CN115418807A - 一种功能纤维的生产设备及微流控制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功能纤维的生产设备及微流控制备方法，所述生产设备沿基体纤维的行进方向依次设置：微流控装置，设有纤维通道，用于供基体纤维在其中行进，还设有与纤维通道相连的浆料通道，用于供光固化功能浆料流动与行进中的基体纤维接触实现附着；烘干装置，用于对附着在基体纤维上的光固化功能浆料进行烘干；光固化装置，用于照射基体纤维，使附着的光固化功能浆料在光照下进行光交联；冷却装置，用于在光固化功能浆料完成光交联之后进行降温，得到功能纤维。本发明可实现利用微流控技术在基体纤维上附着光固化功能浆料，精准控制浆料的附着量，由于可以连续生产制得功能纤维长丝或纱线，实现了功能纤维的高效生产。

Description

一种功能纤维的生产设备及微流控制备方法
技术领域
本发明属于功能纺织品领域，具体地说，涉及一种功能纤维的生产设备及微流控制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，功能性纺织品已经越来越多的应用在日常生活中。传统的功能纺织品生产工艺一般包括两种方法，一种是在纤维生产过程中加入功能组分，例如制备包含功能组分的功能母粒用于熔融纺丝，或在纺丝液中混入功能组分进行溶液纺丝；另一种是纺织品织造完成后，通过后整理的方式引入功能组分。以上的两种方法各有优劣。
在纤维生产过程中加入功能组分，其优点是功能组分分散在纤维基体的内部或嵌在纤维表面，结合牢固，不会随着使用或洗涤而大量损失，造成功能性下降。然而，该工艺对功能组分的粒径、分散性、与纤维基体的相容性具有较高的要求，而且功能组分的添加量一般不能超过纤维质量的5％，否则会导致难以成丝或对纤维本身的力学性能造成不良的影响，如纤维弹性变差、易起毛、易拉断等。李云在《负离子型涤纶织物的设计与开发》中通过熔融纺丝的方法，制备了负离子功能涤纶纤维，负离子组分仅占纤维质量分数2％，纤维的断裂强力和断裂伸长率就出现了明显的下降。禚昌亚在《尼龙6负离子纤维的制备与性能研究》中通过熔融纺丝制备负离子功能尼龙，当所加入电气石的质量分数达到2％～4％时，同样引起了纤维力学性能的下降。
另一方面，很多功能组分需要在纤维表面、与空气或光线接触才能产生效果，如负离子功能组分需要与空气中的水分接触，才能电离产生负离子；光触媒需要接触光线吸收光能，才能发生电子跃迁，具备光催化能力及氧化能力；抗菌抑菌组分同样需要接触到织物表面的细菌，才能发生作用等。但以上通过熔融纺丝或干法/湿法纺丝制造的功能纤维，大部分的功能组分都被包裹在纤维内部，无法发挥实质性作用，仅有纤维表层的功能组分才能起到相应的作用。这相当于多数的功能组分实际上是被浪费掉了，并且由于对纤维的连续性结构产生了破坏，反而起到了不良的影响。
而另一种通过后整理的方式引入功能组分的方案，其优势是加工工艺简单，可以在布料或织物制造完成后批量进行。相比于纺丝时加入，允许添加更大量的功能组分，对功能组分的粒径等要求相对也没有那么严格。而且通过后整理引入的功能组分多数富集在织物表面，能够更高效快速的发生作用。然而，后整理的方式由于是在布料或织物制造完成后使整理剂附着在表面的，其附着力相比嵌入在纤维内部的方式较弱，因此，随着用户的穿着、使用以及水洗，其上附着的功能组分会逐渐流失减少，相应的，其功能性也会逐渐减弱乃至消失。同时，整理剂在布料或织物表面干燥固化之后，还会导致布料或织物发硬，影响织物的手感。刘雅光在《负离子远红外柞丝绵被的加工技术及其性能研究》中采用蛋白石加工成纳米材料作为负离子功能组分，对柞丝绵被进行负离子远红外后整理，但产品具有耐洗性差，手感不好的缺点。
因此，亟需寻求一种方案可以令功能组分牢固、持久地结合在纤维上，保证功能组分不随使用、水洗等流失，同时也不会由于功能组分的引入对纤维本身的力学性能等其他性能产生不良影响。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种功能纤维的生产设备及微流控制备方法，可实现利用微流控技术精准控制浆料在纤维上的附着量，进而控制所得功能纤维的功能性程度，同时浆料采用光固化功能浆料，可在光交联固化后同功能组分一并牢固地附着在基体纤维表面，既不会影响芯层基体纤维本身的力学性能，也不会因水洗损失而失效。
为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
一种功能纤维的生产设备，沿基体纤维的行进方向依次设置：
微流控装置，设有纤维通道，用于供基体纤维在其中行进，还设有与所述纤维通道相连的浆料通道，用于供光固化功能浆料流动与行进中的基体纤维接触实现附着；
烘干装置，用于对附着在基体纤维上的光固化功能浆料进行烘干；
光固化装置，用于照射基体纤维，使附着的光固化功能浆料在光照下进行光交联；
冷却装置，用于在光固化功能浆料完成光交联之后进行降温，得到功能纤维。
在上述方案中，基体纤维在通过微流控装置的纤维通道的过程中，与由浆料通道汇入纤维通道的光固化功能浆料接触，使得浆料包裹在基体纤维表面。基体纤维继续行进离开微流控装置后经过烘干装置，令表面包裹的浆料干燥而初步固化，再经过光固化装置，对浆料进行光照交联处理，使得浆料交联固化而携带功能组分牢固地附着在纤维上，再经过冷却装置后即可得到功能纤维产品。所述的生产设备实现了将微流控技术应用于功能纤维的生产，将成型的基体纤维直接处理为具有特定功能的功能纤维。
生产设备中的各装置按照基体纤维的行进方向依次序布置，带动基体纤维依次经过各装置可以连续完成浆料的附着，以及烘干、光照交联及冷却的后续处理步骤，实现了利用基体纤维作为原材料，连续生产得到功能纤维长丝或纱线的目的，生产过程简单，所需人工干预少，具有很高的生产效率。
进一步地，所述微流控装置包括设置有纤维通道和浆料通道的微流控芯片；
所述微流控芯片上设置基体纤维进口，用于供基体纤维进入所述纤维通道中；所述微流控芯片上还设置功能浆料进料口，所述功能浆料进料口与浆料通道连通，用于向浆料通道中注入光固化功能浆料；
所述浆料通道的末端连接在基体纤维进口和纤维通道的出口端之间；
优选地，所述微流控芯片采用硅片、玻璃、石英、PMMA、PC、PS、PP、PE和PDMS中的一种材质制成，优选采用石英材质。
在上述方案中，采用板状结构的微流控芯片作为微流控装置，纤维通道和浆料通道在所述微流控芯片中共面设置，与基体纤维的尺寸匹配。浆料通道连接在纤维通道的中部向其中汇入光固化功能浆料，进而基体纤维在接触光固化功能浆料实现浆料的附着之后，还继续在纤维通道中行进一段距离后再离开微流控芯片，可通过纤维通道的后半段对基体纤维表面包裹的浆料起到塑形作用，实现光固化功能浆料对基体纤维的充分均匀包裹。
优选地，所述浆料通道包括至少两个分别输送光固化功能浆料的浆料子通道；所述纤维通道沿直线延伸设置，在纤维通道的两侧分别设置至少一个浆料子通道；
更优地，设置在纤维通道两侧的浆料子通道与纤维通道的同一位置相连；
更优地，至少两个浆料子通道与同一个功能浆料进料口连通。
在上述方案中，纤维通道的两侧分别连通一个浆料子通道，进而基体纤维行进过程中，两侧同时与光固化功能浆料接触，更有利于光固化功能浆料充分均匀地包裹在基体纤维表面。微流控芯片上设置一个功能浆料进料口同时向各个浆料子通道供给光固化功能浆料，可简化微流控芯片的内部结构，有利于微流控芯片的小型化。同时，光固化功能浆料由唯一的进料口进入微流控芯片，更容易控制浆料的进料量。
进一步地，所述纤维通道沿基体纤维的行进方向依次包括相连的基体纤维行进段和功能纤维行进段，所述浆料通道的末端连接在基体纤维行进段和功能纤维行进段的相连处；
所述基体纤维行进段的通道内径小于功能纤维行进段的通道内径；
优选地，所述基体纤维行进段的通道内径与功能纤维行进段的通道内径的比值为1:1.2～3，优选为1:1.5～2.5；
更优地，所述基体纤维行进段的通道内径为10～400μm，优选为100～300μm；所述功能纤维行进段的通道内径为20～800μm，优选为200～600μm；；
更优地，所述浆料通道的通道内径与基体纤维行进段的通道内径相等，浆料通道的通道内径优选为10～400μm，更优为100～300μm。
在上述方案中，在基体纤维行进段和功能纤维行进段的相连处汇入光固化功能浆料实现对基体纤维的附着，功能纤维行进段的通道内径更大，可以为浆料的汇入与附着预留空间，避免功能纤维行进段的内壁剐蹭基体纤维表面，造成所附着浆料的局部脱落，进而无法实现对基体纤维的均匀包裹。
进一步地，所述微流控芯片设置至少两个相互独立的纤维通道；还设置至少两个浆料通道，所述浆料通道与各个纤维通道一一对应相连；
所述微流控芯片上设置一个功能浆料进料口，所述功能浆料进料口与各个浆料通道分别连通；或者，所述微流控芯片设置至少两个功能浆料进料口，与各个浆料通道一一对应连通，相互独立地向各个浆料通道中注入光固化功能浆料。
在上述方案中，微流控芯片上设置两个至多个相互独立的纤维通道，可实现一个微流控芯片同时用于多根功能纤维的连续生产，通过增加纤维的处理量，可进一步提高生产效率和产能。
进一步地，还包括：
送卷装置，用于释放待进入微流控装置的基体纤维；
收卷装置，用于卷绕由冷却装置导出的功能纤维；
所述送卷装置的送卷速度与收卷装置的收卷速度相同。
在上述方案中，作为原料的基体纤维预先卷绕在送卷装置上，送卷装置转动释放基体纤维，纤维的另一端依次穿过微流控装置、烘干装置、光固化装置和冷却装置后卷绕至收卷装置上。送卷装置和收卷装置配合采用相等的送卷速度与收卷速度，就可以实现基体纤维自动沿微流控装置、烘干装置、光固化装置和冷却装置的设置方向行进，进而制成功能纤维，实现了操作简单，且具有高生产效率的功能纤维连续生产。
进一步地，还包括进料装置，用于控制光固化功能浆料向微流控装置进料；
优选地，所述进料装置包括流速调节单元，用于调节光固化功能浆料的进料流速；更优地，所述流速调节单元在0.1～150ml/min进行进料流速的调节。
在上述方案中，进料装置可通过流速调节单元实现进料流速的调节，通过控制基体纤维的行进速度与光固化功能浆料的进料流速配合，同时选用具有合适功能组分含量的光固化功能浆料，可实现对所生产功能纤维中功能组分的添加量的灵活调节，从而生产得到符合需求的功能纤维。
一种功能纤维的微流控制备方法，应用上述所述的功能纤维的生产设备实现，包括如下步骤：
A、将基体纤维导入微流控装置的纤维通道中，控制基体纤维在所述纤维通道中行进；
B、由微流控装置的功能浆料进料口注入光固化功能浆料，所述光固化功能浆料沿微流控装置的浆料通道流动至纤维通道，与行进中的基体纤维接触实现附着；
C、所述基体纤维附着光固化功能浆料后继续行进离开微流控装置，经烘干、光照交联和冷却后得到功能纤维。
在上述方案中，利用微流控技术使携带功能组分的光固化功能浆料附着至基体纤维上，再经过烘干及光照交联处理，浆料可牢固地包裹在基体纤维表面，其中的功能组分不会随使用、水洗等从基体纤维上脱落，进而赋予了所得功能纤维耐水洗性能，提高了功能纤维的功能持久性。另一方面，功能组分随浆料包裹在基体纤维表面，不破坏纤维的内部结构进而不会影响其力学性能，同时浆料固化后还在基体纤维表面形成一层聚合物皮层，可进一步使所得功能纤维具有良好的力学性能。
同时，通过微流控技术实现光固化功能浆料的附着，有利于实现光固化功能浆料均匀地包覆在纤维表面。一方面，对于需要与空气或光线接触进而产生效果的功能组分，有助于功能组分充分发挥作用。另一方面，对纤维的柔性几乎不产生影响，所得功能纤维制成织物之后，还可以保留织物的柔软触感，不会出现利用整理剂直接处理织物之后，会导致织物发硬的问题。再者，由于光固化功能浆料均匀地附着在每一条纤维上，所得功能纤维制成织物时，所携带的功能组分含量更高，进而可以实现更强的功能性。
进一步地，所述基体纤维在微流控装置中的行进速度为10～10000mm/min；
优选地，光固化功能浆料的进料流速为0.1～150ml/min；
优选地，所述的行进速度与进料流速的比值为1mm:0.0001～0.01ml。
在上述方案中，基体纤维的行进速度过快，可能造成其表面局部未能附着浆料的情况，进而影响浆料固化后与基体纤维结合的牢固程度。而行进速度过慢一方面不利于实现更高的功能纤维生产效率，另一方面，还可能造成局部浆料堆积，进而影响功能纤维直径的均一性。通过控制基体纤维的行进速度，有利于保证浆料在纤维表面的均匀包裹，进而在经过烘干及光照交联之后，可形成厚度均一的皮层包裹在基体纤维上。
通过控制基体纤维的行进速度与光固化功能浆料的进料流速配合，可实现对光固化功能浆料在基体纤维上附着量的调节，进而功能纤维上所携带的功能组分含量可控，能够实现对功能纤维所具有功能性的精确控制。
进一步地，步骤C中，采用热风烘干方式进行烘干，烘干温度为120～200℃，优选为140～160℃；
和/或，步骤C中，所述的光照交联为采用紫外光照射实现交联固化，照射所用紫外光源的功率为120～250W，紫外光源的波长为265～380nm；优选地，紫外光源的波长为365nm。
进一步的，步骤B中，微流控装置连接进料装置，用于由功能浆料进料口注入光固化功能浆料。所述进料装置优选包括流速调节单元，可通过所述流速调节单元调节光固化功能浆料的进料流速。通过控制进料流速与基体纤维行进速度配合，就可以实现对基体纤维上浆料附着量的调节，进而精确控制功能纤维中的功能组分添加量。
优选的，进料装置包括恒压泵、电磁阀和流量传感器，可通过电脑控制器调节进料压力，进而调节光固化功能浆料向微流控芯片的进料流速。所述电脑控制器还可以调节送卷装置的送卷速度与收卷装置的收卷速度，从而控制基体纤维的行进速度。如此，就可以实现控制基体纤维的行进速度与光固化功能浆料的进料流速配合，对功能组分添加量进行调节。
可选的，电脑控制器还可集成步骤C中烘干装置和光固化装置的开/关及热风温度调节和紫外光强调节功能，搭建总控系统；和/或，步骤C中的烘干装置和光固化装置配有独立的电控系统，用于控制烘干装置和光固化装置的开/关，以及调节热风温度和紫外光强。
进一步地，所述的基体纤维为天然纤维或化学纤维；
优选地，所述的天然纤维为棉、麻、毛等天然植物纤维纱线，所述的化学纤维为丙纶、涤纶、锦纶、尼龙等化纤长丝或纱线。
在上述方案中，可直接采用商品化成品纤维，例如丙纶、涤纶、锦纶、尼龙等合成长丝或纱线，或者棉、麻等天然长丝或纱线作为基体纤维，将光固化功能浆料包覆在基体纤维表面，再经烘干、光交联及冷却的后续处理操作，即可制得功能纤维。所述功能纤维的制备方法可实现对商品化成品纤维的功能化处理，应用范围很广。
进一步地，光固化功能浆料中包括预聚物和功能组分粉体，所述预聚物为多臂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯预聚物；
优选地，所述光固化功能浆料的粘度为(5～1000)×10-3Pa·s；
进一步优选地，所述预聚物的粘度为0.05～5Pa·s。
在上述方案中，采用多臂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯预聚物作为基体树脂并添加功能组分粉体，制成用于附着在基体纤维上的光固化功能浆料，作为基体树脂的预聚物具有长链结构，保证了基体树脂固化后的柔性，使得所得功能纤维能够保留基体纤维的柔性，织成功能面料后也具有接近普通面料的柔软触感。同时，所述的预聚物还具有支化型结构，支链末端接有可交联双键，进而能够进行光交联，将其中携带的功能组分粉体牢牢锁住，避免功能组分随功能纤维所织成功能面料的使用、水洗等流失，进一步提高了功能纤维的功能持久性。
通过控制预聚物的粘度进而可将光固化功能浆料的粘度控制在合适的范围，由于微流控装置中浆料通道的横截面尺寸很小，可确保浆料不会因粘度过大而难以沿浆料通道顺畅流动，也不会因粘度偏小而不能实现在基体纤维表面的有效附着。
进一步地，所述光固化功能浆料的制备方法包括如下步骤：
1)向100～200重量份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和1～5重量份催化剂的混合物中滴加300～500重量份、分子量大于等于2000的长链二元醇，在40～50℃下进行反应；
2)加入20～50重量份的亲水扩链剂并升温至55～65℃，进行扩链反应并引入水性化基团；
3)保持当前温度，滴加15～25重量份的多羟基化合物进行反应；
4)升温至65～75℃，加入溶解有0.05～0.15重量份阻聚剂的光敏单体丙烯酸酯50～75重量份，反应直至红外光谱分析的-NCO基团特征峰完全消失，得到预聚物；
5)取步骤4)得到的预聚物30～100重量份与0～80重量份(不为0重量份)功能组分粉体、100份去离子水和0.12～4重量份胺类化合物混合，加热并进行均质处理；
6)降温至室温，加入0.15～5重量份的光引发剂，均质处理得到光固化功能浆料。
其中，所述长链二元醇的分子量大于等于1000，分子量优选为1500～3000，更优为2000。所述的长链二元醇选自分子链两端具有羟基的聚酯二元醇和聚醚二元醇中的一种或几种。优选地，所述的长链二元醇选自聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)、聚乙二醇(PEG)、聚丙二醇(PPG)、聚己内酯二醇(PCL)和聚碳酸酯二醇(PCDL)中的一种或几种。
所述的催化剂选自叔胺类催化剂和有机锡类催化剂中的一种或几种；优选地，所述的催化剂为二月桂酸二丁基锡(DBTDL)。
所述的亲水扩链剂为二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺等阳离子型扩链剂或2,2-双羟甲基丙酸(DMPA)、二羟甲基丁酸(DMBA)等阴离子型亲水扩链剂中的一种；优选为阴离子羧酸型亲水扩链剂，更优为2,2-双羟甲基丙酸(DMPA)。
所述阻聚剂为酚类阻聚剂，优选为对苯二酚。
所述的光敏单体丙烯酸酯选自甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、季戊四醇三丙烯酸酯中的一种或几种；优选地，所述的光敏单体丙烯酸酯为季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)。
所述的胺类化合物选自氨水、三乙胺、二甲基乙醇胺、三乙醇胺中的一种。
所述的光引发剂为水性光引发剂；优选地，所述的光引发剂包括1173、184、2959、907、369中的一种或几种。
所述功能组分粉体包括负离子功能粉体、光触媒粉体、无机/有机抗菌粉体、光致变色粉体、热致变色粉体、凉感粉体、发热粉体、导电粉体、抗静电粉体、磁性微粉、抗紫外线粉体、远红外粉体，以及包裹功能组分的微胶囊中的至少一种。优选地，所述负离子功能粉体包括电气石粉、海鸥石粉、蛋白石粉、海底矿石粉、锗石粉、纳米碳烯粉体等中的一种或几种；所述包裹功能组分的微胶囊中，所包裹的功能组分为驱蚊组分、香氛组分或相变组分等。
所述功能组分粉体为纳米级粉体或微米级粉体。优选地，所述功能组分粉体的粒径为5nm～10μm，优选为10nm～500nm，更优为50～100nm。
进一步地，上述光固化功能浆料的制备方法中，所述的均质处理是指在高压均质机中进行高压均质处理。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
1、本发明的生产设备用于实现微流控技术在功能纤维生产上的应用，采用该生产设备能够实现以商品化成品纤维作为原料，连续生产制得功能纤维长丝或纱线，可实现功能纤维的高效生产。同时，所生产的功能纤维兼具功能纺丝和后整理的优点，既不影响纤维本身的力学性能，又可以使高添加量的功能组分牢固结合在纤维表面，不会随着功能纤维所制成纺织品的使用、水洗而大量损失，造成功能性下降。生产设备可以对光固化功能浆料的进料速度和基体纤维的行进速度进行调节，进而可实现功能纤维中功能组分添加量的灵活调节。
2、本发明采用微流控技术在基体纤维上包裹光固化功能浆料，再经过烘干、光照交联和冷却后即可制得携带功能组分的功能纤维。通过微流控方式实现浆料对基体纤维的包裹，能够提高浆料在基体纤维上的附着量，进而达到更大的功能组分添加量。同时，浆料经光照交联固化后可以与基体纤维牢固结合，而不影响纤维自身的柔性，兼顾了功能纤维所制成织物的舒适性和功能的持久性，同时还不会造成功能纤维相对基体纤维在力学性能上的明显下降。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是本发明中用于制备功能纤维的生产设备的示意图；
图2是本发明中微流控芯片的结构示意图。
图中：100、送卷装置；200、进料装置；300、微流控芯片；310、纤维通道；311、基体纤维进口；312、基体纤维行进段；313、功能纤维行进段；320、浆料通道；321、功能浆料进料口；322、浆料子通道；400、热风烘干装置；500、紫外光固化装置；600、冷风降温装置；700、收卷装置。
需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供一种功能纤维的生产设备，用于以基体纤维和光固化功能浆料为原料生产功能纤维。所述的生产设备沿基体纤维的行进方向依次设置：
微流控装置，设有纤维通道310，用于供基体纤维在其中行进，还设有与纤维通道310相连的浆料通道320，用于供光固化功能浆料流动与行进中的基体纤维接触实现附着；
烘干装置，用于对附着在基体纤维上的光固化功能浆料进行烘干；
光固化装置，用于照射基体纤维，使附着的光固化功能浆料在光照下进行光交联；
冷却装置，用于在光固化功能浆料完成光交联之后进行降温，得到功能纤维。
本实施例的一种具体方案中，所述的微流控装置为板状结构的微流控芯片300，其内部设置中空的纤维通道310和浆料通道320。微流控芯片300优选采用石英材质，从而避免其被光固化功能浆料中的化学成分侵蚀。
所述的烘干装置为热风烘干装置400，通过产生热风的方式实现对光固化功能浆料的烘干。其中，所述热风的温度在120～200℃可调。
所述的光固化装置为紫外光固化装置500，其内部设置有紫外光源，所述紫外光源的波长为265～380nm。本实施例中具体选用365nm的UV LED光源，其功率在120～250W之间可调。
所述的冷却装置为冷风降温装置600，其采用自然风对表面浆料固化后的纤维进行降温冷却。
本实施例的进一步方案中，所述的生产设备还包括送卷装置100和收卷装置700。作为原料的基体纤维卷绕在送卷装置100上，送卷装置100转动释放基体纤维进入微流控芯片300的纤维通道310中。收卷装置700设置在冷风降温装置600后端，用于卷绕由冷风降温装置600导出的功能纤维。
通过控制送卷装置100的送卷速度与收卷装置700的收卷速度保持一致，就可以带动基体纤维自动沿微流控芯片300、热风烘干装置400、紫外光固化装置500和冷风降温装置600的设置方向行进，将基体纤维处理为携带特定功能组分的功能纤维，实现了功能纤维的高效连续生产。
进一步地，本实施例的生产设备还包括进料装置200，其用于控制光固化功能浆料向微流控芯片300进料。进料装置200优选包括流速调节单元，可通过所述流速调节单元调节光固化功能浆料的进料流速。
本实施例中，所述的流速调节单元可在0.1～150ml/min之间进行进料流速的调节。通过控制进料流速与基体纤维行进速度配合，就可以实现对基体纤维上浆料附着量的调节，进而精确控制功能纤维中的功能组分添加量。
本实施例的具体方案中，进料装置200包括恒压泵、电磁阀和流量传感器，可通过电脑控制器调节压力，进而调节光固化功能浆料向微流控芯片300的进料流速。所述电脑控制器还可以调节送卷装置100的送卷速度与收卷装置700的收卷速度，从而控制基体纤维的行进速度。如此，就可以实现控制基体纤维的行进速度与光固化功能浆料的进料流速配合，对功能组分添加量进行调节。
优选地，所述电脑控制器还可以控制热风烘干装置400和紫外光固化装置500的开启和关闭，以及可以调节热风烘干装置400中热风的温度和紫外光固化装置500中UV LED光源的功率进而调节紫外光强。
或者，热风烘干装置400和紫外光固化装置500分别或共同配有独立的电控系统，用于控制热风烘干装置400和紫外光固化装置500的开启和关闭，以及调节热风烘干装置400中热风的温度和紫外光固化装置500中UV LED光源的功率。
本实施例的进一步方案中，微流控芯片300上设置基体纤维进口311，送卷装置100释放处的基体纤维由基体纤维进口311进入纤维通道310中。微流控芯片300上还设置功能浆料进料口321，功能浆料进料口321与浆料通道320连通，用于向浆料通道320中注入光固化功能浆料。浆料通道320的末端连接在基体纤维进口311和纤维通道310的出口端之间。
在上述方案中，浆料通道320的末端与纤维通道310的出口端之间具有一定的距离，从而在纤维通道310的中部区域向其中汇入光固化功能浆料。这样的话，基体纤维在接触光固化功能浆料实现浆料在其表面的附着之后，还需要继续在纤维通道310中行进一段距离，然后再离开微流控芯片300。在以上过程中，纤维通道310的后半段能够对基体纤维表面包裹的浆料起到塑形作用，使得浆料充分均匀地包裹在基体纤维表面，进而在固化后形成厚度均一的皮层。
本实施例的进一步方案中，浆料通道320包括至少两个分别输送光固化功能浆料的浆料子通道322。纤维通道310在微流控芯片300中沿直线延伸设置，在纤维通道310的两侧分别设置至少一个浆料子通道322。
优选地，设置在纤维通道310两侧的浆料子通道322与纤维通道310的同一位置相连。
在上述方案中，纤维通道310的两侧均连接有浆料子通道322，这样在基体纤维行进的过程中，两侧都可以和浆料直接接触，更容易实现浆料充分均匀地包裹在基体纤维表面。将两侧的浆料子通道322连接在纤维通道310的同一位置，基体纤维两侧可同时接触浆料，实现浆料在基体纤维表面的附着，能够进一步提高浆料包裹的均匀性。
本实施例的优选方案中，至少两个浆料子通道322与同一个功能浆料进料口321连通。从而可以实现由同一个功能浆料进料口321向微流控芯片300中注入光固化功能浆料，所注入的浆料可分流至各个浆料子通道322中，沿不同方向汇入纤维通道310附着在基体纤维上。由于光固化功能浆料由唯一的功能浆料进料口321进入微流控芯片300更容易对浆料的进料量进行控制。
作为本实施例的一种具体方案，微流控芯片300上设置两个浆料子通道322。详细地，浆料通道320由功能浆料进料口321先沿直线延伸一定距离，然后分为两个浆料子通道322。两个浆料子通道322相对纤维通道310对称设置，并各自沿曲线延伸，直至与纤维通道310相交。
本实施例的进一步方案中，纤维通道310沿基体纤维的行进方向依次包括相连的基体纤维行进段312和功能纤维行进段313，浆料通道320的末端连接在基体纤维行进段312和功能纤维行进段313的相连处。基体纤维行进段312的通道内径小于功能纤维行进段313的通道内径。
在微流控芯片300中，光固化功能浆料在基体纤维行进段312和功能纤维行进段313的相连处汇入纤维通道310，实现对基体纤维的附着与包裹。也就是说，基体纤维行进段312中行进的是未包裹浆料的纤维，而功能纤维行进段313中行进的是表面被浆料包裹的纤维。功能纤维行进段313具有更大的通道内径，可以为浆料的汇入与附着预留空间，使得功能纤维行进段313可以对浆料起到有效的塑性作用，使其均匀包裹在基体纤维表面。而不会由于功能纤维行进段313的横截面积过小，造成其内壁剐蹭基体纤维表面，进而导致所附着浆料的局部脱落，无法实现浆料对基体纤维的均匀包裹。
本实施例中，纤维通道310和浆料通道320各自的通道内径可根据基体纤维本身的粗细，以及所需的浆料负载量进行设计，基体纤维行进段312和功能纤维行进段313之间的通道内径比例也可以根据浆料的负载比例进行设计。
本实施例中，所述生产设备用于实现功能纤维生产的工作过程如下。
作为原料的基体纤维卷绕在送卷装置100上，将其自由端由基体纤维进口311进入微流控芯片300，然后依次穿过微流控芯片300的纤维通道310、热风烘干装置400、紫外光固化装置500和冷风降温装置600，最终卷绕至收卷装置700上。
控制送卷装置100和收卷装置700采用相同的送卷、收卷速度开始工作，带动基体纤维在以上的各个装置中行进。同时，进料装置200启动向微流控芯片300的浆料通道320中输送光固化功能浆料。
基体纤维在送卷装置100的放卷动作和收卷装置700的收卷动作下，沿微流控芯片300中的纤维通道310行进，在到达基体纤维行近段312和功能纤维行进段313的相连处时，与从浆料通道320汇入的光固化功能浆料接触，被浆料包裹，然后继续沿功能纤维行进段313向前行进直至离开微流控芯片300。
之后，附着有浆料的基体纤维进入热风烘干装置400中，在热风的烘干作用下烘干浆料实现初步固化，然后再进入紫外光固化装置500中接受紫外光照，实现浆料的光照交联固化，从而形成牢固附着在基体纤维表面的聚合物皮层。
光照交联固化后纤维继续行进进入冷风降温装置600，在其中经自然风冷却降温后，最终被卷绕至末端的收卷装置700上。
本实施例中，所述的生产设备能够以商品化成品纤维，例如丙纶、涤纶、锦纶等合成长丝或纱线，或者棉、麻等天然长丝或纱线作为基体纤维，实现将光固化功能浆料均匀包裹在基体纤维表面，再对浆料进行光照交联固化后，最终制得具有附加功能的功能纤维的目的。基体纤维在送卷装置100的放卷动作和收卷装置700的收卷动作下自动行进，实现了功能纤维的连续高效生产。
微流控芯片300的使用有利于控制浆料均匀且充分地包裹在基体纤维表面，进而在光交联之后在基体纤维表面形成一层厚度均一的皮层，并牢度地结合在基体纤维上，使得所制备的功能纤维力学性能不因添加了功能组分而明显降低，同时还具有良好的耐水洗效果，提高了其功能持久性。
同时，采用微流控芯片300实现了微流控技术在功能纤维生产中的应用，一方面能够精准控制浆料在基体纤维上的附着量，另一方面还可以避免影响纤维的柔软特性，保证了所得功能纤维织成功能面料后可保留柔软触感。再者，微流控技术能够实现功能纤维中更大的功能组分添加量，有利于增强功能纤维的功能性。
实施例2
本实施例为上述实施例1的进一步限定，所述的微流控芯片设置至少两个相互独立的纤维通道，还设置至少两个浆料通道，所述的浆料通道和纤维通道一一对应相连。如此，可以通过一个微流控芯片同时实现多根功能纤维的连续生产，从而通过增加纤维的处理量，进一步提高生产效率和产能。
进一步地，本实施例中所述的生产设备包括与纤维通道一一对应设置的至少两台送卷装置，通过每台送卷装置释放一根基体纤维，进入微流控芯片的其中一个纤维通道中。
在本实施例的一种具体方案中，所述微流控芯片上设置一个功能浆料进料口，该功能浆料进料口与各个浆料通道分别连通，从而通过一个功能浆料进料口向多个浆料通道中注入光固化功能浆料。
在上述方案中，由于微流控芯片上仅具有一个功能浆料进料口，进而只需要一台进料装置实现光固化功能浆料的进料。各条浆料通道中以基本一致的进料流速向对应的纤维通道中供给同一种光固化功能浆料，从而实现同一种功能纤维的生产。
因此，各条纤维离开微流控芯片之后，后续处理步骤均可采用相同的工艺参数，进而所述的生产设备中，除送卷装置之外，其他各台装置均可以只设置一台，使得多根纤维在同一热风烘干装置中实现浆料的烘干，再在同一紫外光固化装置中实现浆料的光照交联，然后在同一冷风降温装置中进行冷却降温，最终由同一台收卷装置实现多根功能纤维的卷绕收卷。
或者，也可以设置多台收卷装置，从而实现每一条完成生产的功能纤维可以独立收卷。
在本实施例的另一种具体方案中，所述微流控芯片上设置至少两个功能浆料进料口，所述功能浆料进料口与各个浆料通道一一对应连通，相互独立地向各个浆料通道中注入光固化功能浆料。
进一步地，所述的生产设备还包括与各个功能浆料进料口一一对应设置的进料装置，各个进料装置可以进行相同或不同种类光固化功能浆料的进料，且各个进料装置控制浆料的进料流速也可以相同或不同。需要说明的是，上述不同种类的光固化功能浆料是指浆料制备过程中所添加的功能组分粉体种类不用，也即所具有的功能不同。
更进一步地，所述的生产设备针对微流控芯片中的每一条纤维通道，均对应设置一组热风烘干装置、紫外光固化装置、冷风降温装置和收卷装置。当各条纤维通道分别用于生产不同类型的功能纤维时，可采用不同的基体纤维行进速度、烘干温度、紫外光照射功率等工艺参数。
本实施例中，在微流控芯片上设置两个至多个纤维通道，以及与各纤维通道对应相连的多个浆料通道，可实现一套生产设备同时进行多根相同或不同功能纤维的生产，进一步提高了生产效率。
实施例3
按照如下步骤制备光固化负离子功能浆料J1：
1)反应釜中加入174份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和2份催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，温度控制在45℃，向反应釜中以1ml/min的速度滴加分子量2000的聚四氢呋喃醚二醇(PTMA)400份，滴加完成后继续反应1h；
2)加入亲水扩链剂2,2-双羟甲基丙酸(DMPA)37.5份，在温度60℃下反应2h进行扩链并引入水性化基团；
3)保持当前温度，以0.5ml/min的速度滴加三聚甘油(TPGL)21.6份，滴加完成后反应1h引入多臂核；
4)升温至70℃，以1ml/min的速度滴加溶有0.1份对苯二酚的季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)68.6份，反应3～4h之后，取样进行红外光谱分析，直至2270cm-1处的-NCO基团特征峰完全消失，得到预聚物P1；
5)向控温型高压均质机中加入50份D90≤1μm的电气石粉、100份去离子水、50份步骤4)得到的预聚物P1、2份三乙胺(TEA)，升温至50℃，高压均质1.5h；
6)降低温度至室温，加入2.5份水性光引发剂Irgacure2959，继续高压均质处理0.5h，得到光固化负离子功能浆料J1。
本实施例采用如图1和图2所示的生产设备，选用180D的涤纶长丝作为基体纤维制备负离子功能涤纶长丝。
其中，微流控装置300中，浆料通道320的通道内径，以及纤维通道310的基体纤维行进段312的通道内径均为300μm，功能纤维行进段313的通道内径为600μm。
送卷装置100的送卷速度，以及收卷装置700的收卷速度均为1250mm/min，相当于基体纤维的行进速度为1250mm/min。
进料装置200控制光固化负离子功能浆料J1的进料速度为0.1ml/min。
热风烘干装置400中的热风温度设置为150℃，紫外光固化装置500中UV LED光源的功率设置为200W。
经测试，本实施例所使用的涤纶长丝断裂强力为40.5dN，断裂伸长率为35.6％。采用上述涤纶长丝织成的平纹机织布料(纬密160根/10cm)，其动态负离子释放量为56ion/cc。
对于制备得到的负离子功能涤纶长丝，参照GB/T14344测试负离子功能涤纶长丝的断裂强力为45.3dN，断裂伸长率为39.6％，相比作为基体纤维的涤纶长丝略有提升。
经热重测试，所得负离子功能涤纶长丝中电气石粉的含量为40％。
采用所述负离子功能涤纶长丝织成的平纹机织布料(纬密160根/10cm)，其动态负离子释放量为2130ion/cc。织物在水洗50次之后，测得的动态负离子释放量为1960ion/cc，相比水洗前的下降率为8.0％。对所得的平纹机织布料进行透气性能测试，测得其透气率为110mm/s。
实施例4
按照如下步骤制备光固化相变功能浆料J2：
1)反应釜中加入174份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和2份催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，温度控制在40℃，向反应釜中以1ml/min的速度滴加分子量2000的聚己内酯二醇(PCL)400份，反应1.5h；
2)加入亲水扩链剂2,2-双羟甲基丙酸(DMPA)37.5份，在温度55℃下反应2.5h进行扩链并引入水性化基团；
3)保持当前温度，以1ml/min的速度滴加二聚甘油14.9份，滴加完成后反应1h引入多臂核；
4)升温至65℃，以1.5ml/min的速度滴加溶有0.1份对苯二酚的季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)68.6份，反应3～4h之后，取样进行红外光谱分析，直至2270cm-1处的-NCO基团特征峰完全消失，得到预聚物P2；
5)向控温型高压均质机中加入30份D90≤10μm的相变微胶囊(焓值180kJ/kg)、100份去离子水、70份步骤4)得到的预聚物P2、2.8份三乙胺(TEA)，升温至45℃，高压均质2h；
6)降低温度至室温，加入4份水性光引发剂Irgacure1173，继续高压均质处理1h，得到光固化相变功能浆料J2。
本实施例采用如图1和图2所示的生产设备，选用111dtex的尼龙长丝作为基体纤维制备相变功能尼龙长丝。
其中，微流控装置300中，浆料通道320的通道内径，以及纤维通道310的基体纤维行进段312的通道内径均为300μm，功能纤维行进段313的通道内径为600μm。
送卷装置100的送卷速度，以及收卷装置700的收卷速度均为3600mm/min，相当于基体纤维的行进速度为3600mm/min。
进料装置200控制光固化相变功能浆料J2的进料速度为0.1ml/min。
热风烘干装置400中的热风温度设置为120℃，紫外光固化装置500中UV LED光源的功率设置为180W。
经测试，本实施例所使用的尼龙长丝断裂强度为1.96CN/dtex，断裂伸长率为520.6％。
对于制备得到的相变功能尼龙长丝，测试得到其断裂强度为1.94CN/dtex，断裂伸长率为517.4％，未出现明显下降。所得相变功能尼龙长丝的焓值经测试为48kJ/kg，实现了赋予尼龙长丝相变功能的目的。
实施例5
按照如下步骤制备光固化石墨烯功能浆料J3：
1)反应釜中加入174份异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和2份催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，温度控制在50℃，向反应釜中以1.5ml/min的速度滴加分子量2000的聚碳酸酯二醇(PCDL)400份，反应0.5h；
2)加入亲水扩链剂2,2-双羟甲基丁酸(DMBA)41.4份，在温度65℃下反应1.5h进行扩链并引入水性化基团；
3)保持当前温度，以0.3ml/min的速度滴加双季戊四醇22.9份，滴加完成后反应1h引入多臂核；
4)升温至75℃，以0.5ml/min的速度滴加溶有0.1份对苯二酚的季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)68.6份，反应3～4h之后，取样进行红外光谱分析，直至2270cm-1处的-NCO基团特征峰完全消失，得到预聚物P3；
5)向控温型高压均质机中加入10份D90≤10μm的薄层石墨烯粉体、100份去离子水、90份步骤4)得到的预聚物P3、5.3份三乙醇胺，升温至55℃，高压均质1h；
6)降低温度至室温，加入4.5份水性光引发剂Irgacure2959，继续高压均质处理0.5h，得到光固化石墨烯功能浆料J3。
本实施例采用如图1和图2所示的生产设备，选用75D的丙纶长丝作为基体纤维制备石墨烯功能丙纶长丝。
其中，微流控装置300中，浆料通道320的通道内径，以及纤维通道310的基体纤维行进段312的通道内径均为300μm，功能纤维行进段313的通道内径为600μm。
送卷装置100的送卷速度，以及收卷装置700的收卷速度均为2000mm/min，相当于基体纤维的行进速度为2000mm/min。
进料装置200控制光固化石墨烯功能浆料J3的进料速度为0.1ml/min。
热风烘干装置400中的热风温度设置为160℃，紫外光固化装置500中UV LED光源的功率设置为200W。
经测试，本实施例制备得到的石墨烯功能丙纶长丝，其远红外法向发射率达到90％，金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念球菌的抑菌率均大于99％。水洗50次后，远红外法向发射率为88％，金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念球菌的抑菌率均大于98％，可见水洗后远红外发射性能与抑菌性能均未出现明显下降。
本对比例采用熔融纺丝法制备负离子功能涤纶长丝，具体采用如下制备方法：
将15份D90≤1μm的电气石粉与85份PET切片制成负离子功能母粒，再将所述负离子功能母粒用熔融法纺丝，制得180D的负离子功能涤纶长丝。
参照GB/T14344测试负离子功能涤纶长丝的断裂强力为24.9dN，断裂伸长率为22.4％。经热重测试，所得负离子功能涤纶长丝中电气石粉的含量仅为2％。
采用所述负离子功能涤纶长丝织成的平纹机织布料(纬密160根/10cm)，其动态负离子释放量为480ion/cc。织物在水洗50次之后，测得的动态负离子释放量为395ion/cc，相比水洗前的下降率为17.7％。
通过对比上述对比例1与实施例3的测试结果，可以看出，采用熔融纺丝法制备的功能纤维，其断裂强力和断裂伸长率都会较之未加入功能粉体的纤维明显降低。这是因为添加的电气石粉体为无机材料，添加到有机材料中会破坏有机分子的连续性，降低分子链间的作用力，从而导致纤维的强力和伸长率下降。对比例1中电气石粉的含量只达到2％，其力学性能就发生了明显的下降，因此熔融纺丝法无法实现功能组分的高添加量。
而本发明利用光固化功能浆料并结合微流控技术制备的功能纤维，因为功能组分随浆料包裹在纤维表面，不但没有破坏纤维的内部结构，还在其表层增加了一层聚氨酯皮层，所以其断裂强力和断裂伸长率均没有下降。同时，相比熔融纺丝法，本发明的制备方法还允许更高含量的功能组分的引入，因此实施例3中所得负离子功能涤纶长丝的负离子释放量也较之熔融纺丝法具有显著提升。
对比例2
本对比例采用后整理法制备负离子功能布料，具体采用如下制备方法：
1)称取8份D90≤1μm的电气石粉，2份脂肪醇聚氧乙烯醚，6份水性聚氨酯，2份非离子柔软剂，充分搅拌混合，制成负离子整理剂；
2)称取10份负离子整理剂，与90份水混合均匀形成整理剂溶液；
3)选用180D涤纶长丝织成的平纹机织布料(纬密160根/10cm)，浸入步骤2)所得的整理剂溶液中；
4)在50℃下浸泡20min，甩干至带液率80％，在50℃下烘干半小时后自然晾干，得到负离子功能布料。
对布料进行整理前后的重量进行测量，计算得到整理后的负离子功能布料中，电气石粉含量为7.8％。
对上述采用后整理法得到的负离子功能面料进行测试，其动态负离子释放量为960ion/cc。水洗50次之后，测得其动态负离子释放量为254ion/cc，相比水洗前的下降率为73.5％。
通过对比上述对比例2与实施例3的测试结果，可以看出，通过后整理方法制备的功能面料不具备耐水洗性能，其动态负离子释放量在若干次水洗之后会出现显著下降。而采用本发明制备方法得到的功能纤维所织成的功能面料，较之通过后整理的方法制备的功能面料，耐水洗性能更好，经多次水洗之后，其动态负离子释放量仍高于初始动态负离子释放量的90％。
在试验中还发现，功能粉体负载量相近的情况下，后整理方法处理过的面料触感相对较硬，使得面料柔软舒适性降低，而本发明制备方法可保留纤维的柔性，进而织成的功能面料在柔软舒适性上也明显优于后整理方法得到的功能面料。
对比例3
本对比例采用实施例3中制备的光固化负离子功能浆料J1结合后整理的方法处理布料制备负离子功能布料，具体采用如下制备方法：
1)称取50份实施例3中制备的光固化负离子功能浆料J1，加入2份非离子柔软剂、48份水，混合均匀后制成整理剂溶液；
2)选用180D涤纶长丝织成的平纹机织布料(纬密160根/10cm)，浸入步骤1)所得的整理剂溶液中；
3)在50℃下浸泡20min，甩干至带液率80％，在50℃下烘干半小时后自然晾干；
4)将所得负离子功能布料在200W紫外灯下曝光10s，得到负离子功能布料。
对布料进行整理前后的重量进行测量，计算得到整理后的负离子功能布料中，电气石粉含量为8.4％。
对所制备的负离子功能面料进行测试，其动态负离子释放量为1050ion/cc。水洗50次之后，测得其动态负离子释放量为760ion/cc，相比水洗前的下降率为27.6％。对所得的负离子功能面料进行透气性能测试，测得其透气率为76mm/s。
对比例4
本对比例采用对比例2中制备的负离子整理剂作为功能浆料，采用如图1和图2所示的生产设备制备负离子功能涤纶长丝。
具体地，先称取8份D90≤1μm的电气石粉，2份脂肪醇聚氧乙烯醚，6份水性聚氨酯，2份非离子柔软剂，充分搅拌混合，制成负离子整理剂。
然后采用如图1和图2所示的生产设备，选用180D的涤纶长丝作为基体纤维制备负离子功能涤纶长丝。
其中，微流控装置300中，浆料通道320的通道内径，以及纤维通道310的基体纤维行进段312的通道内径均为300μm，功能纤维行进段313的通道内径为600μm。
送卷装置100的送卷速度，以及收卷装置700的收卷速度均为1250mm/min，相当于基体纤维的行进速度为1250mm/min。
进料装置200控制负离子整理剂的进料速度为0.1ml/min。
热风烘干装置400中的热风温度设置为150℃，紫外光固化装置500中UV LED光源的功率设置为200W。
经测试，本实施例所使用的涤纶长丝断裂强力为40.5dN，断裂伸长率为35.6％。采用上述涤纶长丝织成的平纹机织布料(纬密160根/10cm)，其动态负离子释放量为56ion/cc。
对于制备得到的负离子功能涤纶长丝，参照GB/T14344测试负离子功能涤纶长丝的断裂强力为41.1dN，断裂伸长率为36.2％，相比作为基体纤维的涤纶长丝略有提升。
经热重测试，所得负离子功能涤纶长丝中电气石粉的含量为36％。
采用所述负离子功能涤纶长丝织成的平纹机织布料(纬密160根/10cm)，其动态负离子释放量为1860ion/cc。织物在水洗50次之后，测得的动态负离子释放量为540ion/cc，相比水洗前的下降率为71％。
以下表1中列出了实施例3与对比例2-4中所得的负离子功能涤纶长丝及负离子功能面料的性能测试数据。
表1
Figure BDA0003864217210000211
由上述对比例2和对比例3的测试结果可以看出，将按照本发明中光固化功能浆料的制备方法制备得到的负离子功能浆料采用后整理的方式直接附着至布料上制成负离子功能面料，其耐水洗性能相比采用普通整理剂具有明显提高，说明本发明的光固化功能浆料制备方法能够有效提高浆料固化后与纤维或布料的牢固结合能力。
对比例3中测得的耐水洗性能低于实施例3，说明本发明中利用微流控技术的功能纤维制备方法可进一步提高浆料固化后与纤维的结合力，防止其中的功能组分随水洗流失。同时，对比例3相比于实施例3，所得负离子功能面料的触感明显变硬，且其透气率较低，可见使用本发明的光固化功能浆料采用后整理法处理布料，所得功能面料的柔软性和透气性相比于微流控方法制得功能纤维后再织成的布料都要逊色。
由对比例4与对比例2的测试结果比较可以看出，采用本发明中微流控技术的功能纤维制备方法可以提高功能组分在纤维中的添加量，从而有利于增强功能纤维或所织成的功能面料的功能性。但对比例4所得的负离子功能面料在水洗50次后功能性大幅度下降，不具有耐水洗性，说明纤维上附着的功能组分(即电气石粉)在水洗过程中与纤维脱离而丧失。同时，虽然对比例4中制得的负离子功能涤纶长丝相比基体纤维力学性能略有提升，但与实施例3比较提升幅度相对较小。将对比例4与实施例3比较可以发现，本发明的光固化功能浆料搭配本发明中利用微流控技术的功能纤维制备方法，可以更好地保证功能纤维的力学性能，同时令浆料在纤维表面进行光交联，从而增加功能组分的水洗牢度，延长功能布料的功能作用时间。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种功能纤维的生产设备，其特征在于，沿基体纤维的行进方向依次设置：
微流控装置，设有纤维通道，用于供基体纤维在其中行进，还设有与所述纤维通道相连的浆料通道，用于供光固化功能浆料流动与行进中的基体纤维接触实现附着；
烘干装置，用于对附着在基体纤维上的光固化功能浆料进行烘干；
光固化装置，用于照射基体纤维，使附着的光固化功能浆料在光照下进行光交联；
冷却装置，用于在光固化功能浆料完成光交联之后进行降温，得到功能纤维。
2.根据权利要求1所述的功能纤维的生产设备，其特征在于，所述微流控装置包括设置有纤维通道和浆料通道的微流控芯片；
所述微流控芯片上设置基体纤维进口，用于供基体纤维进入所述纤维通道中；所述微流控芯片上还设置功能浆料进料口，所述功能浆料进料口与浆料通道连通，用于向浆料通道中注入光固化功能浆料；
所述浆料通道的末端连接在基体纤维进口和纤维通道的出口端之间；
优选地，所述微流控芯片采用硅片、玻璃、石英、PMMA、PC、PS、PP、PE和PDMS中的一种材质制成，优选采用石英材质；
优选地，所述浆料通道包括至少两个分别输送光固化功能浆料的浆料子通道；所述纤维通道沿直线延伸设置，在纤维通道的两侧分别设置至少一个浆料子通道；
更优地，设置在纤维通道两侧的浆料子通道与纤维通道的同一位置相连；
更优地，至少两个浆料子通道与同一个功能浆料进料口连通。
3.根据权利要求2所述的功能纤维的生产设备，其特征在于，所述纤维通道沿基体纤维的行进方向依次包括相连的基体纤维行进段和功能纤维行进段，所述浆料通道的末端连接在基体纤维行进段和功能纤维行进段的相连处；
所述基体纤维行进段的通道内径小于功能纤维行进段的通道内径；
优选地，所述基体纤维行进段的通道内径与功能纤维行进段的通道内径的比值为1:1.2～3，优选为1:1.5～2.5；
更优地，所述基体纤维行进段的通道内径为10～400μm，优选为100～300μm；所述功能纤维行进段的通道内径为20～800μm，优选为200～600μm；；
更优地，所述浆料通道的通道内径与基体纤维行进段的通道内径相等，浆料通道的通道内径优选为10～400μm，更优为100～300μm。
4.根据权利要求2或3所述的功能纤维的生产设备，其特征在于，所述微流控芯片设置至少两个相互独立的纤维通道；还设置至少两个浆料通道，所述浆料通道与各个纤维通道一一对应相连；
所述微流控芯片上设置一个功能浆料进料口，所述功能浆料进料口与各个浆料通道分别连通；或者，所述微流控芯片设置至少两个功能浆料进料口，与各个浆料通道一一对应连通，相互独立地向各个浆料通道中注入光固化功能浆料。
5.根据权利要求1-4任一所述的功能纤维的生产设备，其特征在于，还包括：
送卷装置，用于释放待进入微流控装置的基体纤维；
收卷装置，用于卷绕由冷却装置导出的功能纤维；
所述送卷装置的送卷速度与收卷装置的收卷速度相同。
6.根据权利要求1-5任一所述的功能纤维的生产设备，其特征在于，还包括进料装置，用于控制光固化功能浆料向微流控装置进料；
优选地，所述进料装置包括流速调节单元，用于调节光固化功能浆料的进料流速；更优地，所述流速调节单元在0.1～150ml/min进行进料流速的调节。
7.一种功能纤维的微流控制备方法，其特征在于，应用权利要求1-6任一所述的功能纤维的生产设备实现，包括如下步骤：
A、将基体纤维导入微流控装置的纤维通道中，控制基体纤维在所述纤维通道中行进；
B、由微流控装置的功能浆料进料口注入光固化功能浆料，所述光固化功能浆料沿微流控装置的浆料通道流动至纤维通道，与行进中的基体纤维接触实现附着；
C、所述基体纤维附着光固化功能浆料后继续行进离开微流控装置，经烘干、光照交联和冷却后得到功能纤维。
8.根据权利要求7所述的功能纤维的微流控制备方法，其特征在于，所述基体纤维在微流控装置中的行进速度为10～10000mm/min；
优选地，光固化功能浆料的进料流速为0.1～150ml/min；
优选地，所述的行进速度与进料流速的比值为1mm:0.0001～0.01ml。
9.根据权利要求7或8所述的功能纤维的微流控制备方法，其特征在于，步骤C中，采用热风烘干方式进行烘干，烘干温度为120～200℃，优选为140～160℃；
和/或，步骤C中，所述的光照交联为采用紫外光照射实现交联固化，照射所用紫外光源的功率为120～250W，紫外光源的波长为265～380nm；优选地，紫外光源的波长为365nm。
10.根据权利要求7-9任一所述的功能纤维的微流控制备方法，其特征在于，光固化功能浆料中包括预聚物和功能组分粉体，所述预聚物为多臂光固化水性聚氨酯丙烯酸酯预聚物；
优选地，所述光固化功能浆料的粘度为(5～1000)×10-3Pa·s；
进一步优选地，所述预聚物的粘度为0.05～5Pa·s。
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