CN112481799A - 一种经编双面异构异能材料制备工艺方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，包括以下步骤：选择具有不同吸湿性能的纤维原料、将具有不同吸湿性能的纤维原料分别编织成第一织物和第二织物、将钙钛矿类氧化物喷涂在第一织物与第二织物的表面、控制每一横列织造纱线的张力、控制送经量、采用单丝的间隔纱将两层相互独立的第一织物和第二织物利用织造工艺连接起来；通过将经编双面结构材料的两面设置为具有湿度梯度性，水分会沿梯度方向传递，通过在第一织物与第二织物表面形成薄膜涂层，可以利用钙钛矿类氧化物薄膜涂层诱导产生电流来实现静电补充功能，能够有效解决由于细菌病毒的沉积以及水汽等对医用防护材料荷电层静电的消除和损伤影响，实现医用防护口罩荷电再生。

Description

一种经编双面异构异能材料制备工艺方法
技术领域
本发明涉及防护材料领域，尤其涉及一种经编双面异构异能材料制备工艺方法。
背景技术
经编间隔结构的材料又称3D材料，是一种特殊的立体结构材料。与普通纺织材料相比，经编间隔织物是采用双针床经编设备与织造工艺编织的一种三维针织结构，其通过间隔纱线将编织出的2层相互独立的织物连接起来，形成保持一定间距的三维组织结构。该种三维结构除具有透气、透热、防潮、回弹、柔韧和相对质轻、高强、耐磨且防护性高、缓冲作用好等综合特性。同时由于针织工艺具有一定的结构可设计性，经编间隔结构材料也具有多种厚度、结构和表面风格，具有适应不同产品的使用要求等特点，具有其他纺织材料不可替代的特殊优势，
医用防护口罩通常由三层组成，外层具有防飞沫的设计，中层过滤，内层吸湿，通常以聚丙烯为原料，采用非织造方法制成。过滤层的主要材质是聚丙烯，是一种超细静电纤维布，粉尘、病毒、气溶胶等飞沫进入口罩后，会被静电吸附在无纺布表面，无法透过，以达到防护效用。在长时间使用后，过滤层的静电吸附效果由于细菌病毒在静电层的沉积以及水汽等对于荷电层静电的消除会被损伤，甚至失效。医用防护材料大多也是以非织造布为主要面料，作为细菌阻隔层以防止细菌泳移，减少交叉感染，目前常用材料有聚丙烯纺粘布、聚丙烯纺粘——熔喷——纺粘复合非织造布与高聚物涂层织物，将材料做抗水、抗菌、抗静电、抗老化等处理后投入医疗防护使用，非织造医用防护材料具有超细原料、较大的表面积、蓬松、柔软、悬垂性好、过滤阻力小、过滤效率高、抗静水压能力强等特点，但由于其强力低、抗耐磨性能较差、不可水洗特性，应用此类材料医用防护制品多为一次性用，不可重复使用。
如何解决医用口罩用防护过滤材料失效问题，实现医用防护口罩荷电再生，使其再生静电效应达到可重复使用的效果，提升一次、多次及可重复使用的防护纤维及纺织品技术水平，支撑国家应急防护体系建设，提高我国医疗卫生及保健水平是亟待解决难题之一。因此，本发明提出一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，以解决现有技术中的不足之处。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，该方法通过设计经编双面结构材料的结构，将经编双面结构材料的两面设置为具有湿度梯度性，水分会沿梯度方向传递，通过在第一织物与第二织物表面形成薄膜涂层，可以利用钙钛矿类氧化物薄膜涂层诱导产生电流来实现静电补充功能，能够有效解决由于细菌病毒的沉积以及水汽等对医用防护材料荷电层静电的消除和损伤影响，实现医用防护口罩荷电再生。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，包括以下步骤：
步骤一：选择具有不同吸湿性能的纤维原料，然后根据纤维原料的吸湿性能的强度制定经编规则，将吸湿性能强的纤维原料作为结构密集处使用材料，
将吸湿性能弱的纤维材料作为结构稀疏处使用材料；
步骤二：基于经编规则，利用双针床经编设备来采用两种不同的编织工艺将具有不同吸湿性能的纤维原料分别编织成第一织物和第二织物，控制第一织物与第二织物具有不同的结构；
步骤三：采用等离子喷涂的方式将钙钛矿类氧化物喷涂在第一织物与第二织物的表面，在第一织物与第二织物表面形成薄膜涂层；
步骤四：实时采集纱线的动态张力变化，将纱线的动态张力变化与设计张力波动范围进行比较，根据比较结果来控制编织过程中每一横列织造纱线的张力；
步骤五：对双针床经编设备的压电陶瓷选针机构进行重新设计时，将压电陶瓷选针机构设计成能够根据双针床经编设备的送经控制指令对每个横列的送经量进行控制的压电陶瓷选针机构。
步骤六：采用单丝的间隔纱将两层相互独立的第一织物和第二织物利用织造工艺连接起来，形成双面异构异能材料。
进一步改进在于：所述步骤一中选择具有不同吸湿性能的纤维原料时，应保证选择的纤维原料之间具有明显的吸湿性能梯度。
进一步改进在于：所述步骤一中吸湿性能弱的纤维材料为聚丙烯纤维，所述吸湿性能弱的纤维材料为维纶、锦纶、腈纶或中涤纶的任意一种。
进一步改进在于：所述吸湿性能弱的纤维材料优选锦纶。
进一步改进在于：所述步骤二中将吸湿性能强的纤维原料作为第一织物用材料，将吸湿性能弱的纤维原料作为第二织物用材料，控制第一织物和第二织物之间具有明显的吸湿性能梯度。
进一步改进在于：所述步骤三中钙钛矿类氧化物为LaAlO3、CaTiO3、SrTiO3中的任意一种。
进一步改进在于：所述步骤四中具体过程为：结合高速机械运动与动力学理论，建立高速双针床经编机用电子送经系统的结构与动力学模型，对导纱梳栉运动惯量和伺服系统的动态扭矩等进行合理计算与选择，确定合适的动态响应加速度曲线，再通过高灵敏度的压电和光电传感器实时采集纱线的动态张力变化，将纱线的动态张力变化与软件设计系统设置的合理张力波动范围相比较，根据比较结果来控制编织过程中每一横列织造纱线的张力。
进一步改进在于：所述步骤六中单丝的间隔纱为单丝丙纶、单丝涤纶或单丝锦纶中的任意一种。
本发明的有益效果为：本发明通过设计经编双面结构材料的结构，将经编双面结构材料的两面设置为具有湿度梯度性，在结构较稀疏处使用吸湿性能较弱的纤维原料，结构密集处使用吸湿性能强的纤维原料，从而使得经编双面结构材料在一侧具有梯度吸湿功能，在材料接触水分时，水分会沿梯度方向传递，避免水分聚集，通过采用等离子喷涂的方式将钙钛矿类氧化物喷涂在第一织物与第二织物的表面，在第一织物与第二织物表面形成薄膜涂层，可以利用钙钛矿类氧化物薄膜涂层诱导产生电流来实现静电补充功能，能够有效解决由于细菌病毒的沉积以及水汽等对医用防护材料荷电层静电的消除和损伤影响，实现医用防护口罩荷电再生，使其再生静电效应达到可重复使用的效果，提升一次、多次及可重复使用的防护纤维及纺织品技术水平，支撑国家应急防护体系建设，提高我国医疗卫生及保健水平。
附图说明
图1为本发明工艺方法流程示意图；
图2为具有不同双面结构的经编间隔织物结构示意图；
图3为经编双面异构异能材料热电转换示意图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明做进一步详述，本实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
根据图1、2、3所示，本实施例提出一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，包括以下步骤：
步骤一：选择具有不同吸湿性能的纤维原料，保证选择的纤维原料之间具有明显的吸湿性能梯度，然后根据纤维原料的吸湿性能的强度制定经编规则，将吸湿性能强的纤维原料作为结构密集处使用材料，将吸湿性能弱的纤维材料作为结构稀疏处使用材料，吸湿性能弱的纤维材料为聚丙烯纤维，所述吸湿性能弱的纤维材料为优选锦纶；
步骤二：基于经编规则，利用双针床经编设备来采用两种不同的编织工艺将具有不同吸湿性能的纤维原料分别编织成第一织物和第二织物，控制第一织物与第二织物具有不同的结构，将吸湿性能强的纤维原料作为第一织物用材料，将吸湿性能弱的纤维原料作为第二织物用材料，控制第一织物和第二织物之间具有明显的吸湿性能梯度；
步骤三：采用等离子喷涂的方式将钙钛矿类氧化物喷涂在第一织物与第二织物的表面，在第一织物与第二织物表面形成薄膜涂层，钙钛矿类氧化物为SrTiO3；
钙钛矿复合氧化物是一种具有独特的晶体结构、物理性质和化学性质的新型无机非金属材料，尤其经掺杂后形成的晶体缺陷结构和性能，具有稳定的晶体结构、独特的电磁性能以及很高的氧化还原、氢解、异构化、电催化等活性，当钙钛矿复合氧化物经历温度变化时,它们的偶极子不重合,就会诱导产生电流，根据偶极点方向使电荷积累，当经编双面异构异能材料变形时会导致某些区域吸引电荷或者排斥电荷,再次产生电流，实现静电补充；
步骤四：结合高速机械运动与动力学理论，建立高速双针床经编机用电子送经系统的结构与动力学模型，对导纱梳栉运动惯量和伺服系统的动态扭矩等进行合理计算与选择，确定合适的动态响应加速度曲线，再通过高灵敏度的压电和光电传感器实时采集纱线的动态张力变化，将纱线的动态张力变化与软件设计系统设置的合理张力波动范围相比较，根据比较结果来控制编织过程中每一横列织造纱线的张力；
步骤五：对双针床经编设备的压电陶瓷选针机构进行重新设计时，将压电陶瓷选针机构设计成能够根据双针床经编设备的送经控制指令对每个横列的送经量进行控制的压电陶瓷选针机构。
步骤六：采用单丝丙纶作为间隔纱将两层相互独立的第一织物和第二织物利用织造工艺连接起来，形成双面异构异能材料。
本发明通过设计经编双面结构材料的结构，将经编双面结构材料的两面设置为具有湿度梯度性，在结构较稀疏处使用吸湿性能较弱的纤维原料，结构密集处使用吸湿性能强的纤维原料，从而使得经编双面结构材料在一侧具有梯度吸湿功能，在材料接触水分时，水分会沿梯度方向传递，避免水分聚集，通过采用等离子喷涂的方式将钙钛矿类氧化物喷涂在第一织物与第二织物的表面，在第一织物与第二织物表面形成薄膜涂层，可以利用钙钛矿类氧化物薄膜涂层诱导产生电流来实现静电补充功能，能够有效解决由于细菌病毒的沉积以及水汽等对医用防护材料荷电层静电的消除和损伤影响，实现医用防护口罩荷电再生，使其再生静电效应达到可重复使用的效果，提升一次、多次及可重复使用的防护纤维及纺织品技术水平，支撑国家应急防护体系建设，提高我国医疗卫生及保健水平。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：选择具有不同吸湿性能的纤维原料，然后根据纤维原料的吸湿性能的强度制定经编规则，将吸湿性能强的纤维原料作为结构密集处使用材料，将吸湿性能弱的纤维材料作为结构稀疏处使用材料；
步骤二：基于经编规则，利用双针床经编设备来采用两种不同的编织工艺将具有不同吸湿性能的纤维原料分别编织成第一织物和第二织物，控制第一织物与第二织物具有不同的结构；
步骤三：采用等离子喷涂的方式将钙钛矿类氧化物喷涂在第一织物与第二织物的表面，在第一织物与第二织物表面形成薄膜涂层；
步骤四：实时采集纱线的动态张力变化，将纱线的动态张力变化与设计张力波动范围进行比较，根据比较结果来控制编织过程中每一横列织造纱线的张力；
步骤五：对双针床经编设备的压电陶瓷选针机构进行重新设计时，将压电陶瓷选针机构设计成能够根据双针床经编设备的送经控制指令对每个横列的送经量进行控制的压电陶瓷选针机构。
步骤六：采用单丝的间隔纱将两层相互独立的第一织物和第二织物利用织造工艺连接起来，形成双面异构异能材料。
2.根据权利要求1所述的一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，其特征在于：所述步骤一中选择具有不同吸湿性能的纤维原料时，应保证选择的纤维原料之间具有明显的吸湿性能梯度。
3.根据权利要求1所述的一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，其特征在于：所述步骤一中吸湿性能弱的纤维材料为聚丙烯纤维，所述吸湿性能弱的纤维材料为维纶、锦纶、腈纶或中涤纶的任意一种。
4.根据权利要求3所述的一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，其特征在于：所述吸湿性能弱的纤维材料优选锦纶。
5.根据权利要求1所述的一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，其特征在于：所述步骤二中将吸湿性能强的纤维原料作为第一织物用材料，将吸湿性能弱的纤维原料作为第二织物用材料，控制第一织物和第二织物之间具有明显的吸湿性能梯度。
6.根据权利要求1所述的一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，其特征在于：所述步骤三中钙钛矿类氧化物为LaAlO3、CaTiO3、SrTiO3中的任意一种。
7.根据权利要求1所述的一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，其特征在于：所述步骤四中具体过程为：结合高速机械运动与动力学理论，建立高速双针床经编机用电子送经系统的结构与动力学模型，对导纱梳栉运动惯量和伺服系统的动态扭矩等进行合理计算与选择，确定合适的动态响应加速度曲线，再通过高灵敏度的压电和光电传感器实时采集纱线的动态张力变化，将纱线的动态张力变化与软件设计系统设置的合理张力波动范围相比较，根据比较结果来控制编织过程中每一横列织造纱线的张力。
8.根据权利要求1所述的一种经编双面异构异能材料制备工艺方法，其特征在于：所述步骤六中单丝的间隔纱为单丝丙纶、单丝涤纶或单丝锦纶中的任意一种。
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