CN114540974A - 一种红外蓄热功能纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种红外蓄热功能纤维及其制备方法，按重量百分比计算，包括以下组分：红外蓄热稀土功能材料1wt%‑10wt%、高分子材料90wt%‑99wt%。本发明提供的红外蓄热稀土功能材料可与不同高分子材料按比例混合制成母粒，可制备多种纤维，可用于织造红外蓄热功能面料，与现有技术的红外保暖服装相比，具有耐洗环保和低成本的优势。

Description

一种红外蓄热功能纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于纺织织造领域，尤其是涉及一种红外蓄热功能纤维及其制备方法。
背景技术
长期处于低温环境，会对人体产生损伤，为达到保暖和舒适性的目的，保暖服装通常分为消极保暖和积极保暖，消极保暖是通过增加服装的热阻起到保暖作用，例如增添衣物，但这种方法穿戴者显得笨重，且行动不灵活，也无法实现长时间御寒保暖。积极保暖服装可分为太阳能加热服装、化学能加热服装、相变材料加热服装和电加热服装，太阳能加热服装分为两种，一种是在服装上集成太阳能电池，为服装提供能源加热；另一种是利用太阳光蓄热材料吸收太阳辐射的可见光与近红外线，反射人体热辐射。化学能加热服装是利用化学反应产生的热量提供热源，例如铁粉氧化放热。相变材料加热服装则是相变材料发生相变时释放热量为人体提供热量。电加热服装是利用电能驱动服装内的电热元件工作的一类服装的总称。虽然能够维持长时间加热，但是均不宜水洗，且化学能方式不能重复利用，相变材料制备工艺复杂，电能发热需携带额外供电能源。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有红外蓄热功能纤维，可织造多种红外蓄热面料，使穿戴者穿着轻便美观的服装，又可抵御严寒。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
作为本发明的第一方面，提供了一种红外蓄热功能纤维，按重量百分比计算，包括以下组分：红外蓄热稀土功能材料1wt%-30wt%、高分子材料70wt%-99wt%。
优选的，所述红外蓄热稀土功能材料按重量份数计算，包括以下组分：去离子水60~80份、铯钨青铜15~30份、红外蓄热稀土材料5~10份、分散剂5~10份。
优选的，所述红外蓄热稀土材料包括六硼化镨、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、六硼化镧铈中的一种或两种以上的混合物。
优选的，所述红外蓄热稀土材料的粒径为80nm～150nm。
优选的，所述高分子材料选自PE、PET、POE、PBT、PU中的一种。
所述分散剂为氮苯啶、炔二醇、聚酰胺蜡、聚烯烃蜡、聚碳化二亚胺、氢化卵磷脂、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液、伞花烃二醇、阳离子型不饱和多元羧酸的聚氨基酰胺中的一种或两种以上的混合物。
本发明的第二方面，提供了上述红外蓄热功能纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）将去离子水、铯钨青铜、红外蓄热稀土材料、分散剂置于砂磨机进行研磨制备得到红外蓄热稀土功能材料，其粒径为80nm~150nm；
（2）将红外蓄热稀土功能材料和高分子材料干燥至含水率低于100ppm后混合均匀，将混合物投入双螺杆制粒机中熔融挤出造粒得到母粒；
（3）将母粒放入熔融纺丝机中，母粒受热熔融得到成纤高聚熔体，成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝即得红外蓄热功能纤维。
优选的，所述步骤（1）中砂磨机的研磨功率为3-4kW，研磨时长为18~20小时。
优选的，所述步骤（2）中稀土功能材料和高分子材料在80~130℃条件下干燥4~8h，双螺杆制粒机转速为100-300r/min，熔融温度为260-290℃。
优选的，所述步骤（3）中纺丝过程中的温度为250～330℃；纺丝喷丝头压力控制在160mpa-180mpa之间，喷丝板孔数为48-180，直径为50-200mm，采用20um无纺布作为过滤网过滤杂质。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明中的红外蓄热稀土功能材料具有自由电子的局域表面等离子共振（LSPR）效应，是一种可吸收太阳光的大部分能量，并将其储存，可发射7~14μm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。这两方面都会使人体表面有升温的相应，可有效提升2.5~7℃，并对人体产生相应的保健效果。本发明提供的红外蓄热稀土材料可与不同高分子材料按比例混合制成母粒，可制备多种纤维，可用于织造红外蓄热功能面料，与现有技术的红外保暖服装相比，具有耐洗环保和低成本的优势。
铯钨青铜具有氧八面体特殊结构的功能化合物，具有低电阻率和低温超导性能，具有较强吸收或反射近红外光，在大于1100nm的红外波段具有强烈的吸收作用；吸收率高达55%。六硼化物材料的表面等离子体共振吸收在1000nm左右，由于六硼化物结构中B原子间强烈的共价键，形成紧密的空间网络，使六硼化物成为一种重要的红外阻隔材料。将铯钨青铜和六硼化物红外吸收功能共同协作，可增强材料在1100~1500nm波长之间的红外吸收率。另外，铯钨青铜的红外吸收率在300天的时间内有衰减过程，衰减率为5%~10%，而采用铯钨青铜和六硼化物的混合材料的红外吸收衰减率仅为1%~3%，因此铯钨青铜和六硼化物在红外吸收率上有协同增强和减少衰减的功能。
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。
实施例1
本实施例的红外蓄热功能纤维由2wt%的红外蓄热稀土功能材料与98 wt %的PET制备而得，其中，红外蓄热稀土功能材料按重量份数计算包括去离子水为70份，Cs0.33WO3为25份，红外蓄热稀土材料为5份，分散剂为6份，分散剂选用聚酰胺蜡；其中红外蓄热稀土材料由重量比1:1的六硼化镨和六硼化镧组成；其中Cs0.33WO3和六硼化物的粒径为150nm。
上述红外蓄热功能纤维的制备方法包括如下步骤：
将去离子水、铯钨青铜、红外蓄热稀土材料、分散剂置于砂磨机进行研磨，研磨功率为3.7kW，研磨时长为18~20小时，制备出红外稀土功能材料，其粒径为150nm。
在100℃条件下干燥5h，含水率为100ppm，间歇式高速混合15min，连续混合3min，将混合物投入双螺杆制粒机，转速为200r/min，280℃条件下熔融挤出制成母粒。
将母粒放入熔融纺丝机中，母粒受热熔融得到成纤高聚熔体，成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝，在生产过程中，保持稳定的温度、湿度和压力，纺丝过程中的温度为300℃；纺丝喷丝头压力控制在180mpa之间，喷丝板孔数为100, 直径为150mm，过滤网采用20um无纺布过滤杂质，组件周期15天。将制成的纤维依次进行上油冷却抗静电处理、预网络、拉伸加热定型、预网络、卷绕、平衡、检验、包装和计量入库工序，卷绕速度为2500m/min，卷绕角为6度，最终得到红外蓄热稀土纤维。
经检测本实施例制得的红外蓄热稀土纤维线密度为80dtex。将纤维织成织物后，织物结构为缎纹组织，经纬密分别为100×47根/inch，其蓄热升温的温度在2.4℃，红外辐射率为0.92。国标水洗测试20次后，织物红外辐射率仍为0.92。
实施例2
本实施例的红外蓄热功能纤维由5wt%的红外蓄热稀土功能材料与95%的PE制备而得，其中，红外蓄热稀土功能材料按重量份数计算包括去离子水为65份，Cs0.33WO3为25份，红外蓄热稀土材料为8份，分散剂为8份，分散剂选用阳离子型不饱和多元羧酸的聚氨基酰胺；其中红外蓄热稀土材料由重量比为1:1.5:1的六硼化镨、六硼化镧和六硼化铈组成；其中Cs0.33WO3为和六硼化物的粒径为120nm。
上述红外蓄热功能纤维的制备方法包括如下步骤：
将去离子水、铯钨青铜、红外蓄热稀土材料、分散剂置于砂磨机进行研磨，研磨功率为3.7kW，研磨时长为18~20小时，制备出红外稀土功能材料，其粒径为120nm。
在100℃条件下干燥5h，含水率为100ppm，间歇式高速混合15min，连续混合3min，将混合物投入双螺杆制粒机，转速为200r/min，280℃条件下熔融挤出制成母粒。
将母粒放入熔融纺丝机中，母粒受热熔融得到成纤高聚熔体，熔融的成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝，在生产过程中，保持稳定的温度、湿度和压力，纺丝过程中的温度为300℃；纺丝喷丝头压力控制在180mpa之间，喷丝板孔数为100, 直径为150mm，过滤网采用20um无纺布过滤杂质，组件周期15天。将制成的纤维依次进行上油冷却抗静电处理、预网络、拉伸加热定型、预网络、卷绕、平衡、检验、包装和计量入库工序，卷绕速度为2500m/min，卷绕角为6度。最终得到红外蓄热稀土纤维。
经检测本实施例制得的红外蓄热稀土纤维线密度为80dtex。将纤维织成织物后，织物结构为缎纹组织，经纬密分别为100×47根/inch，其蓄热升温的温度在3.6℃，红外辐射率为0.93。国标水洗测试20次后，织物红外辐射率仍为0.93。
实施例3
本实施例的红外蓄热功能纤维10wt%的稀土功能材料与90%的PU制备而得，其中，红外蓄热稀土功能材料按重量份数计算包括去离子水为60份，Cs0.33WO3为28份，红外蓄热稀土材料为8份，分散剂为8份，分散剂选用聚碳化二亚胺；其中，红外蓄热稀土材料由重量比为1:2的六硼化镨、六硼化镧组成；其中Cs0.33WO3和六硼化物的粒径为120nm。
上述红外蓄热功能纤维的制备方法包括如下步骤：
将去离子水、铯钨青铜、红外蓄热稀土材料、分散剂置于砂磨机进行研磨，研磨功率为3.7kW，研磨时长为18~20小时，制备出红外稀土功能材料，其粒径为120nm。
在100℃条件下干燥5h，含水率为100ppm，间歇式高速混合15min，连续混合3min，将混合物投入双螺杆制粒机，转速为200r/min，280℃条件下熔融挤出制成母粒。
将母粒放入熔融纺丝机中，母粒受热熔融得到成纤高聚熔体，熔融的成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝，在生产过程中，保持稳定的温度、湿度和压力，纺丝过程中的温度为300℃；纺丝喷丝头压力控制在180mpa之间，喷丝板孔数为100, 直径为150mm，过滤网采用20um无纺布过滤杂质，组件周期15天。将制成的纤维依次进行上油冷却抗静电处理、预网络、拉伸加热定型、预网络、卷绕、平衡、检验、包装和计量入库工序，卷绕速度为2500m/min，卷绕角为6度。最终得到红外蓄热稀土纤维。
经检测本实施例制得的红外蓄热稀土纤维线密度为80dtex。将纤维织成织物后，织物结构为缎纹组织，经纬密分别为100×47根/inch，其蓄热升温的温度在4.3℃，红外辐射率为0.94。国标水洗测试20次后，织物红外辐射率仍为0.94。
实施例4
本实施例的红外蓄热功能纤维由10wt%的稀土功能材料与90%的PE混合制备而得。其中，稀土功能材料按重量份数计算包括去离子水为80份，Cs0.33WO3为28份，红外蓄热稀土材料为10份，分散剂为8份，分散剂选用阳离子型不饱和多元羧酸的聚氨基酰胺；其中红外蓄热稀土材料由重量比1:2的六硼化镨、六硼化镧组成；其中Cs0.33WO3为和六硼化物的粒径为120nm。
上述红外蓄热功能纤维的制备方法包括如下步骤：
将去离子水、铯钨青铜、红外蓄热稀土材料、分散剂置于砂磨机进行研磨，研磨功率为3.7kW，研磨时长为18~20小时，制备出红外稀土功能材料，其粒径为120nm。
在100℃条件下干燥5h，含水率为100ppm，间歇式高速混合15min，连续混合3min，将混合物投入双螺杆制粒机，转速为200r/min，280℃条件下熔融挤出制成母粒。
将母粒放入熔融纺丝机中，母粒受热熔融得到成纤高聚熔体，熔融的成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝，在生产过程中，保持稳定的温度、湿度和压力，纺丝过程中的温度为300℃；纺丝喷丝头压力控制在180mpa之间，喷丝板孔数为100, 直径为150mm，过滤网采用20um无纺布过滤杂质，组件周期15天。将制成的纤维依次进行上油冷却抗静电处理、预网络、拉伸加热定型、预网络、卷绕、平衡、检验、包装和计量入库工序，卷绕速度为2500m/min，卷绕角为6度。最终得到红外蓄热稀土纤维，其线密度为80dtex。将最终得到红外蓄热稀土纤维。
经检测本实施例制得的红外蓄热稀土纤维线密度为80dtex。将纤维织成织物后，织物结构为缎纹组织，经纬密分别为100×47根/inch，其蓄热升温的温度在4.5℃，红外辐射率为0.94。国标水洗测试20次后，织物红外辐射率仍为0.94。
实施例1-4中制备的功能纤维可制成具有红外蓄热升温的功能面料，且具有耐洗和环保等优势。
对比例1
将PET母粒以实施例1的制备纤维的方式制备PET纤维，在100℃条件下干燥5h，含水率为100ppm，间歇式高速混合15min，连续混合3min，将混合物投入双螺杆制粒机，转速为200r/min，280℃条件下熔融挤出制成母粒。将熔融的成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝，在生产过程中，保持稳定的温度、湿度和压力，纺丝过程中的温度为300℃；纺丝喷丝头压力控制在180mpa之间，喷丝板孔数为100, 直径为150mm，过滤网采用20um无纺布过滤杂质，组件周期15天。将制成的纤维依次进行上油冷却抗静电处理、预网络、拉伸加热定型、预网络、卷绕、平衡、检验、包装和计量入库工序，卷绕速度为2500m/min，卷绕角为6度，线密度为80dtex。
将纤维织成织物后，织物结构为缎纹组织，经纬密分别为100×47根/inch，其蓄热升温的温度仅为0.7℃，红外辐射率为0.85。
对比例2
本对比例的功能纤维由2wt%的功能材料与98 wt %的PET制备而得，其中，稀土功能材料按重量份数计算包括去离子水为70份，稀土材料为5份，分散剂为6份，分散剂选用聚酰胺蜡；其中稀土材料由重量比1:1的六硼化镨和六硼化镧组成；其中六硼化物的粒径为150nm。
上述红外蓄热功能纤维的制备方法包括如下步骤：
将去离子水、稀土材料、分散剂置于砂磨机进行研磨，研磨功率为3.7kW，研磨时长为18~20小时，制备出红外稀土功能材料，其粒径为150nm。
在100℃条件下干燥5h，含水率为100ppm，间歇式高速混合15min，连续混合3min，将混合物投入双螺杆制粒机，转速为200r/min，280℃条件下熔融挤出制成母粒。
将母粒放入熔融纺丝机中，母粒受热熔融得到成纤高聚熔体，熔融的成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝，在生产过程中，保持稳定的温度、湿度和压力，纺丝过程中的温度为300℃；纺丝喷丝头压力控制在180mpa之间，喷丝板孔数为100, 直径为150mm，过滤网采用20um无纺布过滤杂质，组件周期15天。将制成的纤维依次进行上油冷却抗静电处理、预网络、拉伸加热定型、预网络、卷绕、平衡、检验、包装和计量入库工序，卷绕速度为2500m/min，卷绕角为6度，最终得到稀土纤维。
经检测本对比例制得的稀土纤维线密度为80dtex。将纤维织成织物后，织物结构为缎纹组织，经纬密分别为100×47根/inch，其蓄热升温的温度在1.5℃，红外辐射率为0.90。国标水洗测试20次后，织物红外辐射率为0.88。
对比例3
本实施例的功能纤维由2wt%的稀土功能材料与98 wt %的PET制备而得，其中，稀土功能材料按重量份数计算包括去离子水为70份，Cs0.33WO3为25份，稀土材料为5份，分散剂为6份，分散剂选用聚酰胺蜡；其中稀土材料由氧化锡锑组成；其中Cs0.33WO3和稀土材料的粒径为150nm。
上述功能纤维的制备方法包括如下步骤：
将去离子水、稀土材料、分散剂置于砂磨机进行研磨，研磨功率为3.7kW，研磨时长为18~20小时，制备出红外稀土功能材料，其粒径为150nm。
在100℃条件下干燥5h，含水率为100ppm，间歇式高速混合15min，连续混合3min，将混合物投入双螺杆制粒机，转速为200r/min，280℃条件下熔融挤出制成母粒。
将母粒放入熔融纺丝机中，母粒受热熔融得到成纤高聚熔体，熔融的成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝，在生产过程中，保持稳定的温度、湿度和压力，纺丝过程中的温度为300℃；纺丝喷丝头压力控制在180mpa之间，喷丝板孔数为100, 直径为150mm，过滤网采用20um无纺布过滤杂质，组件周期15天。将制成的纤维依次进行上油冷却抗静电处理、预网络、拉伸加热定型、预网络、卷绕、平衡、检验、包装和计量入库工序，卷绕速度为2500m/min，卷绕角为6度，最终得到稀土纤维。
经检测本对比例制得的稀土纤维线密度为80dtex。将纤维织成织物后，织物结构为缎纹组织，经纬密分别为100×47根/inch，其蓄热升温的温度在1.8℃，红外辐射率为0.90。国标水洗测试20次后，织物红外辐射率为0.89。
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)

1.一种红外蓄热功能纤维，其特征在于：按重量百分比计算，包括以下组分：红外蓄热稀土功能材料1wt%-10wt%、高分子材料90wt%-99wt%。
2.根据权利要求1所述的红外蓄热功能纤维，其特征在于：所述红外蓄热稀土功能材料按重量份数计算，包括以下组分：去离子水60~80份、铯钨青铜15~30份、红外蓄热稀土材料5~10份、分散剂5~10份。
3.根据权利要求2所述的红外蓄热功能纤维，其特征在于：所述红外蓄热稀土材料包括六硼化镨、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、六硼化镧铈中的一种或两种以上的混合物。
4.根据权利要求2所述的红外蓄热功能纤维，其特征在于：所述红外蓄热稀土材料和铯钨青铜的粒径为80nm～150nm。
5.根据权利要求1所述的红外蓄热功能纤维，其特征在于：所述高分子材料选自PE、PET、POE、PBT、PU中的一种。
6.根据权利要求2所述的红外蓄热功能纤维，其特征在于：所述分散剂为氮苯啶、炔二醇、聚酰胺蜡、聚烯烃蜡、聚碳化二亚胺、氢化卵磷脂、改性聚脲的N-甲基吡咯烷酮溶液、伞花烃二醇、阳离子型不饱和多元羧酸的聚氨基酰胺中的一种或两种以上的混合物。
7.一种权利要求1-6任一所述的红外蓄热功能纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将去离子水、铯钨青铜、红外蓄热稀土材料、分散剂置于砂磨机进行研磨制备得到红外蓄热稀土功能材料，其粒径为80nm~150nm；
（2）将红外蓄热稀土功能材料和高分子材料干燥至含水率低于100ppm后混合均匀，将混合物投入双螺杆制粒机中熔融挤出造粒得到母粒；
（3）将母粒放入熔融纺丝机中，母粒受热熔融得到成纤高聚熔体，成纤高聚熔体从喷丝头的喷丝孔中压出，采用侧吹风或环吹风冷却凝固成丝即得红外蓄热功能纤维。
8.根据权利要求7所述的红外蓄热功能纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中砂磨机的研磨功率为3-4kW，研磨时长为18~20小时。
9.根据权利要求7所述的红外蓄热功能纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中红外蓄热稀土功能材料和高分子材料在80~130℃条件下干燥4~8h，双螺杆制粒机转速为100-300r/min，熔融温度为260-290℃。
10.根据权利要求7所述的红外蓄热功能纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤（3）中纺丝过程中的温度为250～330℃；纺丝喷丝头压力控制在160mpa-180mpa之间，喷丝板孔数为48-180，直径为50-200mm，采用20um无纺布作为过滤网过滤杂质。
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