CN113564810B - 一种高弹力保暖面料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种高弹力保暖面料及其制备方法，属于面料技术领域，由以下原料按重量份制备而成：改性聚氨酯100‑200份、Al2O3/TiO2纳米多孔中空球10‑15份、丝素肽3‑5份和硅烷偶联剂1‑2份；其中所述改性聚氨酯具有如式Ⅰ所示结构：
Figure 100004_DEST_PATH_IMAGE001
式Ⅰ；其中，R1=CH3Ph、C6H12、PhCH2Ph；R2=CH3Ph、C6H12、PhCH2Ph；R3=C12‑C20的烷基链。本发明纳米中空球发生的远红外射线被人体吸收后提高人体温度，改性聚氨酯的保温性能使得制得的面料具有很好的保暖功效，表面喷洒的丝素肽使得面料还具有良好的亲水性、亲肤性，穿上去舒适又温暖，还具有很好的弹性，具有广阔的应用前景。

Description

一种高弹力保暖面料及其制备方法
技术领域
本发明涉及面料技术领域，具体涉及一种高弹力保暖面料及其制备方法。
背景技术
合成纤维发展已有近百年之久，最初主要是用于服装，开发的只有几种常用纤维，例如锦纶、涤纶等。自1960年以后，随着合成纤维性能的提高，品种不断扩大，特种纤维、超细纤维、弹性纤维和工业高强纤维有了迅速的发展，其中弹性纤维不仅用于各种高性能的服装，还用于装饰纺织品等。目前合成纤维主要朝多功能性、可持续发展、可回收、具有生物降解性以及纳米功能的方向发展。
弹性纤维也是这样，出现了一批新的弹性纤维，主要是通过以下途径来开发的：(1)改变基本材料，即聚合物的分子结构；(2)改变聚合物的超分子或微结构；(3)将不同聚合物共混或混入适当添加物；(4)改变纤维形态结构，例如纤维粗细、截面形状、卷曲程度等；(5)将长丝组分复合或合股，制成双或多组分复合纤维；(6)对纤维表面改性或改变表面结构；(7)将长丝加捻或复合，改变纱线股数和形态。上述途径都可以改变纤维材料的性能(包括弹性功能)。最主要的途径首先是改变纤维的基本组成(即聚合物分子结构)，近年来开发了许多新聚合物，并纺制了一大批分子结构不同的弹性纤维；其次，将不同聚合物共混或复合，由于纤维含有多种聚合物后，其性能包括弹性会改变，再通过改变复合和混合方式，改变各组分的混合比，可以进一步改变其性能。例如使双组分复合纤维呈卷曲状后可大大提高弹性；此外，改变纤维的截面形状或对表面进行改性或改变表面结构，也可以改变其性能，包括改善纺织品的弹性；最后，将纤维复丝合股，改变股数结构，或对纱线加捻变形等，均可以提高纺织品的弹性。目前纺织品主要朝强韧、安全、保温、耐用、精细、环保、舒适、美观和易护理等方向发展，其中安全、环保和舒适尤为重要，而这些功能和纤维的弹性关系密切。纺织品的弹性是一种重要的服用性能，它是指材料对抗和回复形变的能力。弹性纤维是指具有高延伸性和高回弹性的纤维或丝束。目前，弹性纤维面料同时具有良好的保温、温感性能的面料市场上比较少见，但这类面料仍具有广阔的市场需求。
发明内容
本发明的目的在于提出一种高弹力保暖面料及其制备方法，纳米中空球发生的远红外射线被人体吸收后提高人体温度，另一方面，改性聚氨酯的保温性能使得制得的面料具有很好的保暖功效，表面喷洒的丝素肽使得面料还具有良好的亲水性、亲肤性，穿上去舒适又温暖，还具有很好的弹性，具有广阔的应用前景。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种高弹力保暖面料，由以下原料按重量份制备而成：改性聚氨酯100-200份、Al2O3/TiO2纳米多孔中空球10-15份、丝素肽3-5份和硅烷偶联剂1-2份；其中所述改性聚氨酯具有如式Ⅰ所示结构：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式Ⅰ；
其中，R1=CH3Ph、C6H12、PhCH2Ph；R2=CH3Ph、C6H12、PhCH2Ph；R3=C12-C20的烷基链。
作为本发明的进一步改进，所述硅烷偶联剂为带有氨基或巯基的硅烷偶联剂，选自KH550、KH580、KH590、KH602、KH792中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述Al2O3/TiO2纳米多孔中空球的制备方法如下：
S1.将异丁醇铝、钛酸四丁酯和偶联剂溶于有机溶剂中，得到油相；
S2.将致孔剂溶于水中，得到水相；
S3.将油相与水相混合，调节pH值为9-11，乳化，搅拌反应3-5h，离心，固体用乙醇洗涤，干燥，煅烧，得到Al2O3/TiO2纳米多孔中空球。
作为本发明的进一步改进，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的复配混合，质量比为（5-10）：3；所述钛酸酯偶联剂选自TMC-201、TMC-102、TMC-101、TMC-311w、TMC-311、TMC-3、TMC-114、TMC-2、TMC-27、TMC-4、TMC-401中的至少一种；所述铝酸酯偶联剂选自DL-411、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF中的至少一种。
作为本发明的进一步改进，所述致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的至少一种；所述有机溶剂选自甲苯、乙苯、二甲苯、正癸烷、正己烷、正丙苯和异丙苯中的一种或多种；所述乳化条件为10000-15000r/min乳化5-10min，所述离心条件为3000-5000r/min离心15-20min；所述煅烧条件为500-700℃煅烧2-4h。
作为本发明的进一步改进，所述异丁醇铝、钛酸四丁酯、致孔剂和偶联剂的质量比为100：（70-80）：（2-4）：（3-5）。
作为本发明的进一步改进，所述改性聚氨酯由以下方法制备而成：将聚氨酯溶于甲苯后，加入KOH和烷烃碘，搅拌混合均匀后，加入1,2-环己二胺和CuI，升温至110-130℃反应3-5h，加入碳酸钠饱和溶液，过滤，用丙酮洗涤固体，干燥，得到改性聚氨酯。
作为本发明的进一步改进，所述聚氨酯、KOH、烷烃碘、1,2-环己二胺和CuI的质量比为10：（15-30）：（25-52）：（20-40）：（1-2）。
本发明进一步保护一种上述的高弹力保暖面料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将改性聚氨酯溶于甲苯中，加入硅烷偶联剂，搅拌混合均匀后，加热至60-80℃，反应2-3h，加入碳酸钠饱和溶液，过滤，丙酮洗涤固体，干燥，得到预处理后的改性聚氨酯；
（2）将预处理后的改性聚氨酯加入螺杆注塑机中，加入Al2O3/TiO2纳米多孔中空球混合均匀，加热熔融喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性聚氨酯纤维；
（3）将丝素肽溶于水中，得到丝素肽溶液；
（4）将改性聚氨酯纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为单层纱，定时更换平板，保证在平板上形成的为单层熔喷纱；
（5）在每层单层纱上均匀喷洒丝素肽溶液，然后将单层熔喷纱叠放，压紧后进行焙烘，焙烘后将织物进行水洗，最后烘干至恒重。
作为本发明的进一步改进，所述加热熔融温度为170-190℃，所述烘焙方式为先在60-80℃烘干1-3min，80-90℃下焙烘1-2min。
本发明具有如下有益效果：本发明通过在具有高弹性的聚氨酯进行反应，将聚氨酯分子链上的酰胺与碘代长链烷烃在铜盐和配体的催化作用下发生偶联反应，从而使得聚氨酯分子链上接上多个长链烷基链，使得制得的改性聚氨酯不仅具有良好的弹性，同时也具有很好的烷烃的相变储能性能，制得的面料具有良好的保温性能；
另一方面，本发明制得的Al2O3/TiO2纳米多孔中空球壳层上具有许多大孔，方便聚氨酯分子链穿过将中空球串联，这类Al2O3/TiO2纳米多孔中空球具有良好的发生远红外射线的功能，人体吸收该辐射能量，使得细胞内分子运动加剧，产生生理热，激活人体活化能，从而制得的面料具有良好的产热能力，可以加强人体排除废弃物的作用，清除微循环障碍，达到保暖、保健、促进新陈代谢、提高人体免疫力的功效；
本发明纳米中空球发生的远红外射线被人体吸收后提高人体温度，另一方面，改性聚氨酯的保温性能使得制得的面料具有很好的保暖功效，表面喷洒的丝素肽使得面料还具有良好的亲水性、亲肤性，穿上去舒适又温暖，还具有很好的弹性，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
制备例1 Al2O3/TiO2纳米多孔中空球
制备方法如下：
S1.将10g异丁醇铝、8g钛酸四丁酯和0.3g偶联剂溶于100mL正癸烷中，得到油相；偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-201和铝酸酯偶联剂DL-411的复配混合，质量比为7：3；
S2.将0.4g聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯溶于100mL水中，得到水相；
S3.将油相与水相混合，调节pH值为10，12500r/min乳化7min，搅拌反应4h，4000r/min离心20min，固体用乙醇洗涤，干燥，600℃煅烧3h，得到Al2O3/TiO2纳米多孔中空球。
对比制备例1
与制备例1相比，未添加异丁醇铝，其他条件均不改变。
制备方法如下：
S1.将18g钛酸四丁酯和0.3g偶联剂溶于100mL正癸烷中，得到油相；偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-201和铝酸酯偶联剂DL-411的复配混合，质量比为7：3；
S2.将0.4g聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯溶于100mL水中，得到水相；
S3.将油相与水相混合，调节pH值为10，12500r/min乳化7min，搅拌反应4h，4000r/min离心20min，固体用乙醇洗涤，干燥，600℃煅烧3h，得到Al2O3/TiO2纳米多孔中空球。
对比制备例2
与制备例1相比，未添加钛酸四丁酯，其他条件均不改变。
制备方法如下：
S1.将18g异丁醇铝和0.3g偶联剂溶于100mL正癸烷中，得到油相；偶联剂为钛酸酯偶联剂TMC-201和铝酸酯偶联剂DL-411的复配混合，质量比为7：3；
S2.将0.4g聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯溶于100mL水中，得到水相；
S3.将油相与水相混合，调节pH值为10，12500r/min乳化7min，搅拌反应4h，4000r/min离心20min，固体用乙醇洗涤，干燥，600℃煅烧3h，得到Al2O3/TiO2纳米多孔中空球。
对比制备例3
与制备例1相比，聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯由普通表面活性剂十二烷基苯磺酸钠替代，其他条件均不改变。
制备例2 改性聚氨酯
合成路线：
Figure 896313DEST_PATH_IMAGE002
由以下方法制备而成：将10g聚氨酯（其中，R1=R2=C6H12）溶于200mL甲苯后，加入20gKOH和35g 1-碘十八烷（R3=C18H37），搅拌混合均匀后，加入30mL 1,2-环己二胺和1.5g CuI，升温至110-130℃反应3-5h，加入200mL碳酸钠饱和溶液，过滤，用丙酮洗涤固体，干燥，得到改性聚氨酯。
测定红外图谱，3320cm-1处的吸收峰为聚氨酯中-OH的伸缩振动，2945cm-1为异氰酸酯中CH2的不对称伸缩振动峰，2910cm-1为N-烷基中CH2、CH3的不对称伸缩振动峰，2850cm-1为N-烷基中CH2、CH3的对称伸缩振动峰，1730cm-1为酯中C=O的吸收峰，1520cm-1为C-N、C-C伸缩振动峰，1440cm-1为CH2和CH3的变形振动峰，1350cm-1为CH3的变形振动峰，1220cm-1为-OH的变形振动峰，1065cm-1为C-O-C的吸收峰。
实施例1
原料组成（重量份）：制备例2制得的改性聚氨酯100份、制备例1制得的Al2O3/TiO2纳米多孔中空球10份、丝素肽3份和硅烷偶联剂KH590 1份。
高弹力保暖面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将改性聚氨酯溶于甲苯中，加入硅烷偶联剂KH590，搅拌混合均匀后，加热至60℃，反应2h，加入碳酸钠饱和溶液，过滤，丙酮洗涤固体，干燥，得到预处理后的改性聚氨酯；
（2）将预处理后的改性聚氨酯加入螺杆注塑机中，加入Al2O3/TiO2纳米多孔中空球混合均匀，加热至170℃熔融喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性聚氨酯纤维；
（3）将丝素肽溶于水中，配置成质量百分比为15wt%的丝素肽溶液；
（4）将改性聚氨酯纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为单层纱，定时更换平板，保证在平板上形成的为单层熔喷纱；
（5）在每层单层纱上均匀喷洒丝素肽溶液，然后将单层熔喷纱叠放，压紧后进行焙烘，烘焙方式为先在60℃烘干1min，80℃下焙烘1min，焙烘后将织物进行水洗，最后烘干至恒重。
实施例2
原料组成（重量份）：制备例2制得的改性聚氨酯200份、制备例1制得的Al2O3/TiO2纳米多孔中空球15份、丝素肽3-5份和硅烷偶联剂KH580 1-2份。
高弹力保暖面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将改性聚氨酯溶于甲苯中，加入硅烷偶联剂KH580，搅拌混合均匀后，加热至80℃，反应3h，加入碳酸钠饱和溶液，过滤，丙酮洗涤固体，干燥，得到预处理后的改性聚氨酯；
（2）将预处理后的改性聚氨酯加入螺杆注塑机中，加入Al2O3/TiO2纳米多孔中空球混合均匀，加热至190℃熔融喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性聚氨酯纤维；
（3）将丝素肽溶于水中，配置成质量百分比为15wt%的丝素肽溶液；
（4）将改性聚氨酯纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为单层纱，定时更换平板，保证在平板上形成的为单层熔喷纱；
（5）在每层单层纱上均匀喷洒丝素肽溶液，然后将单层熔喷纱叠放，压紧后进行焙烘，烘焙方式为先在80℃烘干3min，90℃下焙烘2min，焙烘后将织物进行水洗，最后烘干至恒重。
实施例3
原料组成（重量份）：制备例2制得的改性聚氨酯150份、制备例1制得的Al2O3/TiO2纳米多孔中空球12份、丝素肽4份和硅烷偶联剂KH550 1.5份。
高弹力保暖面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将改性聚氨酯溶于甲苯中，加入硅烷偶联剂KH550，搅拌混合均匀后，加热至70℃，反应2.5h，加入碳酸钠饱和溶液，过滤，丙酮洗涤固体，干燥，得到预处理后的改性聚氨酯；
（2）将预处理后的改性聚氨酯加入螺杆注塑机中，加入Al2O3/TiO2纳米多孔中空球混合均匀，加热至180℃熔融喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性聚氨酯纤维；
（3）将丝素肽溶于水中，配置成质量百分比为15wt%的丝素肽溶液；
（4）将改性聚氨酯纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为单层纱，定时更换平板，保证在平板上形成的为单层熔喷纱；
（5）在每层单层纱上均匀喷洒丝素肽溶液，然后将单层熔喷纱叠放，压紧后进行焙烘，烘焙方式为先在70℃烘干2min，85℃下焙烘1.5min，焙烘后将织物进行水洗，最后烘干至恒重。
对比例1
与实施例3相比，制备例1制得的Al2O3/TiO2纳米多孔中空球由对比制备例1替代，其他条件均不改变。
对比例2
与实施例3相比，制备例1制得的Al2O3/TiO2纳米多孔中空球由对比制备例2替代，其他条件均不改变。
对比例3
与实施例3相比，制备例1制得的Al2O3/TiO2纳米多孔中空球由对比制备例3替代，其他条件均不改变。
对比例4
与实施例3相比，制备例2制得的改性聚氨酯由聚氨酯（其中，R1=R2=C6H12）替代。
测试例1 力学性能测试
将本发明实施例1-3和对比例1-4制得的面料进行性能测试，结果见表1。
采用INSTRON3365万能强力仪测取面料的断裂强力、断裂伸长率，试样长*宽50cm*50cm。
表1
组别 断裂强力（N） 断裂伸长率（%）
实施例1 525 39
实施例2 529 41
实施例3 532 44
对比例1 510 38
对比例2 512 37
对比例3 425 30
对比例4 505 36
由上表可知，本发明制得的面料具有良好的力学性能。
测试例2 保温性能
将本发明实施例1-3和对比例1-4制得的面料进行导热系数测试，结果见表2。
表2
组别 导热系数（25℃）W/mK
实施例1 0.015
实施例2 0.014
实施例3 0.014
对比例1 0.018
对比例2 0.017
对比例3 0.020
对比例4 0.021
由上表可知，本发明制得的面料具有良好的保温性能。
测试例3 远红外线发射试验
将实施例1-3和对比例1-4制得的面料按照纺织行业检验标准Fz/T64010-2000《远红外纺织品》，经过50次洗涤后，进行法向发射率检测，结果见表3。
表3
组别 法向发射率 远红外线波长范围（μm） 最高辐射量对应的波长（μm） 经过500h后最高辐射量的减少量（%）
实施例1 0.87 4-16 9.0 10.2
实施例2 0.89 4-16 9.0 10.5
实施例3 0.91 4-16 9.1 9.9
对比例1 0.67 4-16 8.9 14.5
对比例2 0.70 4-16 8.9 15.2
对比例3 0.82 4-16 9.0 13.2
对比例4 0.35 4-16 8.5 19.7
由上表可知，本发明制得的面料能散发远红外线，从而具有良好的保健效果。
对比例1、2与实施例3相比，Al2O3/TiO2纳米多孔中空球由对比制备例1、2制得的替代，对比制备例1中未添加异丁醇铝，对比制备例2中未添加钛酸四丁酯，可见，对比例1、2中Al2O3/TiO2纳米多孔中空球为单一的Al2O3纳米多孔中空球或TiO2纳米多孔中空球，其远红外射线的发射性能显著下降，耐久性下降，而保温性能也有一定程度的下降。
对比例3与实施例3相比，Al2O3/TiO2纳米多孔中空球的制备过程中由表面活性剂替代了致孔剂，因此，制得的Al2O3/TiO2纳米中空球壳层上没有孔隙，因此，改性聚氨酯分子链无法贯穿中空球，导致无机粒子和有机基体相容性变差，力学性能显著下降。
对比例4与实施例3相比，采用普通聚氨酯替代改性聚氨酯，普通聚氨酯的仲氨基上没有长链烷烃，不具有相比储能性能，因此其制得的面料保温性能下降。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高弹力保暖面料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将改性聚氨酯溶于甲苯中，加入硅烷偶联剂，搅拌混合均匀后，加热至60-80℃，反应2-3h，加入碳酸钠饱和溶液，过滤，丙酮洗涤固体，干燥，得到预处理后的改性聚氨酯；
（2）将预处理后的改性聚氨酯加入螺杆注塑机中，加入Al2O3/TiO2纳米多孔中空球混合均匀，加热熔融喷丝，在热空气作用下拉伸后，得到改性聚氨酯纤维；
（3）将丝素肽溶于水中，得到丝素肽溶液；
（4）将改性聚氨酯纤维经牵伸气流牵引，吹向滚筒，并收集到平板上，依靠自身的热黏合成为单层纱，定时更换平板，保证在平板上形成的为单层熔喷纱；
（5）在每层单层纱上均匀喷洒丝素肽溶液，然后将单层熔喷纱叠放，压紧后进行焙烘，焙烘后将织物进行水洗，最后烘干至恒重；
其中所述改性聚氨酯具有如式Ⅰ所示结构：
Figure 517483DEST_PATH_IMAGE001
式Ⅰ；
其中，R1=CH3Ph、C6H12、PhCH2Ph；R2=C12-C20的烷基链；醇部分为聚乙二醇400、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇2000中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述加热熔融温度为170-190℃，所述焙烘方式为先在60-80℃烘干1-3min，80-90℃下焙烘1-2min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述高弹力保暖面料由以下原料按重量份制备而成：改性聚氨酯100-200份、Al2O3/TiO2纳米多孔中空球10-15份、丝素肽3-5份和硅烷偶联剂1-2份。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为带有氨基或巯基的硅烷偶联剂，选自KH550、KH580、KH590、KH602、KH792中的至少一种。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Al2O3/TiO2纳米多孔中空球的制备方法如下：
S1.将异丁醇铝、钛酸四丁酯和偶联剂溶于有机溶剂中，得到油相；
S2.将致孔剂溶于水中，得到水相；
S3.将油相与水相混合，调节pH值为9-11，乳化，搅拌反应3-5h，离心，固体用乙醇洗涤，干燥，煅烧，得到Al2O3/TiO2纳米多孔中空球。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述偶联剂为钛酸酯偶联剂和铝酸酯偶联剂的复配混合，质量比为（5-10）：3；所述钛酸酯偶联剂选自TMC-201、TMC-102、TMC-101、TMC-311w、TMC-311、TMC-3、TMC-114、TMC-2、TMC-27、TMC-4、TMC-401中的至少一种；所述铝酸酯偶联剂选自DL-411、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述致孔剂选自聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯、聚乙二醇辛基苯基醚和聚氧乙烯失水山梨醇脂肪酸酯中的至少一种；所述有机溶剂选自甲苯、乙苯、二甲苯、正癸烷、正己烷、正丙苯和异丙苯中的一种或多种；所述乳化条件为10000-15000r/min乳化5-10min，所述离心条件为3000-5000r/min离心15-20min；所述煅烧条件为500-700℃煅烧2-4h；所述异丁醇铝、钛酸四丁酯、致孔剂和偶联剂的质量比为100：（70-80）：（2-4）：（3-5）。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述改性聚氨酯由以下方法制备而成：将聚氨酯溶于甲苯后，加入KOH和烷烃碘，搅拌混合均匀后，加入1,2-环己二胺和CuI，升温至110-130℃反应3-5h，加入碳酸钠饱和溶液，过滤，用丙酮洗涤固体，干燥，得到改性聚氨酯。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述聚氨酯、KOH、烷烃碘、1,2-环己二胺和CuI的质量比为10：（15-30）：（25-52）：（20-40）：（1-2）。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的高弹力保暖面料。
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