现的。为了增强面料的隔热性能，目前多采用增加组织密度，增厚面料来实现，这种方法的弊端在于，太阳光的能量能通过面料表层快速传导到里面，且面料厚重，织造成本升高，不透气，做成服装特别闷热。

发明内容

为解决常规纤维对太阳光能量的反射弱，热量容易从表层传导到里层，从而使内部温度升高这一纺织难题，本发明提出了一种隔热聚酯纤维及其制备方法，通过对纤维采用扁平型中空结构，并添加隔热粉体来实现。采用该纤维织造，较薄的面料就能有效地阻挡了太阳光能量从表层传导到里层，因此面料轻盈、舒适、透气。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种隔热聚酯纤维由聚酯及二氧化钛粉体组成，纤维的横截面为扁平型中空结构，中空度≥10％，单丝纤度2.5～4.5dpf。

作为优选，所述二氧化钛粉体平均粒径为0.9～1.2u，粉体晶型为金红石型。金红石型对太阳光的折射最强，且这个粒径范围内的二氧化钛，具有更好的太阳光能量的反射能力，特别是近红外线的反射能力。太阳光能量主要集中在波长在0.2～2um部分，普通二氧化钛的对太阳光线的反射不足，因此面料的隔热性能欠佳。本发明通过采用特定尺寸的二氧化钛粉体来实现纤维对太阳光能量的反射，从而使纺织品的内部保持凉爽。作为优选，所采用的聚酯熔点252～263℃，特性粘度(η)0.63～0.69dl/g。聚酯与二氧化钛粉体的质量比为100∶1～3，二氧化钛粉体的含量，不宜过少，太少的话，效果不佳；太多的话，影响可纺性。

本发明从隔热性的角度，通过阻隔太阳光能量的方式，来实现被遮挡物的凉爽性。所述的隔热聚酯纤维的制备方法为以下步骤：

(1)在聚酯熔融纺丝过程中，加入二氧化钛母粒，熔融共混后，经计量泵输送至带有中空喷丝板的纺丝组件；

所述的二氧化钛母粒由以下方法制备：

(1.1)二氧化钛粉体与硬脂酸钙混合，得到混合粉体A；

作为优选，二氧化钛粉体与硬脂酸钙的质量比为100∶0.5～1.5。

作为优选，混合物经气流磨粉碎机，分散若干次。

(1.2)将聚酯、混合粉体A、五号白油、石蜡进行共混造粒，得到二氧化钛母粒。

作为优选，聚酯、混合粉体A、五号白油、石蜡的质量比为100∶30～100∶0.3～0.6∶1.5～2.5。

针对隔热，现有技术多采用单一的添加隔热粉来实现，本发明在添加隔热粉的基础上，还通过改变纤维结构，来实现对太阳光能量的阻隔。隔热聚酯纤维的横截面为扁平型中空结构，具体方案如下：

喷丝板上喷丝孔为长圆形或椭圆形的狭缝，包括位于长度方向两端的半圆狭缝，位于两半圆狭缝间的长狭缝；相邻的半圆狭缝和长狭缝之间或相邻的长狭缝之间设有连接间隙。所述的喷丝孔连接间隙会在熔体喷丝过程中膨胀粘连，设置该间隙有利于中空度的保持，实现了良好的隔热性能。采用本发明的中空喷丝板，所制备的纤维横截面为扁平型或椭圆形中空截面，这样的截面有利于光线的反射，从而可减少光线的穿透与吸收。

作为优选，所述喷丝孔为长圆形；所述长狭缝沿直线延伸，延伸方向的两端分别为两个半圆狭缝同侧的一端。半圆狭缝的内侧边所在圆的半径为R1，0.5mm≥R1≥0.3mm；半圆狭缝和长狭缝的宽度为W1，0.15mm≥W1≥0.06mm；半圆狭缝和长狭缝之间的连接间隙的宽度为W2，0.08mm≥W2≥0.06mm；长狭缝的长度为L1，0.18mm≥L1≥0.1mm。

作为优选，单侧的长狭缝为一个，长狭缝两端的位置分别与两个半圆狭缝同侧的一端的位置隔着连接间隙对应。

作为优选，单侧的长狭缝为两个，每个长狭缝的外侧端与半圆狭缝同侧的一端连通；连接间隙设于单侧的两个长狭缝的内侧端之间。

作为优选，喷丝孔还设有纵狭缝；所述纵狭缝沿直线延伸，延伸方向垂直于喷丝孔的长度方向；纵狭缝的两端部分别位于单侧的两个长狭缝的内侧端之间；连接间隙设于纵狭缝的侧边与相邻的长狭缝的内侧端之间。这样做的好处是形成的扁平中空截面内部有支撑，不容易塌陷。半圆狭缝的内侧边所在圆的半径为R2，0.45mm≥R2≥0.3mm；半圆狭缝和长狭缝的宽度为W3，0.15mm≥W3≥0.06mm；长狭缝和纵狭缝之间的连接间隙的宽度为W4，0.08mm≥W4≥0.06mm；纵狭缝的宽度为W5，0.1mm≥W5≥0.06mm；长狭缝的长度为L2，0.1mm≥L2≥0.06mm。

喷丝板上设置的喷丝孔的基本形态是长圆形或椭圆形，两端各有一个半圆狭缝，中间为长狭缝。具体可以细分为相关联的两个方案：方案一，长狭缝为一对，分别设置在喷丝孔的两侧，与两个半圆狭缝同侧的一端的位置隔着连接间隙对应；方案二，长狭缝为两对，分别设置在喷丝孔的两侧，长狭缝外侧端与同侧的半圆狭缝的端部连接，而同侧两长狭缝内侧端之间的位置形成空间，在两侧的空间之间沿垂直于喷丝孔长度方向另外设计有一条纵狭缝，纵狭缝的端部位于同侧两长狭缝内侧端之间，并以连接间隙间隔。参数部分为发明人根据实际产品的测试效果，经过多次比较反复调整后得出的。一般而言，不同的产品规格对应不同尺寸大小，孔径过大不利于中空度的保持和喷丝，太小则加工精度难以满足。

喷丝孔设计成扁平型横截面有利于光线的反射，减少纤维对热量的吸收；同时扁平型横截面能增大隔热粉体的覆盖面积，提高隔热效果。内置中空有利于阻隔热量由外向内传递。太小的中空度，对阻止热量的传递效果较弱；中空度越大，阻隔效果越好，单丝纤度太小，不利于中空结构的形成，太粗则做成的服饰舒适感较差。综上，本发明的喷丝板孔设计为扁平型中空结构。

(2)再喷出、冷却、上油，然后经加工工序，制备成假捻变形丝、牵伸丝或短纤。

若加工成假捻变形丝时，先制备成预取向丝(POY)，然后经过假捻变形加工得到。

若加工成牵伸丝，则需要经过牵伸、定型后得到。相比对应的DTY，FDY的隔热效果更好，因为牵伸丝更有利于保持中空度。因此在制备隔热涤纶纤维时，优选FDY长丝。

若加工成短纤，则需进入预牵伸机预拉伸，而后丝束进入集束桶进行紧张、松弛热定型，再经切断打包得到。

本发明从阻隔太阳光能量的角度，开发隔热型凉感聚酯纤维。所述的隔热聚酯纤维，是通过将特定尺寸的二氧化钛粉体加入到纤维中，增强纤维对太阳光能量的反射，再将纤维横截面设计成扁平型中空结构，阻止热量从织物表面传导到里层，从而使人体或室内保持凉爽。所述的隔热聚酯纤维在窗帘、遮光布、T恤、衬衫、裤子等产品上的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)喷丝孔截面为扁平型中空横截面，隔热方面优势明显；

(2)通过对纤维采用扁平型中空结构，并赋予特定隔热粉体，采用较薄的面料就能有效地阻挡了太阳光能量从表层传导到里层，因此面料轻盈、舒适、透气。

附图说明

图1为本发明喷丝板的结构示意图；

图2为本发明喷丝孔的结构示意图；

图中：(a)、(b)分别为2种结构喷丝孔，其中，1：喷丝板，2：喷丝孔，21：半圆狭缝，22：长狭缝，23：连接间隙，24：纵狭缝；

图3为本发明隔热聚酯纤维的截面示意图。

具体实施方式

下面通过实施例和附图对本发明作进一步详细说明，实施例中所用原料均可市购或采用常规方法制备。

本实施例中二氧化钛粉体市购平均粒径为1um，金红石型(上海冈田)。

实施例喷丝板结构如图1所示，喷丝板上喷丝孔如图2所示，其中：

图2(a)所示喷丝板1上喷丝孔2，喷丝孔2为长圆形或椭圆形的狭缝，本例为长圆形，长度方向为左右向。喷丝孔2包括位于左、右两端的半圆狭缝21，半圆狭缝21向外侧对齐，两端部分别位于上下方；位于两半圆狭缝21间的一对长狭缝22，长狭缝22沿左右向延伸，上下各一，单侧的长狭缝22的两端部分别与相邻的半圆狭缝21的端部之间隔着连接间隙23对应。就喷丝孔2的整体形状来看，如同在左上、左下、右上、右下四个角对称位置留有缺口的椭圆环。

图2(b)所示喷丝板1上喷丝孔2，喷丝孔2为长圆形，长度方向为左右向。喷丝孔2包括位于左、右两端的半圆狭缝21，半圆狭缝21向外侧对齐，两端部分别位于上下方；位于两半圆狭缝21间的两对长狭缝22，长狭缝22沿左右向延伸，上下各二。以上方为例，左侧长狭缝22的左端与左方半圆狭缝21的上端连通，右侧长狭缝22的右端与右方半圆狭缝21的上端连通，左侧长狭缝22的右端与右侧长狭缝22的左端之间为断开的。下方亦同。这样的结构类似两个英文字母U形，U形的开口相对。在两个U形之间还设有纵狭缝24，纵狭缝的延伸方向为竖直向，垂直于喷丝孔的长度方向。纵狭缝的两端分别位于上、下方左侧长狭缝22的右端与右侧长狭缝22的左端之间，并且与相邻的两长狭缝22的端部之间设有连接间隙23。

实施例1

(1)二氧化钛母粒制备：将二氧化钛粉体与硬脂酸钙按照100∶1的质量比例混合，经气流磨粉碎机，分散2遍，得到混合粉体A。将PET粉、混合粉体A、五号白油、石蜡按质量比100∶50∶0.4∶1.8，进行共混造粒，得到含33wt％二氧化钛母粒。

(2)一种150D/48f隔热涤纶低弹丝(DTY)的制备过程如下：

民用长丝级聚酯切片(恒逸)，在288℃正常熔融纺丝，通过母粒添加装置，按5％的质量比加入含33wt％二氧化钛母粒，熔融共混后，经计量泵输送至带有中空喷丝板的纺丝组件。所采用的喷丝板如图2(a)所示，其中半圆狭缝21的内侧边所在圆的半径R1为0.4mm；半圆狭缝21和长狭缝22的宽度W1为0.1mm；半圆狭缝21和长狭缝22之间的连接间隙23的宽度W2为0.06mm；长狭缝23的长度L1为0.12mm。

再经喷出、冷却、上油，制备成267dtex/96f预取向丝(POY)，该POY断裂伸长为130％，断裂强度2.2cN/dtex。将该POY经过假捻变形加工得到150D/48f隔热涤纶低弹丝(DTY)。该DTY单丝纤度为3.1D，纤维截面为中空，如图3(a)所示，中空度为13.5％，二氧化钛含量为1.5％。

实施例2

(1)按照实施例1的制备方法制备二氧化钛母粒；

(2)一种150D/48f隔热涤纶牵伸丝(FDY)的制备方法：

采用与实施例1同样添加比例与纺丝喷丝板，经牵伸、定型工艺，生产150D/48f隔热凉感涤纶牵伸丝(FDY)，纺速4500m/min，一棍牵伸温度80～90℃，二辊定型温度130℃，牵伸比2.5。

该FDY单丝纤度为3.1D，二氧化钛含量为1.5％。纤维截面为扁平中空，如图3(a)所示，中空度为15％。

实施例3

(1)二氧化钛母粒制备：将二氧化钛粉体与硬脂酸钙按照100∶0.5的质量比例混合，经气流磨粉碎机，分散3遍，得到混合粉体A。将PET粉、混合粉体A、五号白油、石蜡按质量比100∶80∶0.5∶2.2，进行共混造粒，得到含44％二氧化钛母粒。

(2)制备一种3D*38mm隔热涤纶短纤，该纤维的制备过程如下：

民用长丝级聚酯切片(恒逸)，在285℃正常熔融纺丝，通过母粒添加装置，按5％的质量比加入含44％二氧化钛母粒，熔融共混后，经计量泵输送至带有中空喷丝板的纺丝组件。所采用的喷丝板如图2(b)所示，图中半圆狭缝21的内侧边所在圆的半径R2为0.39mm；半圆狭缝21和长狭缝22的宽度W3为0.08mm；长狭缝22和纵狭缝24之间的连接间隙23的宽度W4为0.08mm；纵狭缝24的宽度W5为0.08mm；长狭缝22的长度L2为0.07mm。

经预牵伸机预拉伸后，丝束进入集束桶进行紧张、松弛热定型，再经切断打包，可制备成3D*38mm隔热涤纶短纤。生产过程中，吹风冷却的风速为1.5～2.5m/min，纺丝速度为850～1250m/min，拉伸温度为50～60℃，紧张热定型温度120～150℃，松弛热定型温度70～90℃。该涤纶短纤单丝纤度为3D，纤维截面为扁平双中空，如图3(b)所示，中空度为16.2％，二氧化钛含量为2.2％。

实施例4

(1)二氧化钛母粒制备：将二氧化钛粉体与硬脂酸钙按照100∶1.5的质量比例混合，经气流磨粉碎机，分散3遍，得到混合粉体A。将PET粉、混合粉体A、五号白油、石蜡按质量比100∶60∶0.6∶2，进行共混造粒，得到含38wt％二氧化钛母粒。

(2)一种150D/36f隔热涤纶牵伸丝的制备过程如下：

民用长丝级聚酯切片(恒逸)，在289℃正常熔融纺丝，通过母粒添加装置，按5％的质量比加入含38wt％二氧化钛母粒，熔融共混后，经计量泵输送至带有中空喷丝板的纺丝组件。所采用的喷丝板如图2(b)所示，图中半圆狭缝21的内侧边所在圆的半径R2为0.43mm；半圆狭缝21和长狭缝22的宽度W3为0.1mm；长狭缝22和纵狭缝24之间的连接间隙23的宽度W4为0.08mm；纵狭缝24的宽度W5为0.09mm；长狭缝22的长度L2为0.08mm。

再经喷出、冷却、上油、牵伸、定型工艺，生产150D/36f隔热凉感涤纶牵伸丝(FDY)，纺速4600m/min，一棍牵伸温度80～90℃，二辊定型温度132℃，牵伸比2.6。

该FDY单丝纤度为4.2D，二氧化钛含量为1.9％。纤维截面为扁平型双中空，如图3(b)所示，中空度为17.2％。

测试对比

测试例：以实施例1、2制备的隔热涤纶分别做成平纹机织面料，经纬向都用。

对比例：将相同规格的普通半光涤纶DTY，采用相同的试验条件，做成平纹机织面料，经纬向都用。

测试过程如下：将温度计垂直拆入一封口透明玻璃瓶，确保可顺利观测温度计刻度，制作4组同样的试验装置。在相同的太阳条件下，分别观测在不同遮挡条件下，温度计读数的变化。

空白：玻璃瓶未有遮挡；对比例：采用普通半光涤纶DTY制成的面料遮挡玻璃瓶；测试例1：采用实施例1中的隔热涤纶制成的面料遮挡玻璃瓶。测试例2：采用实施例2中的隔热涤纶制成的面料遮挡玻璃瓶。

测试结果如表1所示：

表1不同遮挡条件下温升变化

上述数据可以说明本发明的一种隔热聚酯纤维，可以较好地阻隔太阳光的能量，从而起到隔热凉感的作用。

Claims (5)

1.一种隔热聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述的制备方法为以下步骤：

（1）在聚酯熔融纺丝过程中，加入二氧化钛母粒，熔融共混后，经计量泵输送至带有中空喷丝板的纺丝组件；

（2）再喷出、冷却、上油，然后经加工工序，制备成假捻变形丝、牵伸丝或短纤；

步骤（1）中所述的二氧化钛母粒由以下方法制备：

（1.1）二氧化钛粉体与硬脂酸钙混合，得到混合粉体A；

（1.2）将聚酯、混合粉体A、五号白油、石蜡进行共混造粒，得到二氧化钛母粒；

所述二氧化钛粉体平均粒径为0.9~1.2um，粉体晶型为金红石型；

步骤（1.1）混合物经气流磨粉碎机，分散若干次；

中空喷丝板的喷丝孔为长圆形，包括位于长度方向两端的半圆狭缝，位于两半圆狭缝间的长狭缝；所述长狭缝沿直线延伸，延伸方向的两端分别为两个半圆狭缝同侧的一端；

喷丝孔还设有纵狭缝，所述纵狭缝沿直线延伸，延伸方向垂直于喷丝孔的长度方向；纵狭缝的两端部分别位于单侧的两个长狭缝的内侧端之间；连接间隙设于纵狭缝的侧边与相邻的长狭缝的内侧端之间；

半圆狭缝的内侧边所在圆的半径为R2，0.45mm≥R2≥0.3mm；半圆狭缝和长狭缝的宽度为W3，0.15mm≥W3≥0.06mm；长狭缝和纵狭缝之间的连接间隙的宽度为W4，0.08mm≥W4≥0.06mm；纵狭缝的宽度为W5，0.1mm≥W5≥0.06mm；长狭缝的长度为L2，0.1mm≥L2≥0.06mm；

隔热聚酯纤维的横截面为扁平型中空结构，中空度≥10%，单丝纤度2.5~4.5dpf。

2.根据权利要求1所述的隔热聚酯纤维的制备方法，其特征在于：所述聚酯熔点252~263℃，特性粘度0.63~0.69dl/g，聚酯与二氧化钛粉体的质量比为100:1~3。

3.根据权利要求1所述的隔热聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1.1）中二氧化钛粉体与硬脂酸钙的质量比为100:0.5~1.5。

4.根据权利要求1所述的隔热聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1.2）中聚酯、混合粉体A、五号白油、石蜡的质量比为100:30~100：0.3~0.6:1.5~2.5。

5.一种根据权利要求1所述的制备方法所制备的隔热聚酯纤维在窗帘、遮光布、T恤、衬衫、裤子产品上的应用。

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