CN114525595B - 一种稀土基保暖复合纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种稀土基保暖复合纤维及其制备方法和应用，复合纤维由混合切片1和混合切片2经过熔融纺丝工艺制备而得，混合切片1含有稀土蓄热功能粉体和成纤聚合物，其中稀土蓄热功能粉体的含量为1‑30wt%，混合切片2为成纤聚合物或者稀土蓄热功能粉体和成纤聚合物的混合物，其中稀土蓄热功能粉体的含量为0‑10wt%。本发明创造所述的纤维制备得到的织物相较于普通织物，稀土蓄热保暖织物在相同测试条件下可以有效提高人体表皮温度1‑5℃。

Description

一种稀土基保暖复合纤维及其制备方法和应用

技术领域

本发明创造属于纺织织造技术领域，尤其是涉及一种稀土基保暖复合纤维及其制备方法和应用。

背景技术

传统服装通过覆盖人体表面阻止人体的热量向外散失而实现保暖作用，但是无论羽绒或者棉衣在潮湿情况下保暖性都会有所丧失，特别是羽绒服在潮湿、遇水的情况下，因填充物发生结构改变导致空气储存量发生很大变化，干湿态保暖效果差别较为明显。棉衣虽然对湿度不敏感，但为了达到较好的保温效果，一般具有较大的厚度，呈现出臃肿、庞大等不美观的感觉。随着科技的发展，功能性穿戴是服装发展的主流方向，人们对穿戴的要求不仅仅是简单的遮寒蔽体，轻薄、时尚、保暖性好的等功能性服装的需求越来越迫切。

为了制备轻薄且保暖性好的功能性织物，科研人员进行了深入的研究和开发，现有的功能性保暖技术有远红外反射、相变储能材料、温度致变纤维、电阻发热纤维等。制备方法上有蓄热保暖涂层，功能性单元植入，主动性能量提供等方式。但是，现有技术也存在着比较明显的缺点：

如专利CN201710153791.5-《保暖纤维面料及其生产工艺》公开了一种保暖纤维面料，其为多层缝合面料，由内至外依次包括：混纺织物层、红外线反射膜层、阻燃布料层、防水布料层，所述防水布料层的外表面还设有抗静电涂层。红外线反射膜可以反射人体发散出的红外线，可进一步提高保暖效果。但这种涂层类远红外反射膜不耐水洗，随着穿着时间的增长以及水洗次数的增加其功能性逐渐降低，使用寿命短。

如专利CN202020516522.8 《一种腈纶混纺保暖舒适针织面料》公开了一种腈纶混纺保暖舒适针织面料，包括交织网格层和纬编织层，所述交织网格层的顶面贴合连接有喷绒布层，所述喷绒布层的顶面连接所述纬编织层，所述交织网格层的底面贴合连接有保暖层，所述保暖层的底面连接有里料层，所述喷绒布层中掺杂有银离子颗粒和活性炭颗粒，所述保暖层中掺杂有相变保温材料颗粒。但相变材料制备工艺复杂，且耐温性差，加工过程中受温度影响较高，特别是不易采用熔融纺丝技术进行纤维制备。

如专利CN201910263620.7 -《一种保暖服装材料的制造方法及一种保暖服装材料》公开了一种保暖服装材料，包括基布层、绝缘层和导热层，绝缘层、导热层均位于基布层内侧，所述基布层的内表面设有金属镀膜层，绝缘层位于所述金属镀膜层、导热层之间，所述金属镀膜层上形成有电阻电路。所述金属镀膜层由等离子辅助镀膜工艺而形成，绝缘层能贴紧金属镀膜层起到绝缘防水的目的。但主动性供热的电阻纤维耐久性差，容易发生断路和短路，且需要持续外部能源供应，不能从根本上解决问题。

发明内容

有鉴于此，本发明采用了一种新型的稀土功能材料作为植入组分添加到纤维中，制备方法简单有效，解决了涂层法制备的面料不耐清洗和相变材料加工困难的问题，同时不需要外部能源供应，利用人体自身热量进行温度调节，通过吸收人体散发的能量并储存起来，再向人体反馈，从而使人体温热感增强，提高了人的体感温度。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种稀土基保暖复合纤维，所述复合纤维由混合切片1和混合切片2经过熔融纺丝工艺制备而得，混合切片1含有稀土蓄热功能粉体和成纤聚合物，其中稀土蓄热功能粉体的含量为1-30wt%，混合切片2为成纤聚合物或者稀土蓄热功能粉体与成纤聚合物的混合物，其中稀土蓄热功能粉体的含量为0-10wt%；

混合切片1和混合切片2中的稀土蓄热功能粉体由质量比为（1-3）：（1-3）：（4-8）的粉体A、粉体B和粉体C组成，其中，粉体A包括氧化镧、氧化铈、氧化镧铈、磷酸镧铈中的一种或多种，粉体B包括六硼化镨、六硼化镧、六硼化铈、六硼化铷、六硼化铕、六硼化钇、六硼化镧铕、六硼化镧铈、炭黑石墨烯混合体中的一种或多种，粉体C包括氧化锡锑和/或铯钨青铜。

优选的，混合切片1和混合切片2中的成纤聚合物均独立地选自：对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯（PBT）、聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）、聚酰胺（PA）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚乳酸（PLA）、聚苯乙烯（PS）、聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚偏氟乙烯（PVDF）聚合物中的一种或多种。

优选的，所述稀土蓄热功能粉体的粒径为100-450 nm。

优选的，混合切片1中稀土蓄热功能粉体的含量高于混合切片2中稀土蓄热功能粉体的含量。

优选的，稀土基保暖复合纤维的单丝纤度范围0.05-30D，纤维直径范围0.01-1.5mm。

优选的，当稀土基保暖复合纤维的单丝纤度范围0.05-1D时，混合切片1中稀土蓄热功能粉体的含量为1-10wt%，当稀土基保暖复合纤维的单丝纤度范围1-30D时，混合切片1中稀土蓄热功能粉体的含量为1-30wt%。

优选的，混合切片1和混合切片2中的成纤聚合物的种类相同或不同，更优选为种类相同。

优选的，混合切片1和混合切片2中的稀土蓄热功能粉体种类和配比相同或不同。

优选的，稀土基保暖复合纤维的结构为皮芯结构、单十字结构、双十字结构、多叶形结构、橘瓣结构、并列结构、旋转对称方位结构、裂片结构、海岛结构、径向梯度浓度结构、三角形结构、三叶形结构、扁平型结构中的至少一种。稀土基保暖复合纤维的截面结构也可为其他异形截面，可根据最终成品的要求，选择不同喷丝孔形状的喷丝板进而得到不同的纤维的截面形状。

优选的，所述稀土基保暖复合纤维的结构为皮芯结构，其中皮层由混合切片1制得，芯层由混合切片2制得。

本发明还提供了一种上述稀土基保暖复合纤维的制备方法，包括如下步骤：

S1、稀土蓄热功能母粒的制备：

S11：称取稀土蓄热功能粉体和分散剂，将二者在容器中的分散介质中搅拌混合，形成稀土蓄热功能粉体混合浆料，将混合均匀的稀土蓄热功能粉体混合浆料与成纤聚合物粉体混合得到复合粉体；

优选的，稀土蓄热功能粉体和分散剂放入浆料混合设备中混合，混合设备的转速30-1000转/分钟，优选100-300转/分钟，混合时间60-300分钟，优选120-180分钟。

优选的，稀土蓄热功能粉体混合浆料与成纤聚合物粉体放入点动高速搅拌机混合，点动高速搅拌机转速500-3000转/分钟，优选800-1000转/分钟，混合时间1-30分钟，优选5-15分钟，点动搅拌间歇时间10-120秒，优选30-60秒。

S12：将复合粉体真空干燥至粉体含水量低于500ppm后加入双螺杆挤出机中进行造粒即得稀土蓄热功能母粒，造粒温度为200-300℃，转速50-300转/分钟；

优选的，复合粉体在40-80℃真空干燥2-8h优选60-70℃干燥4-6h，避免粉体板结，然后升高温度至100-130℃继续干燥8-24h，优选110-120℃，干燥12-16h，避免聚合物过度氧化。

S2、稀土蓄热功能纤维的制备：

将稀土蓄热功能母粒分别与成纤聚合物混合均匀得到混合切片1和混合切片2，将混合切片1和混合切片2分别真空干燥至含水量低于300ppm，通过熔融纺丝工艺制备稀土基保暖复合纤维，纺丝温度为150-350℃，卷绕速度为1800-5000m/分钟。

优选的，混合切片1和混合切片2分别在110-130℃下真空干燥8-12h。

此外，纤维制备方案中还可以通过复合纺丝技术调控纤维中稀土蓄热粉体浓度梯度分布。

本发明还提供一种由上述稀土基保暖复合纤维制备得到的稀土蓄热功能织物。

上述稀土蓄热功能织物的制备方法包括如下步骤：

将稀土基保暖复合纤维通过机织或者针织获得稀土蓄热功能织物，所述织物包括经纱和纬纱，所述经纱和/或纬纱选用上述稀土基保暖复合纤维。

本发明还提供一种稀土蓄热功能织物在服装或家纺领域的应用。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明中使用的稀土蓄热功能粉体具有较高的红外反射率和折射率，通过精确调控粉体颗粒尺寸和分布，特别是对人体7-14um波长的红外辐射具有更高的反射效果，人体自身通过红外辐射散发的热量能够被再次利用返回人体。同时，结合蓄热稀土材料的局域表面等离子共振效应，吸收并储存太阳光的大部分能量，发射的远红外辐射使人体细胞产生共振，加速细胞分子运动，实现从人体内部加热的效用。因此，人体自身通过红外辐射散发的热量能够被再次利用返回人体，从而两者结合实现了更好的保温效果。对比发现，相较于普通织物，稀土蓄热保暖织物在相同测试条件下可以有效提高人体表皮温度1-5℃。

采用熔融纺丝技术在聚合物纤维内部引入适当浓度稀土蓄热功能颗粒，通过精确调控微纳颗粒尺寸和纤维内部复合结构，使纤维在充分利用人体自身散失热量和太阳光的能量从而具备优异的蓄热保暖性能。同时高含量的功能粉体能够提高纤维的蓄热保暖功能，但是会降低纤维的力学性能，不利于纤维的制备和后加工，为了达到兼具较好力学性能和蓄热保暖性能的纤维，采用复合纺丝技术，引入第二组分作为支撑层支撑材料提高了高浓度添加量纤维的力学性能。同时，可以通过调节两种组分的复合比例，可以根据不同的应用场景对纤维进行力学性能和功能性之间的调控。

此外，利用熔融纺丝技术制备的异形纤维能够改变纤维弹性，增加纤维之间的抱合性，增加的表面积对光线的反射性增强，减小了织物的透明度。橘瓣纤维和海岛纤维可以通过机械开松或溶剂开松工艺制备常规纺丝技术达不到的单丝纤度0.05D左右的超细纤维，该纤维制备的织物手感柔软爽滑，具有较好的覆盖性、蓬松性和保暖性。

综上，采用熔融复合纺丝技术制备的稀土蓄热保暖异形纤维、复合纤维和超细纤维兼备优异的力学蓄热保暖性能、较好的力学性能、弹性稳定性和高舒适性，得到可制备轻薄、舒适、适用于人体皮肤表面保温的蓄热保暖织物，并具有可大规模批量制备、成本可控，生产效率高等优点。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为实施例1纤维的截面示意图；

图3为实施例2纤维的截面示意图；

图4为实施例3纤维的截面示意图；

图5为实施例4纤维的截面示意图；

图6为实施例5纤维的截面示意图。

具体实施方式

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

下面结合实施例来详细说明本发明创造。

实施例及对比例中使用的原料的来源为：

分散剂选用聚酰胺蜡；

分散介质选用去离子水；

铯钨青铜：天津包钢稀土研究院购买TTO20211231CN；

磷酸镧铈：市售包头稀土研究院湿法冶金所；

氧化镧铈：市售包头稀土研究院湿法冶金所；

氧化镧：市售1312-81-8；

氧化铈：市售1345-13-7；

六硼化镨：包头稀土研究院购买202110PLF；

六硼化镧：包头稀土研究院购买L料202110LLF；

六硼化铈：包头稀土研究院购买C料202110CLF；

六硼化铷：包头稀土研究院购买202110RLF；

六硼化钇：包头稀土研究院购买Y料202110YLF；

六硼化铕：包头稀土研究院购买E料202110ELF；

六硼化镧铕：包头稀土研究院购买20211020LULF；

六硼化镧铈：包头稀土研究院购买20211020LSLF；

炭黑石墨烯混合体：泰诺康泽市售工业级。

实施例1：

如图2所示，该实施例制得的稀土基保暖复合纤维为皮芯结构，该纤维包含混合切片1和混合切片2，混合切片1的聚合物基底材料为稀土蓄热功能母粒与聚对苯二甲酸乙二酯（PET）的混合材料，掺杂的稀土蓄热功能粉体颗粒为质量比为3:2:1:10:8的氧化镧铈、六硼化镧、六硼化镧铕、氧化锡锑、铯钨青铜的混合粉体，粒径均为300nm，混合材料中混合粉体的掺杂比例为0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%、35 wt %。该混合切片2中的聚合物为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）以及稀土蓄热功能粉体掺杂比例为0 wt%、1wt%、5wt%、10wt%的混合材料。

上述稀土基保暖复合纤维的制备工艺如图1所示，具体步骤如下：

1）稀土蓄热功能母粒的制备

取分散剂和700g稀土蓄热功能粉体放入分散介质的搅拌混合，混合设备的转速为200转/分钟，混合时间为120分钟，混合均匀后形成1000g的混合浆料。

将2000g 聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片粉碎至粉末状，加入1000g 稀土蓄热功能粉体含量为700g的混合浆料，通过点动高速搅拌机混合均匀，点动高速搅拌机转速为1000转/分钟，混合时间为10分钟，点动搅拌间歇时间为60秒，得到复合粉体。将复合粉体在60℃干燥5h，避免粉体板结，然后升高温度至120℃，干燥15h，避免聚合物过度氧化，得到含水量低于500ppm的复合粉体。将干燥后的复合粉体通过双螺杆挤出机在260℃，转速为300转/分钟，8MPa压力下挤出熔体铸带，通过水浴进行快速固化后切粒制备固含量为35wt%的稀土蓄热功能母粒。

2）熔融纺丝制备稀土基保暖复合纤维

将步骤1）中的稀土蓄热功能母粒调配同类型常规PET切片所制备混合切片作为混合切片1，同类型常规PET切片作为混合切片2，分别在80℃下真空干燥4h，在130℃下真空干燥12h，干燥完毕后混合切片1含水量低于200ppm，混合切片2含水量低于50ppm。通过熔融复合纺丝技术制备POY稀土蓄热功能纤维，混合切片1螺杆各区温度分为四个区，分别为260℃、270℃、270℃和270℃，混合切片2螺杆各区温度分为四个区，分别为270℃、280℃、280℃和280℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃。在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过2800m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到皮层掺杂比例为0.5wt%、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt%、35wt%稀土蓄热功能粉体且皮芯比例50:50的稀土功能粉体的125D/48f规格的皮芯复合蓄热功能纤维。通过POY-DTY加工方法将纤维的剩余拉伸和加捻变形一步完成制备75D/48f规格的拉伸变形纱线。

3）稀土蓄热织物的制备

取300根长度100米的稀土蓄热功能纱线，通过穿经操作使其整齐排列于综框中作为经纱，并调整卷布辊使经纱的张力均匀且松紧适度；在梭子上缠绕单根2000米稀土蓄热功能纤维作为纬纱，通过由开口机构按序带动上下两层经纱形成的梭口通道，将梭子往复交替通过梭口通道进行编织，并随时根据织物均匀性调整纬纱的排列密度，待完成织造长度20米后，在卷布辊上引离织物，由此分别得到幅宽40公分，长度20米的皮层均匀掺杂比例为0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、20wt%、30wt% 、35wt %稀土蓄热功能粉体、芯层零掺杂且皮芯比例50:50的皮芯结构的稀土蓄热功能的保暖织物，同时制备芯层中稀土蓄热功能粉体掺杂比例为1wt%、5wt%、10wt%和皮层中稀土蓄热功能粉体掺杂比例为10 wt%且皮芯比例50:50的皮芯结构的稀土蓄热功能的保暖织物。

对比例1

该对比例1中，稀土蓄热功能纤维为单一结构的稀土蓄热功能纤维，其截面为单一圆形，该稀土蓄热功能纤维的聚合物基底为聚对苯二甲酸乙二酯（PET），掺杂的稀土蓄热功能颗粒为同实施例1，粉体颗粒的粒径为300nm，重量占比为30wt%。

具体步骤为：

1）稀土蓄热功能母粒的制备

同实施例1。

2）熔融纺丝制备稀土基保暖复合纤维

将过程1）中的稀土蓄热功能母粒和同类型常规PET切片调配成稀土功能粉体固含量为30wt%的混合切片，将上述混合切片在80℃下真空干燥4h，在130℃下真空干燥12h，干燥完毕后共混切片含水量低于50ppm。通过熔融高速纺丝技术制备POY稀土蓄热功能纤维，螺杆各区温度分为四个区，分别为260℃、270℃、270℃和270℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃。在螺杆转速为21Hz、稳定螺杆压力为5.2Mpa，组件压力为3.4MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过2800m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到均匀掺杂30wt%稀土功能粉体的125D/48f规格的单组份蓄热功能纤维。通过POY-DTY加工方法将纤维的剩余拉伸和加捻变形一步完成制备75D/48f规格的拉伸变形纱线。

3）稀土蓄热织物的制备

取300根长度100米的稀土蓄热功能纱线，通过穿经操作使其整齐排列于综框中作为经纱，并调整卷布辊使经纱的张力均匀且松紧适度；在梭子上缠绕单根2000米稀土蓄热功能纤维作为纬纱，通过由开口机构按序带动上下两层经纱形成的梭口通道，将梭子往复交替通过梭口通道进行编织，并随时根据织物均匀性调整纬纱的排列密度，待完成织造长度20米后，在卷布辊上引离织物，由此得到一块幅宽40公分，长度20米的均匀掺杂30wt%稀土蓄热功能的保暖织物。

取对比例1和实施例1的稀土基保暖复合纤维采用单丝强力仪进行力学性能测试和对保暖织物进行保暖性能测试（红外辐照升温测试），结果见表1。

表1 力学性能和保温性能对比

纤维结构	皮层粉体掺杂浓度	芯层粉体掺杂浓度	力学性能	温差（℃）
					皮芯结构	0.5 wt %	0	3.9cN/dtex	0℃
皮芯结构	1 wt%	0	3.8cN/dtex	1℃
					皮芯结构	5 wt%	0	3.3cN/dtex	2.5℃
皮芯结构	10 wt%	0	2.5cN/dtex	3℃
					皮芯结构	15 wt%	0	2.1cN/dtex	3℃
皮芯结构	20 wt%	0	1.7cN/dtex	3.5℃
					皮芯结构	30 wt%	0	1.1cN/dtex	4℃
皮芯结构	35 wt %	0	0.2cN/dtex	4℃
					皮芯结构	10 wt%	1 wt%	3.3cN/dtex	2℃
皮芯结构	10 wt%	5 wt%	2.8cN/dtex	2.5℃
					皮芯结构	10 wt%	10 wt%	2.5cN/dtex	3℃
单一结构	30 wt%	0	0.7cN/dtex	4℃

由表1的数据结果可以看出，在同等条件下，实施例1中稀土蓄热功能粉体掺杂浓度为1-30%的皮芯结构纤维的断裂强度高于对比例1单一结构以及稀土蓄热功能粉体掺杂浓度超过30%的纤维的纤维断裂强度，这是因为通过熔融复合纺丝法制备的复合纤维芯层的支撑作用提高了纤维的力学性能，提高了高浓度组分的纤维可纺性。通过复合纺丝技术调节掺杂稀土蓄热功能粉体的浓度和粉体在纤维内部的结构，使稀土基保暖复合纤维兼顾蓄热保暖性能的同时具有良好的力学性能，有利于稀土基保暖复合纤维的后续加工。

实施例2

该实施例2中的纤维为十字对称结构的稀土基保暖复合纤维，其截面如图3所示十字型结构，该稀土基保暖复合纤维的混合切片1的聚合物基底为聚酰胺6（PA6），掺杂的稀土蓄热功能颗粒为质量比为2:1:1:1:4:2的磷酸镧铈、六硼化铈、六硼化镧铈、六硼化铕、氧化锡锑、铯钨青铜的混合粉体，粒径均为300nm，混合材料中混合粉体的掺杂比例为0 wt %、0.1 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %，混合切片2中的聚合物为聚对苯二甲酸乙二酯（PET）。

上述稀土基保暖复合纤维的制备工艺如图1所示，具体步骤如下：

1）稀土蓄热功能母粒的制备；

取分散剂和700g稀土蓄热功能粉体放入分散介质的搅拌混合，混合设备的转速为200转/分钟，混合时间为120分钟，混合均匀后形成1000g的混合浆料。

将2000g 聚酰胺6（PA6）切片粉碎至粉末状，加入1000g 稀土蓄热功能粉体固含量为700g的混合浆料，通过点动高速搅拌机混合均匀，点动高速搅拌机转速为1000转/分钟，混合时间为10分钟，点动搅拌间歇时间为60秒，得到复合粉体。将复合粉体在60℃干燥5h，避免粉体板结，然后升高温度至120℃，干燥15h，避免聚合物过度氧化，得到含水量低于500ppm的复合粉体。将干燥后的复合粉体通过双螺杆挤出机在280℃，转速为300转/分钟，7MPa压力下挤出熔体铸带，通过水浴进行快速固化后切粒制备固含量为35wt%的稀土蓄热功能母粒。

2）熔融纺丝制备稀土基保暖复合纤维；

将过程1）中的稀土蓄热功能母粒和同类型常规PA6切片调配成稀土功能粉体固含量分别为0wt%、0.1 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %的混合切片作为混合切片1，PET切片作为混合切片2。将上述混合切片分别在80℃下真空干燥4h，在130℃下真空干燥12h，干燥完毕后共混切片1含水量低于400ppm，混合切片2含水量低于50ppm。通过熔融复合纺丝技术制备POY稀土基保暖复合纤维，混合切片1螺杆各区温度分为四个区，分别为270℃、280℃、285℃和285℃，混合切片2螺杆各区温度分为四个区，分别为260℃、27℃、275℃和275℃，计量泵温度为280℃，纺丝组件温度为290℃。在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.3Mpa，组件压力为4.2MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过2800m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到一半含稀土蓄热功能粉体且另一半为PET的125D/48f规格的稀土基保暖复合。通过POY-DTY加工方法将纤维的剩余拉伸和加捻变形一步完成制备75D/48f规格的拉伸变形纱线。

3）稀土蓄热织物的制备

织物的制备步骤与实施例1相同，由此分别得到幅宽40公分，长度20米的含0wt%、0.1 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %稀土蓄热功能粉体的十字型结构的保暖织物。

取实施例2的稀土基保暖复合纤维采用单丝强力仪进行力学性能测试和对保暖织物进行保暖性能测试（红外辐照升温测试），结果见表2。

表2 力学性能测试以及保暖性能测试结果

纤维截面形状	粉体掺杂浓度	力学性能	温差（℃）
				十字形	0wt%	4.1 cN/dtex	0℃
十字形	0.5 wt %	3.9 cN/dtex	0.5℃
				十字形	1wt%	3.6cN/dtex	1℃
十字形	5wt%	3.3cN/dtex	2.5℃
				十字形	10wt%	2.5cN/dtex	3℃
十字形	15 wt%	1.6 cN/dtex	3.5℃
				十字形	20 wt%	1.1 cN/dtex	3.5℃
十字形	30 wt%	0.9 cN/dtex	4℃
				十字形	35 wt %	0.3 cN/dtex	4℃

由上表可以看出，实施例2的十字型纤维中稀土蓄热功能粉体掺杂浓度为1-30%时断裂强度高于及稀土蓄热功能粉体掺杂浓度超过30%的纤维的纤维断裂强度，该十字型纤维兼具了良好的力学性能和保温性能。另外，十字型纤维能改善圆形纤维易起球的缺点，较大的表面积还能增强覆盖能力，减小织物的透明度。还能增强纤维间的抱合力，提高纤维的蓬松性和透气性，使得十字型纤维制备的面料具备质轻、保暖、吸湿性好等优点。

实施例3

如图4所示，该实施例中制备的稀土基保暖复合纤维的截面为圆形，包含的两种组分形状分别为圆形中的半圆。混合切片1中的聚合物为聚对苯二甲酸乙二酯（PET），混合切片1中掺杂的稀土蓄热功能颗粒为质量比为1:1:1:1:1:3:3的氧化镧、氧化铈、六硼化铈、六硼化钇、炭黑石墨烯混合体、氧化锡锑、铯钨青铜的混合粉体，粒径均为300nm，混合材料中混合粉体的掺杂比例为0、0.1 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %，混合切片2中的聚合物为聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）。

上述稀土基保暖复合纤维的制备工艺如图1所示，具体步骤如下：

1）稀土蓄热功能母粒的制备

取分散剂和700g稀土蓄热功能粉体放入分散介质的搅拌混合，混合设备的转速为200转/分钟，混合时间为120分钟，混合均匀后形成1000g的混合浆料。

将2000g 聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片粉碎至粉末状，加入1000g 固含量为700g的混合浆料，通过点动高速搅拌机混合均匀，点动高速搅拌机转速为1000转/分钟，混合时间为10分钟，点动搅拌间歇时间为60秒，得到复合粉体。将复合粉体在60℃干燥5h，避免粉体板结，然后升高温度至120℃，干燥15h，避免聚合物过度氧化，得到含水量低于500ppm的复合粉体。将干燥后的复合粉体通过双螺杆挤出机在260℃，转速为300转/分钟，8MPa压力下挤出熔体铸带，通过水浴进行快速固化后切粒制备固含量为35wt%的稀土蓄热功能母粒。

2）熔融纺丝制备稀土基保暖复合纤维

将过程1）中的稀土蓄热功能母粒和同类型PET切片调配成稀土蓄热功能粉体固含量分别为0wt%、0.1 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %的混合切片作为混合切片1，PTT切片作为混合切片2，分别在80℃下真空干燥4h，在130℃下真空干燥12h，干燥完毕后混合切片1含水量低于200ppm，混合切片2含水量低于50ppm。通过熔融复合纺丝技术制备POY稀土基保暖复合纤维，混合切片1螺杆各区温度分为四个区，分别为270℃、280℃、280℃和280℃，混合切片2螺杆各区温度分为四个区，分别为260℃、270℃、270℃和270℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃。在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过2800m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到一半含稀土蓄热功能粉体且另一半为PTT的75D/48f规格的复合蓄热功能纤维。

3）稀土蓄热织物的制备

织物的制备步骤与实施例1相同，由此分别得到幅宽40公分，长度20米的纤维截面一半分别含0、0.1 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %稀土蓄热功能粉体且另一半为PTT的稀土蓄热功能的保暖织物。

取实施例3的稀土基保暖复合纤维采用沸水收缩测试仪进行沸水收缩率测试和对保暖织物进行保暖性能测试（红外辐照升温测试），结果见表3。

表3 沸水收缩率测试以及保暖性能测试结果

纤维截面形状	粉体掺杂浓度	沸水收缩率	力学性能	温差（℃）
					圆形	0	15%	3.8cN/dtex	0℃
半圆对称	0.1 wt %	20%	3.7 cN/dtex	0℃
					半圆对称	1wt%	22%	3.3 cN/dtex	0.5℃
半圆对称	5wt%	21%	2.7 cN/dtex	2℃
					半圆对称	10wt%	21%	2.1 cN/dtex	2.5℃
半圆对称	15 wt%	23%	1.8 cN/dtex	2.5℃
					半圆对称	20 wt%	20%	1.4 cN/dtex	3℃
半圆对称	30 wt%	22%	0.9 cN/dtex	3.5℃
					半圆对称	35 wt %	22%	0.1 cN/dtex	3.5℃

由上表可以看出，实施例3所制备的并列结构纤维的因不同组分之间存在热收缩率差异，受热后的纤维两组分收缩应力不同而产生扭曲，呈现了良好的伸缩性和弹性。与圆形结构纤维相比，实施例3中的并列结构纤维及其织物在具有优异蓄热保暖性能的同时，纤维兼具了良好的力学性能以及更好的柔性和蓬松性，增强了织物的舒适性。

实施例4

该实施例4中的纤维为一种截面为橘瓣结构的稀土基保暖复合纤维，其截面如图5所示。该纤维包含两种混合切片，混合切片1为稀土蓄热功能粉体与聚酰胺6（PA6）的复合切片，掺杂的功能粉体颗粒为质量比为3:1:2:5的氧化镧铈、六硼化镨、六硼化铷、氧化锡锑的混合粉体，粒径均为300nm，混合材料中混合粉体的掺杂比例为0wt%、0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、12wt%。混合切片2中的聚合物为聚对苯二甲酸丙二酯（PTT），稀土蓄热功能粉体为零掺杂。

上述稀土基保暖复合纤维的制备工艺如图1所示，具体步骤如下：

1）稀土蓄热功能母粒的制备

取分散剂和240g稀土蓄热功能粉体放入分散介质的搅拌混合，混合设备的转速为200转/分钟，混合时间为120分钟，混合均匀后形成1000g的混合浆料。

将2000g 聚酰胺6（PA6）切片粉碎至粉末状，加入1000g 固含量为240g的混合浆料，通过点动高速搅拌机混合均匀，点动高速搅拌机转速为1000转/分钟，混合时间为10分钟，点动搅拌间歇时间为60秒，得到复合粉体。将复合粉体在60℃干燥5h，避免粉体板结，然后升高温度至120℃，干燥15h，避免聚合物过度氧化，得到含水量低于500ppm的复合粉体。将干燥后的复合粉体通过双螺杆挤出机在280℃，转速为300转/分钟，8MPa压力下挤出熔体铸带，通过水浴进行快速固化后切粒制备固含量为12wt%的稀土蓄热功能母粒。

2）熔融纺丝制备稀土基保暖复合纤维

将过程1）中的稀土蓄热功能母粒和同类型PA6切片调配成稀土功能粉体固含量分别为0、0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、12wt%的混合切片作为混合切片1，PTT切片作为混合切片2，分别在80℃下真空干燥4h，在130℃下真空干燥12h，干燥完毕后混合切片1含水量低于400ppm，混合切片2含水量低于50ppm。通过熔融复合纺丝技术制备POY稀土基保暖复合纤维，组分1螺杆各区温度分为四个区，分别为270℃、280℃、290℃和290℃，计量泵温度为280℃。组分2螺杆各区温度分为四个区，分别为260℃、270℃、270℃和270℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为290℃。在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过2800m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到插入的橘瓣分别含0wt%、0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、12wt%稀土蓄热功能粉体且另一半为PTT的不同规格的橘瓣形复合蓄热功能纤维，通过机械开松工艺对橘瓣形纤维进行开纤处理，使得单根纤维各橘瓣分开形成16根的超细纤维束。通过POY-DTY加工方法将纤维的剩余拉伸和加捻变形一步完成制备不同规格的拉伸变形纱线。

3）稀土蓄热织物的制备

织物的制备步骤与实施例1相同，由此分别得到幅宽40公分，长度20米的插入的一半橘瓣型且含0wt%、0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、12wt%稀土蓄热功能粉体，另一半橘瓣形为PTT的稀土蓄热功能的保暖织物。

取实施例4的稀土基保暖复合纤维测量纤度并对保暖织物进行保暖性能测试（红外辐照升温测试），结果见表4。

表4 纤度以及保暖性能测试结果

纤维截面形状	粉体掺杂浓度	单丝纤度	力学性能	温差（℃）
					单一橘瓣	0	0.1D	3.9 cN/dtex	0℃
单一橘瓣	0.5 wt %	0.05D	3.4 cN/dtex	1℃
					单一橘瓣	1wt%	0.1D	3.3 cN/dtex	1℃
单一橘瓣	5wt%	0.5D	2.9 cN/dtex	2.5℃
					单一橘瓣	10wt%	1D	2.3 cN/dtex	3℃
单一橘瓣	12wt%	0.1D	1.9 cN/dtex	3℃

由表4可以看出，实施例4中的稀土基保暖复合纤维兼具了良好的力学性能以及保暖性能，实施例4所制备的纤维可以通过化学试剂溶解、物理剥离、机械处理等方法得到超细纤维，超细纤维所制备的织物在具有优异蓄热保暖性能的同时，更高的柔软度和舒适性。

实施例5

该实施例5中的纤维为一种截面为海岛结构的稀土蓄热功能纤维，其截面如图6所示。该纤维包含两种组分，海组分的聚合物基底材料为稀土蓄热功能粉体与聚酰胺6（PA6）的复合材料，掺杂的功能粉体颗粒为质量比为1:1:1:0.5:1:0.5:0.5:0.5:3:4的磷酸镧铈、氧化镧、氧化铈、六硼化镧、六硼化铈、六硼化铷、六硼化铕、六硼化镧铕、氧化锡锑、铯钨青铜的混合粉体，粒径均为300nm，混合材料中混合粉体的掺杂比例为0wt%、0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %。岛组分中的聚合物为聚对苯二甲酸丙二酯（PTT），稀土蓄热功能粉体为零掺杂。

上述稀土基保暖复合纤维的制备工艺如图1所示，具体步骤如下：

1）稀土蓄热功能母粒的制备

取分散剂和240g稀土蓄热功能粉体放入分散介质的搅拌混合，混合设备的转速为200转/分钟，混合时间为120分钟，混合均匀后形成1000g的混合浆料。

将2000g 聚酰胺6（PA6）切片粉碎至粉末状，加入1000g 固含量为240g的混合浆料，通过点动高速搅拌机混合均匀，点动高速搅拌机转速为1000转/分钟，混合时间为10分钟，点动搅拌间歇时间为60秒，得到复合粉体。将复合粉体在60℃干燥5h，避免粉体板结，然后升高温度至120℃，干燥15h，避免聚合物过度氧化，得到含水量低于500ppm的复合粉体。将干燥后的复合粉体将混合材料通过双螺杆挤出机在280℃，转速为300转/分钟，8MPa压力下挤出熔体铸带，通过水浴进行快速固化后切粒制备固含量为12wt%的稀土蓄热功能母粒。

2）熔融纺丝制备稀土基保暖复合纤维

将过程1）中的稀土蓄热功能母粒和同类型PA6切片调配成稀土功能粉体固含量分别为0wt%、0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %的混合切片作为海组分，PTT切片作为岛组分，分别在80℃下真空干燥4h，在130℃下真空干燥12h，干燥完毕后海组分含水量低于400ppm，岛组分切片含水量低于50ppm。通过熔融复合纺丝技术制备POY稀土蓄热功能纤维，海组分螺杆各区温度分为四个区，分别为270℃、280℃、290℃和290℃，计量泵温度为280℃。岛组分螺杆各区温度分为四个区，分别为260℃、270℃、270℃和270℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为290℃。在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过2800m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到海组分分别含0wt%、0.5 wt %、1wt%、5wt%、10wt%、15wt%、30 wt %、35 wt %稀土蓄热功能粉体且岛组分为PTT的125D/32f规格的海岛结构复合蓄热功能纤维，通过溶剂去除岛组分后采用DTY加工方法将纤维的剩余拉伸和加捻变形一步完成制备45D/32f规格的中空拉伸变形纱线。

3）稀土蓄热织物的制备

织物的制备步骤与实施例1相同，由此分别得到幅宽40公分，长度20米的海组分含稀土蓄热功能粉体且岛组分为PTT的125D/32f规格的海岛结构复合蓄热功能纤维，通过溶剂去除岛组分后采用DTY加工方法将纤维的剩余拉伸和加捻变形一步完成制备45D/32f规格的中空拉伸变形纱线。稀土蓄热功能粉体稀土蓄热功能的保暖织物。

取实施例5的稀土基保暖复合纤维进行力学性能测试，并对保暖织物进行保暖性能测试（红外辐照升温测试），结果见表5。

表5力学性能测试以及保暖性能测试结果

纤维截面形状	粉体掺杂浓度	力学性能	温差（℃）
				多孔中空	0	3.2 cN/dtex	0℃
多孔中空	0.5 wt %	3.0 cN/dtex	0.5℃
				多孔中空	1wt%	2.8cN/dtex	1.5℃
多孔中空	5wt%	2.3cN/dtex	3℃
				多孔中空	10wt%	1.8cN/dtex	3.5℃
多孔中空	15wt%	1.4 cN/dtex	3.5℃
				多孔中空	20 wt %	1.1 cN/dtex	4℃
多孔中空	30 wt %	0.8 cN/dtex	4.5℃
				多孔中空	35 wt %	0.1 cN/dtex	4.5℃

由上表可以看出，将实施例5制备的海岛结构纤维兼具了良好的力学性能和保温性能，将岛组分去除可以得到多孔性中空纤维，该纤维具有更好的弹性和蓬松性，因其内部可以容纳更多的空气使得纤维具有更好的隔热保温性能。此外，海岛纤维制备的织物光泽更加柔和，舒适性更高。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种稀土基保暖复合纤维，其特征在于：所述复合纤维由混合切片1和混合切片2经过熔融纺丝工艺制备而得，混合切片1含有稀土蓄热功能粉体和成纤聚合物，其中稀土基保暖复合纤维单丝纤度范围0.05-30D，纤维直径范围0.01-1.5mm；当稀土基保暖复合纤维单丝纤度范围0.05-1D时，混合切片1中稀土蓄热功能粉体的含量为1-10wt%，当稀土基保暖复合纤维单丝纤度范围1.5625-30D时，混合切片1中稀土蓄热功能粉体的含量为1-30wt%；混合切片2为成纤聚合物或者稀土蓄热功能粉体与成纤聚合物的混合物，其中稀土蓄热功能粉体的含量为0-10wt%；

混合切片1和混合切片2中的稀土蓄热功能粉体由质量比为（1-3）：（1-3）：（4-8）的粉体A、粉体B和粉体C组成，其中，粉体A包括氧化镧、氧化铈、氧化镧铈、磷酸镧铈中的一种或多种，粉体B包括六硼化镨、六硼化镧、六硼化铈、六硼化铷、六硼化铕、六硼化钇、六硼化镧铕、六硼化镧铈、炭黑石墨烯混合体中的一种或多种，粉体C包括氧化锡锑和/或铯钨青铜；

所述稀土蓄热功能粉体的粒径为100-450 nm。

2.根据权利要求1所述的稀土基保暖复合纤维，其特征在于：混合切片1和混合切片2中的成纤聚合物均独立地选自：聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚乳酸、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯、聚偏氟乙烯聚合物中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的稀土基保暖复合纤维，其特征在于：混合切片1中稀土蓄热功能粉体的含量高于混合切片2中稀土蓄热功能粉体的含量。

4.根据权利要求1所述的稀土基保暖复合纤维，其特征在于：混合切片1和混合切片2中的成纤聚合物的种类相同或不同；混合切片1和混合切片2中的稀土蓄热功能粉体种类和配比相同或不同。

5.根据权利要求1所述的稀土基保暖复合纤维，其特征在于：稀土基保暖复合纤维的结构为皮芯结构、单十字结构、双十字结构、多叶形结构、橘瓣结构、并列结构、径向梯度浓度结构、三角形结构、扁平型结构中的至少一种。

6.一种权利要求1-5任一所述的稀土基保暖复合纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1、稀土蓄热功能母粒的制备：

S11：称取稀土蓄热功能粉体和分散剂，将二者在容器中的分散介质中搅拌混合，形成稀土蓄热功能粉体混合浆料，将混合均匀的稀土蓄热功能粉体混合浆料与成纤聚合物粉体混合得到复合粉体；

S12：将复合粉体真空干燥至粉体含水量低于500ppm后加入双螺杆挤出机中进行造粒即得稀土蓄热功能母粒，造粒温度为200-300℃，转速50-300转/分钟；

S2、稀土蓄热功能纤维的制备：将稀土蓄热功能母粒分别与成纤聚合物混合均匀得到混合切片1和混合切片2，将混合切片1和混合切片2分别真空干燥至含水量低于300ppm，通过熔融纺丝工艺制备稀土基保暖复合纤维，纺丝温度为150-350℃，卷绕速度为1800-5000m/分钟。

7.一种由权利要求1-5任一所述的稀土基保暖复合纤维制备得到的稀土蓄热功能织物，其特征在于：稀土蓄热功能织物的制备方法包括如下步骤：将稀土基保暖复合纤维通过机织或者针织获得稀土蓄热功能织物，所述织物包括经纱和纬纱，所述经纱和/或纬纱选用上述稀土基保暖复合纤维。

8.一种权利要求7所述的稀土蓄热功能织物在服装或家纺领域的应用。

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