CN115467169B - 具有高孔隙率的多孔纱线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有高孔隙率的多孔纱线及其制备方法，制备中首先配制发泡溶液和聚合物溶液，随后将未加捻的纱条通过倍捻机进行轻度加捻，再将纱条放入发泡溶液中高压浸渍和发泡处理，将其取出进行加捻与干燥处理，接着将内部多孔的纱线放入聚合物溶液中超声浸渍，最后经非溶剂蒸汽梯度处理和干燥工艺后使得纱线表面形成多孔结构，获得内外都具有多孔结构的高孔隙率纱线。与现有技术相比，本发明通过对纱条进行轻度加捻、发泡、完全加捻和相分离的方法在其表面和内部同时构建了多孔结构，本发明得到的纱线孔隙率高达30～70％，由该纱线制备得到织物孔隙率高达60～99％，可拓宽纱线和织物在保暖、吸音、吸油等领域的应用。

Description

具有高孔隙率的多孔纱线及其制备方法
技术领域
本发明涉及多孔材料技术领域，尤其是涉及一种具有高孔隙率的多孔纱线及其制备方法。
背景技术
多孔材料因其具有孔隙率高、比表面积大、体积密度小等优势，在防寒保暖、吸音降噪、浮油吸附等领域具有广阔的应用前景。现有的多孔材料主要以发泡海绵、气凝胶和纤维块状体的形式存在，在阻隔声音或热量，吸附气体或液体时因其独有的结构优势而被广泛应用，但都存在力学强度较差、穿着舒适性较差和厚度较大等缺点，这些缺点限制了多孔材料的发展。纱线是由多根纤维沿轴向加工成一定细度的产品，具有较高的力学性能，但其孔隙率较低，限制了纱线在防寒保暖、吸音降噪、浮油吸附等领域的应用。
目前，已有相关技术人员在本领域做了一些研究。专利CN202110811649.1通过湿法纺丝和冷冻干燥技术制备了具有较高孔隙率的气凝胶纤维，该方法得到的多孔纤维能储存较多的静止空气，具有一定的保暖性能，但该材料力学强度较低，难以满足实际应用需求。专利CN202111046654.4公开了一种聚氨酯气凝胶纤维的制备方法，该方法以聚合物纳米纤维为孔构造基材，通过湿法纺丝和冷冻干燥工艺获得了具有高比表面积的聚氨酯气凝胶纤维，该材料具有较小的孔径，可在一定程度上阻碍空气的热对流，具有一定的保暖、吸油能力和较高的断裂伸长率，但该技术能耗和成本较高，且拉伸断裂强力低，限制了其在保暖、吸油领域的应用。专利CN85109642介绍了一种将湿法纺丝和发泡技术结合制备多孔纤维的方法，其外观、手感和染色性能与动物毛相类似，具有一定的保暖性能，该技术工艺复杂、使用原料有限，且力学性质较差，限制了其实际应用。专利CN201410194308.4通过熔喷技术将共混物体熔融挤出得到无纺布，随后利用萃取工艺除去牺牲模板，最终获得了多孔纤维无纺布，该无纺布具有一定的保温效果，该技术具有使用原料单一、材料孔径大、力学强度较差、难以贴身穿着等缺陷。
因此，制备出一种孔隙率高且力学强度大的多孔材料，是解决多孔材料领域应用问题的重点和难点。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种具有高孔隙率的多孔纱线及其制备方法。通过对纱条进行轻度加捻、发泡、完全加捻和相分离的方法在其表面和内部同时构建了多孔结构，本发明得到的纱线孔隙率高达30～70％，由该纱线制备得到织物孔隙率高达60～99％，可拓宽纱线和织物在保暖、吸音、吸油等领域的应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明第一个目的是提供一种具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，包括以下步骤：
S1：将未加捻的纱条通过倍捻机进行轻度加捻，得到纤维排列疏松且结构稳定的低捻度纱条；
S2：将S1中得到的纱条放入聚合物发泡溶液中进行高压浸渍，使溶液完全浸入纱条内部并均匀分散在纤维间；
S3：将S2中内部填满聚合物发泡溶液的纱条取出，放入对应尺寸的模具中进行发泡处理，使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，随后进行干燥处理，使溶质在纱条内部形成多孔结构；
S4：将S3中得到的内部具有多孔结构的纱条放入倍捻机中，进行适度加捻，使纱条内纤维间的孔隙充分固定，得到内部具有多孔结构的纱线；
S5：将S4中得到的内部具有多孔结构的纱线放入聚合物溶液中并对其进行超声浸渍处理，使聚合物溶液均匀包覆在纱线表面；
S6：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制装置中，并在装置中加入溶液中聚合物对应的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面的聚合物溶液相分离成均匀的多孔结构，随后将表面完成相分离成孔的纱线烘干，去除剩余溶剂，最终获得皮层和芯层都具有孔结构的高孔隙率纱线。
进一步地，S1中，所述纱条选自天然纤维纱条、合成纤维纱条、天然/合成复合纱条中的一种；
所述纱条的加捻捻度为5～30捻/10cm。
进一步地，S2中，所述聚合物发泡溶液由聚合物、发泡剂和溶剂均匀搅拌制成；
所述聚合物发泡溶液中聚合物的含量为15～60wt％，发泡剂的含量为1～25wt％，其余为溶剂。
进一步地，S2中，所述聚合物选自聚碳酸酯、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚醚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚己内酯、芳纶1313、聚砜、聚丁二酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯的一种或几种；
所述发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酞胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、对甲苯磺酰肼、戊烷或氢化氟烷烃的一种或几种；
所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丁醇、正丙醇、四氯化碳、苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、二苯醚、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或以上；
所述高压浸渍的浸渍压强为20～300MPa，高压浸渍时间为1～30min。
进一步地，S3中，所述发泡时间为20～100min，干燥温度为40～120℃，干燥时间为1～4h。
进一步地，S4中，所述纱条的加捻捻度为20～60捻/10cm。
进一步地，S5中，所述的聚合物溶液由聚合物和溶剂均匀搅拌制成；
所述聚合物溶液中聚合物的含量为6～40wt％，其余为溶剂。
进一步地，S5中，所述聚合物为聚碳酸酯、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚醚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚己内酯、芳纶1313、聚砜、聚丁二酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯的一种或几种；
所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丁醇、正丙醇、四氯化碳、苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、二苯醚、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯和氯仿中的一种或几种；
所述超声频率为20～50kHz，超声浸渍时间为10～60min。
进一步地，S6中，所述溶剂梯度处理装置由4组溶剂蒸汽控制组件和6组纱线传送组件共同组成，纱线传送组件位于纱线溶剂蒸汽控制装置的入口和出口处，分四级梯度控制纱线表面聚合物溶液所处环境的非溶剂蒸汽浓度，从而调节纱线表面聚合物溶液的相分离速度，最终实现相分离膜孔结构的精确调控；
溶剂蒸汽控制组件主要由溶剂环境仓、温度控制台和通风系统组成，通过多个蒸汽控制组件的组合实现对环境溶剂蒸汽环境的梯度控制，能够通过独立控制单个传送组件，使每个传送组件之间形成一定的速度差，确保纱线在行进过程中具有合适的张力，防止纱线在蒸汽罩内的热作用以及气流的冲击下产生变形，对进气、排气通量和加热温度精确调控，在保证溶剂蒸汽浓度保持稳定可控的同时，确保加工环境安全，有效避免有机溶剂泄露造成的人员健康损害、环境污染等问题。
溶剂环境仓主要由蒸汽罩、溶剂蒸汽浓度检测仪、孔眼板、金属网眼和溶剂储存槽组成，蒸汽罩由耐溶剂腐蚀的透明材料制成，孔眼板为纱线与溶剂环境连接的出入口，分布在蒸汽罩前后两侧，孔眼板中孔眼的大小根据纱线的直径调整，且方便拆卸更换；金属网眼位于溶剂储存槽的上方，形状大小与蒸汽罩底面相同；溶剂储存槽位于金属网眼的下方，为耐溶剂腐蚀的材料制成，外部配有开合式仓门与抽屉式滑轮，方便溶剂的放置与取出。
表面包覆聚合物溶液的纱线在纱线传送组件的控制下，以一定速度边旋转边从蒸汽罩上的孔眼板进入蒸汽罩内，角速度和传送速度根据溶液中聚合物的浊点、占比及所需相分离速度的快慢调整；在加热台的作用下，溶剂储存仓内的非溶剂转化为非溶剂蒸汽，布满蒸汽罩，罩内蒸汽含量由加热温度和新风量共同控制，根据溶剂和非溶剂的相容性、非溶剂的沸点以及所需孔径大小等因素共同决定；在进风组件的作用下，外界空气经过气体干燥组件的干燥处理后，从进风管流入蒸汽罩内，干燥空气携带蒸汽罩内的溶剂蒸汽形成混合蒸汽，在抽风组件的负压作用下，以一定的流速在蒸汽罩内流动并与纱线接触，诱导纱线表面的聚合物溶液产生相分离，形成相分离膜孔结构，通过控制加热温度、通风速度以及纱线传输速度控制与纱线表面接触蒸汽的浓度梯度、温度和作用时间，实现可控相分离，精确调控多孔膜孔径大小和孔隙率，作用后的混合蒸汽经活性炭吸附箱吸附回收，以干燥空气的形式排入大气，在精确控制的同时减少环境污染。
聚合物对应的非溶剂选自水、醇类溶剂、酸类溶剂、醚类溶剂、脂类溶剂、脂肪类溶剂、芳香类溶剂或杂环类溶剂中的一种或几种；
非溶剂蒸汽梯度处理时间为10～50min；
干燥温度为40～180℃，干燥时间为1～4h。
本发明第二个目的是提供一种如上述方法具有高孔隙率的多孔纱线，所述纱线的孔隙率为30～70％，且由所述纱线制备得到针织物、机织物、编织物或非织造物的厚度为1～6mm，孔隙率为60～99％。
本发明的技术原理如下：
本发明的具有高空隙率的多孔纱线，是由未加捻的纱条经过轻度加捻、发泡、完全加捻和相分离的方法制备得到。内部孔结构的形成：首先将未加捻的纱条进行轻度加捻处理直至纱条结构稳定，此时纱条内纤维间排列较为疏松，利用发泡技术使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，使纤维间形成孔隙结构，该孔隙结构随溶质的固化而固定，随后对纱条进行类低支纱的加捻处理，适当的捻度可稳定纱条的本体结构，完成加捻后得到内部具有大量孔隙的纱线。表面孔结构的形成：聚合物浸渍液会在超声振荡下会完全均匀包覆在内部形成多孔的纱线表面，随后置于非溶剂蒸汽环境，已形成发泡孔结构纱线表面的聚合物溶液会因非溶剂蒸汽诱导发生相分离，使纱线表面形成多孔结构，最终获得内外都具有孔结构的高孔隙率纱线。本发明在纱线的内部和表面同时构建了稳定的多孔结构，以本发明得到的纱线制备的织物孔隙率可得到大幅提升。
本发明具有以下技术优势：
(1)本发明以普通纱条、发泡液和聚合物溶液为原料，经过轻度加捻、发泡、完全加捻和非溶剂诱导聚合物溶液相分离成孔工艺，在纱线的内部和表面同时构建了稳定的多孔结构。纱线内部的孔由气泡排挤纤维形成，纱线表面的孔由聚合物溶液相分离形成，该方法可显著提高纱线的孔隙率，扩展其在防寒保暖、吸音降噪、浮油吸附等领域的应用。
(2)本发明的一种具有高孔隙率的多孔纱线的制备方法，可在应用于不同种类和不同功能的纱线，方法通用性强，适用范围广。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但绝不是对本发明的限制。本技术方案中如未明确说明的制备手段、材料、结构或组成配比等特征，均视为现有技术中公开的常见技术特征。
本发明中具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，包括以下步骤：
S1：将未加捻的纱条通过倍捻机进行轻度加捻，得到纤维排列疏松且结构稳定的低捻度纱条；
S2：将S1中得到的纱条放入聚合物发泡溶液中进行高压浸渍，使溶液完全浸入纱条内部并均匀分散在纤维间；
S3：将S2中内部填满聚合物发泡溶液的纱条取出，放入对应尺寸的模具中进行发泡处理，使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，随后进行干燥处理，使溶质在纱条内部形成多孔结构；
S4：将S3中得到的内部具有多孔结构的纱条放入倍捻机中，进行适度加捻，使纱条内纤维间的孔隙充分固定，得到内部具有多孔结构的纱线；
S5：将S4中得到的内部具有多孔结构的纱线放入聚合物溶液中并对其进行超声浸渍处理，使聚合物溶液均匀包覆在纱线表面；
S6：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制装置中，并在装置中加入溶液中聚合物对应的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面的聚合物溶液相分离成均匀的多孔结构，随后将表面完成相分离成孔的纱线烘干，去除剩余溶剂，最终获得皮层和芯层都具有孔结构的高孔隙率纱线。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S1中，所述纱条选自天然纤维纱条、合成纤维纱条、天然/合成复合纱条中的一种；
所述纱条的加捻捻度为5～30捻/10cm。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S2中，所述聚合物发泡溶液由聚合物、发泡剂和溶剂均匀搅拌制成；
所述聚合物发泡溶液中聚合物的含量为15～60wt％，发泡剂的含量为1～25wt％，其余为溶剂。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S2中，所述聚合物选自聚碳酸酯、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚醚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚己内酯、芳纶1313、聚砜、聚丁二酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯的一种或几种；
所述发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酞胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、对甲苯磺酰肼、戊烷或氢化氟烷烃的一种或几种；
所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丁醇、正丙醇、四氯化碳、苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、二苯醚、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或以上；
所述高压浸渍的浸渍压强为20～300MPa，高压浸渍时间为1～30min。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S3中，所述发泡时间为20～100min，干燥温度为40～120℃，干燥时间为1～4h。S4中，所述纱条的加捻捻度为20～60捻/10cm。S5中，所述的聚合物溶液由聚合物和溶剂均匀搅拌制成；
所述聚合物溶液中聚合物的含量为6～40wt％，其余为溶剂。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S5中，所述聚合物为聚碳酸酯、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚醚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚己内酯、芳纶1313、聚砜、聚丁二酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯的一种或几种；
具体实施时可根据需要选择/替换地，所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丁醇、正丙醇、四氯化碳、苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、二苯醚、乙酸乙酯、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯和氯仿中的一种或几种；
具体实施时可根据需要选择/替换地，超声频率为20～50kHz，超声浸渍时间为10～60min。
具体实施时可根据需要选择/替换地，聚合物对应的非溶剂选自水、醇类溶剂、酸类溶剂、醚类溶剂、脂类溶剂、脂肪类溶剂、芳香类溶剂或杂环类溶剂中的一种或几种；
非溶剂蒸汽梯度处理时间为10～50min；
干燥温度为40～180℃，干燥时间为1～4h。
本发明制得的具有高孔隙率的多孔纱线不同于普通多孔纤维材料，具体体现在：
(1)现有的多孔纤维孔隙率较高，但其力学强度差，大大限制了实际应用。本发明的具有高孔隙率的多孔纱线，不会改变单纤维本体的致密结构，在纤维与纤维间和纱线表面形成孔结构，极大增加了纱线的孔隙率，该纱线可储存大量静止空气并对声波进行多次反射，且可以充分发挥毛细芯吸效应，可有效提高纱线的保暖、吸音、吸油性能。
(2)现有的多孔纤维聚集体孔隙率较高，但层间易剥离，且厚度大易造成穿着不便。本发明的具有高孔隙率的多孔纱线制备得到的织物具有高孔隙率、高力学强度等优点，同时纱线间依然留有保持舒适性的空隙，人体穿着的舒适度不会减少，兼具了织物本体的高透气性、耐磨、耐水洗等本体特性。
实施例1
本实施例中具有高孔隙率的多孔纱线的制备方法，具体步骤如下：
将聚碳酸酯溶解在氯仿中，随后加入偶氮二异丁腈作为发泡剂，均匀搅拌后获得聚合物发泡溶液，所述发泡溶液中聚碳酸酯的含量为35wt％，偶氮二异丁腈的含量为16wt％，将聚苯乙烯溶解在N,N-二甲基乙酰胺中，均匀搅拌后获得聚合物溶液，所述聚合物溶液中聚苯乙烯的含量为22wt％；
第一步：将未加捻的棉纱条通过倍捻机进行轻度加捻，加捻捻度为11捻/10cm，得到纤维排列疏松且结构稳定的棉纱条；
第二步：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行高压浸渍，浸渍压强为70MPa，高压浸渍时间为25min，使溶液完全浸入纱条内部并均匀分散在纤维间；
第三步：将内部填满聚合物发泡溶液的纱条取出，放入直径2mm的圆柱模具中进行发泡处理，使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，发泡时间为28min，随后进行干燥处理，干燥温度为60℃，干燥时间为3.5h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线内部形成多孔结构；
第四步：将上述内部具有多孔结构的纱条放入倍捻机中，进行适度加捻，加捻捻度为30捻/10cm，使纱条内纤维间的孔隙充分固定，得到内部具有多孔结构的纱线；
第五步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行超声浸渍处理，超声频率为42kHz，超声浸渍时间为19min，使溶液均匀包覆在纱线表面；
第六步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制装置中，并在装置中加入溶水作为聚苯乙烯的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面的聚合物溶液相分离成均匀的多孔结构，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中进行干燥处理，干燥温度为60℃，干燥时间为4h，去除剩余溶剂，最终获得皮层和芯层都具有孔结构的高孔隙率纱线。
最终获得纱线的孔隙率为70％，且由所述纱线制备得到针织物的厚度为2.9mm，孔隙率为99％，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为22cN/tex。
需要说明的是，本实施例中涉及的组分选择和配比、工艺参数均可基于上方指出的可选择/替换内容进行按需调整，对应的性能均与本实施例相似，即调整后的方案均可实现本技术方案中声称的技术效果。
实施例2
本实施例中具有高孔隙率的多孔纱线的制备方法，具体步骤如下：
将聚酰胺溶解在甲酸中，随后加入二亚硝基五亚甲基四胺作为发泡剂，均匀搅拌后获得聚合物发泡溶液，所述发泡溶液中聚酰胺的含量为32wt％，二亚硝基五亚甲基四胺的含量为12wt％，将聚丙烯腈溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，均匀搅拌后获得聚合物溶液，所述聚合物溶液中聚丙烯腈的含量为12wt％；
第一步：将未加捻的涤纶纱条通过倍捻机进行轻度加捻，加捻捻度为10捻/10cm，得到纤维排列疏松且结构稳定的涤纶纱条；
第二步：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行高压浸渍，浸渍压强为80MPa，高压浸渍时间为16min，使溶液完全浸入纱条内部并均匀分散在纤维间；
第三步：将内部填满聚合物发泡溶液的纱条取出，放入直径1.5mm的圆柱模具中进行发泡处理，使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，发泡时间为35min，随后进行干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线内部形成多孔结构；
第四步：将上述内部具有多孔结构的纱条放入倍捻机中，进行适度加捻，加捻捻度为30捻/10cm，使纱条内纤维间的孔隙充分固定，得到内部具有多孔结构的纱线；
第五步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行超声浸渍处理，超声频率为40kHz，超声浸渍时间为20min，使溶液均匀包覆在纱线表面；
第六步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制装置中，并在装置中加入溶水作为聚丙烯腈的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面的聚合物溶液相分离成均匀的多孔结构，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中进行干燥处理，干燥温度为65℃，干燥时间为3h，去除剩余溶剂，最终获得皮层和芯层都具有孔结构的高孔隙率纱线。
最终获得纱线的孔隙率为62％，且由所述纱线制备得到针织物的厚度为2.2mm，孔隙率为86％，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为23cN/tex。
实施例3
本实施例中具有高孔隙率的多孔纱线的制备方法，具体步骤如下：
将聚丙烯溶解在环己酮中，随后加入偶氮二甲酰胺作为发泡剂，均匀搅拌后获得聚合物发泡溶液，所述发泡溶液中聚丙烯的含量为40wt％，偶氮二甲酰胺的含量为9wt％，随后将聚砜溶解在N,N-二甲基乙酰胺中，均匀搅拌后获得聚合物溶液，所述聚合物溶液中聚砜的含量为25wt％；
第一步：将未加捻的锦纶纱条通过倍捻机进行轻度加捻，加捻捻度为12捻/10cm，得到纤维排列疏松且结构稳定的锦纶纱条；
第二步：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行高压浸渍，浸渍压强为105MPa，高压浸渍时间为20min，使溶液完全浸入纱条内部并均匀分散在纤维间；
第三步：将内部填满聚合物发泡溶液的纱条取出，放入直径1.3mm的圆柱模具中进行发泡处理，使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，发泡时间为40min，随后进行干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为2h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线内部形成多孔结构；
第四步：将上述内部具有多孔结构的纱条放入倍捻机中，进行适度加捻，加捻捻度为25捻/10cm，使纱条内纤维间的孔隙充分固定，得到内部具有多孔结构的纱线；
第五步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行超声浸渍处理，超声频率为38kHz，超声浸渍时间为17min，使溶液均匀包覆在纱线表面；
第六步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制装置中，并在装置中加入溶水作为聚砜的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使纱线表面的聚合物溶液相分离成均匀的多孔结构，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中进行干燥处理，干燥温度为170℃，干燥时间为2h，去除剩余溶剂，最终获得皮层和芯层都具有孔结构的高孔隙率纱线。
最终获得纱线的孔隙率为64％，且由所述纱线制备得到针织物的厚度为2.3mm，孔隙率为90％，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为23cN/tex。
实施例4
本实施例中具有高孔隙率的多孔纱线的制备方法，具体步骤如下：
将聚乙烯溶解在甲苯中，随后加入偶氮二异丁腈作为发泡剂，均匀搅拌后获得聚合物发泡溶液，所述发泡溶液中聚乙烯的含量为43wt％，偶氮二异丁腈的含量为12wt％，将聚甲基丙烯酸甲酯溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，均匀搅拌后获得聚合物溶液，所述聚合物溶液中聚甲基丙烯酸甲酯的含量为25wt％；
第一步：将未加捻的腈纶纱条通过倍捻机进行轻度加捻，加捻捻度为9捻/10cm，得到纤维排列疏松且结构稳定的腈纶纱条；
第二步：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行高压浸渍，浸渍压强为120MPa，高压浸渍时间为23min，使溶液完全浸入纱条内部并均匀分散在纤维间；
第三步：将内部填满聚合物发泡溶液的纱条取出，放入直径1mm的圆柱模具中进行发泡处理，使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，发泡时间为30min，随后进行干燥处理，干燥温度为85℃，干燥时间为2.5h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线内部形成多孔结构；
第四步：将上述内部具有多孔结构的纱条放入倍捻机中，进行适度加捻，加捻捻度为28捻/10cm，使纱条内纤维间的孔隙充分固定，得到内部具有多孔结构的纱线；
第五步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行超声浸渍处理，超声频率为45kHz，超声浸渍时间为15min，使溶液均匀包覆在纱线表面；
第六步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制装置中，并在装置中加入溶水作为聚甲基丙烯酸甲酯的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面的聚合物溶液相分离成均匀的多孔结构，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中进行干燥处理，干燥温度为90℃，干燥时间为2h，去除剩余溶剂，最终获得皮层和芯层都具有孔结构的高孔隙率纱线。
最终获得纱线的孔隙率为30％，且由所述纱线制备得到针织物的厚度为1mm，孔隙率为60％，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为22cN/tex。
实施例5
本实施例中具有高孔隙率的多孔纱线的制备方法，具体步骤如下：
将聚氨酯溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，随后加入偶氮二甲酰胺作为发泡剂，均匀搅拌后获得聚合物发泡溶液，发泡溶液中聚氨酯的含量为29wt％，偶氮二甲酰胺的含量为13wt％，将聚乳酸溶解在六氟异丙醇中，均匀搅拌后获得聚合物溶液，聚合物溶液中聚乳酸的含量为18wt％；
第一步：将未加捻的羊毛纱条通过倍捻机进行轻度加捻，加捻捻度为15捻/10cm，得到纤维排列疏松且结构稳定的羊毛纱条；
第二步：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行高压浸渍，浸渍压强为85MPa，高压浸渍时间为30min，使溶液完全浸入纱条内部并均匀分散在纤维间；
第三步：将内部填满聚合物发泡溶液的纱条取出，放入直径1.6mm的圆柱模具中进行发泡处理，使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，发泡时间为40min，随后进行干燥处理，干燥温度为82℃，干燥时间为4h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线内部形成多孔结构；
第四步：将上述内部具有多孔结构的纱条放入倍捻机中，进行适度加捻，加捻捻度为24捻/10cm，使纱条内纤维间的孔隙充分固定，得到内部具有多孔结构的纱线；
第五步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行超声浸渍处理，超声频率为36kHz，超声浸渍时间为21min，使溶液均匀包覆在纱线表面；
第六步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制装置中，并在装置中加入溶水作为聚乳酸的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使纱线表面的聚合物溶液相分离成均匀的多孔结构，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中进行干燥处理，干燥温度为40℃，干燥时间为4h，去除剩余溶剂，最终获得皮层和芯层都具有孔结构的高孔隙率纱线。
最终获得纱线的孔隙率为59％，且由所述纱线制备得到针织物的厚度为2.2mm，孔隙率为82％，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为24cN/tex。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将未加捻的纱条通过倍捻机进行轻度加捻，得到纤维排列疏松且结构稳定的低捻度纱条；
S2：将S1中得到的纱条放入聚合物发泡溶液中进行高压浸渍，使溶液完全浸入纱条内部并均匀分散在纤维间，所述聚合物发泡溶液由聚合物、发泡剂和溶剂均匀搅拌制成，所述聚合物发泡溶液中聚合物的含量为15~60wt%，发泡剂的含量为1~25wt%，其余为溶剂，高压浸渍的浸渍压强为20 ~ 300MPa；
S3：将S2中内部填满聚合物发泡溶液的纱条取出，放入对应尺寸的模具中进行发泡处理，使纱线内部的发泡溶液产生气泡并对气泡周围的纤维产生排挤作用，随后进行干燥处理，使溶质在纱条内部形成多孔结构；
S4：将S3中得到的内部具有多孔结构的纱条放入倍捻机中，纱条的加捻捻度为20~60捻/10cm，使纱条内纤维间的孔隙充分固定，得到内部具有多孔结构的纱线；
S5：将S4中得到的内部具有多孔结构的纱线放入聚合物溶液中并对其进行超声浸渍处理，使聚合物溶液均匀包覆在纱线表面；
S6：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制装置中，并在装置中加入溶液中聚合物对应的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面的聚合物溶液相分离成均匀的多孔结构，随后将表面完成相分离成孔的纱线烘干，去除剩余溶剂，最终获得皮层和芯层都具有孔结构的高孔隙率纱线。
2.根据权利要求1所述的一种具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，其特征在于，S1中，所述纱条选自天然纤维纱条、合成纤维纱条、天然/合成复合纱条中的一种；
所述纱条的加捻捻度为5~30捻/10cm。
3.根据权利要求1所述的一种具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，其特征在于，S2中，所述聚合物选自聚碳酸酯、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚醚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚己内酯、芳纶1313、聚砜、聚丁二酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种或几种；
所述发泡剂选自偶氮二甲酰胺、偶氮二甲酞胺、偶氮二异丁腈、二亚硝基五亚甲基四胺、对甲苯磺酰肼、戊烷或氢化氟烷烃的一种或几种；
所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、异丁醇、正丙醇、四氯化碳、苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、二苯醚、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或以上。
4.根据权利要求1所述的一种具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，其特征在于，S3中，所述发泡时间为20~100min，干燥温度为40~120℃，干燥时间为1~4h。
5.根据权利要求1所述的一种具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，其特征在于，S5中，所述的聚合物溶液由聚合物和溶剂均匀搅拌制成；
所述聚合物溶液中聚合物的含量为6~40wt%，其余为溶剂。
6.根据权利要求5所述的一种具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，其特征在于，S5中，所述聚合物为聚碳酸酯、聚氨酯、聚乳酸、聚酰胺、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯腈、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丙烯腈共聚物、聚醚酰亚胺、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺、聚己内酯、芳纶1313、聚砜、聚丁二酸丁二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯的一种或几种；
所述溶剂为水、甲醇、乙醇、异丁醇、正丙醇、四氯化碳、苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、二苯醚、丙酮、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺中、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯和氯仿中的一种或几种；
所述超声频率为20~50kHz，超声浸渍时间为10~60min。
7.根据权利要求1所述的一种具有高孔隙率多孔纱线的制备方法，其特征在于，S6中，所述溶剂蒸汽梯度控制装置由4组溶剂蒸汽控制组件和6组纱线传送组件共同组成，分四级梯度控制纱线表面聚合物溶液所处环境的非溶剂蒸汽浓度，从而调节纱线表面聚合物溶液的相分离速度，最终实现相分离膜孔结构的精确调控；
聚合物对应的非溶剂选自水、醇类溶剂、酸类溶剂、醚类溶剂、脂类溶剂、脂肪类溶剂、芳香类溶剂或杂环类溶剂中的一种或几种；
非溶剂蒸汽梯度处理时间为10~50min；
干燥温度为40~180℃，干燥时间为1~4h。
8.一种如权利要求1至7中任意一项所述方法具有高孔隙率的多孔纱线，其特征在于，所述纱线的孔隙率为30~70%，且由所述纱线制备得到针织物、机织物、编织物或非织造物的厚度为1~6mm，孔隙率为60~99%。
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