CN115467170A - 一种表面多孔的皮芯结构纱线及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种表面多孔的皮芯结构纱线及其制备方法，制备包括以下步骤：配制发泡溶液和聚合物溶液，随后将纱线放入发泡溶液中超声浸渍，发泡处理后得到表面具有初级孔结构的纱线，再将其放入聚合物溶液中旋转浸渍，最后进行非溶剂蒸汽梯度处理和干燥工艺，使纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔，以获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。与现有技术相比，本发明通过发泡和相分离的方法在纱线表面构建了均匀稳定的多级孔结构，其中初级孔孔径为10～200μm，次级孔孔径为40～600nm，该多级孔结构可储存大量静止空气，赋予了纱线优异的保暖性能，并且由该纱线制备得到的织物兼具高强度、高透气性、耐水洗等特性。

Description

一种表面多孔的皮芯结构纱线及其制备方法
技术领域
本发明涉及保暖材料技术领域，尤其是涉及一种表面多孔的皮芯结构纱线及其制备方法。
背景技术
现有的服用保暖材料主要分为保暖絮片和保暖织物，保暖絮片由于其蓬松的立体结构和多孔结构，可以存储一定的静止空气，具有较好的保暖性能。但这类保暖材料通常厚度较大、力学性能较差，往往只能以填料的形式存在于防寒服面料间的夹层，既难以贴身穿着也不适合作为外层使用，应用场景十分有限。保暖织物通常以纱线经线圈相互穿套得到的针织物或经纬纱相互交织得到的机织物的形式存在，厚度小、强度高、穿着舒适性较高、功能性强，但由致密纱线制备得到的织物孔隙率较低，难以储存大量的静止空气，造成了其保暖性能较差，通常需要和保暖絮片搭配使用，难以在较低温度下独立使用。现有的保暖絮片和保暖织物都难以满足人们对轻薄和高效保暖的双重要求。因此，赋予纱线表面多孔结构，可提高纱线的保暖性能，而由该纱线制成的织物可以在兼具织物本体的高强度、高透气性、耐磨、耐水洗等优点与高保暖性能，大大拓展了保暖织物的应用范围。
目前，已有相关技术人员在本领域做了一些研究。专利CN202010221964.4介绍了一种织物浸渍形成多孔结构的方法，该方法将织物浸入添加非溶剂组分的亚稳态高分子溶液中，经静置(自发形成多孔结构)、溶剂置换、干燥过程得到内部具有多孔结构的织物，但该织物中纱线间的空隙被严重堵塞，易造成透气性差、不耐水洗、穿着舒适性降低等缺点。专利CN202010221964.4介绍了纤维一种纤维浸渍形成褶皱结构的方法，该方法将纤维浸入涂布液中后取出干燥，获得表面涂布有涂层的纤维，随后将其进行等离子体处理，最后得到表面褶皱化纤维，该技术工艺复杂、成本高昂、对增强保暖效果无显著影响。专利CN202110645673.2介绍了一种湿法纺丝制备多孔纤维的方法，该方法利用湿法纺丝得到内部具有多孔结构的单纤维，该材料具有一定的保暖性能，但力学性能较差，限制了其实际应用。专利CN201710085435.4介绍了一种模板去除法制备皮芯结构纤维的方法，该方法先用熔融纺丝法制备皮芯结构纤维，再将其浸泡在丙酮溶液中，利用丙酮萃取皮层中的醋酸丁酸纤维素，得到多孔皮芯复合纤维，可用于电极材料、传感器、水处理领域，但该技术使用原料单一、材料孔径大、保暖性能较差。
因此，制备既具有优异的力学强度，又具有高效保暖特性的多孔纱线至关重要。
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表面多孔的皮芯结构纱线及其制备方法，解决了现有技术中存在的保暖材料难以同时兼具轻薄、高强度与高保暖性能的缺陷。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
本发明的第一个目的是提供一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，包括以下步骤：
S1：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行超声浸渍，使溶液完全均匀包覆在纱线表面；
S2：将表面包覆聚合物发泡溶液的纱线自聚合物发泡溶液中取出，放入模具中进行发泡，使纱线表面的发泡溶液产生气泡，之后进行干燥，使溶剂挥发，使得纱线表面溶质多孔的形状固化，以此在纱线表面形成初级孔结构；
S3：将具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行旋转浸渍处理，使聚合物溶液充分浸透在初级孔结构中；
S4：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，并在溶剂蒸汽梯度控制装置中加入溶液中聚合物对应的非溶剂，对溶液进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔，之后进行干燥，获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。
进一步地，S1中，所述纱线为天然纤维纱线、合成纤维纱线、天然-合成复合纱线中的一种。
进一步地，S1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，S1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、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、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、戊烷或氢化氟烷烃中的一种或几种；
所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、六氟异丙醇、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、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或几种；
超声浸渍采用的超声频率为20～50kHz，超声浸渍时间为10～60min。
进一步地，S2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，S3中，所述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；
S3中所述溶剂为S1中所述聚合物的难容溶剂。
进一步地，S3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、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；
S3中，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、六氟异丙醇、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、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯和氯仿中的一种或几种；
S3中，所述旋转浸渍的旋转速度50～400rpm，旋转浸渍时间为15～50min。
进一步地，所述溶剂蒸汽梯度控制组件由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；
通过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，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。
进一步地，所述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；
所述非溶剂蒸汽梯度处理时间为10～50min；
所述干燥处理的干燥温度为40～180℃，干燥时间为1～4h。
本发明的第二个目的是提供一种由上述方法制备的表面多孔的皮芯结构纱线，所述皮芯结构纱线的皮层多孔膜厚度为50～1000μm，纱线表面多级孔结构中，初级孔孔径为10～200μm，次级孔孔径为40～600nm，且由所述纱线制备得到针织物、机织物、编织物及非织造物的厚度为0.5～3mm，热阻为0.12～0.35m2K/W。
本发明的技术原理如下：
本发明的表面多孔的皮芯结构纱线，是将普通纱线通过发泡工艺和聚合物溶液相分离技术协同获得。选择不同的发泡剂可带来不同的发泡效果，使用闭孔发泡剂时，可在纱线表面得到一层闭孔结构，再通过非溶剂诱导相分离的孔就会在闭孔结构外层再得到一层孔结构，并将发泡得到的闭孔结构加固；使用开孔发泡剂时，可在纱线表面得到一层开孔结构，随后而至的聚合物溶液便会在开放的初级孔结构内形成更小的次级孔结构，最终获得表面多级孔结构。发泡浸渍液在超声振荡下会完全均匀包覆在纱线表面，在发泡环境下，高浓度聚合物溶液中的发泡剂因物理或化学作用产生气泡，并随着溶剂的挥发溶质的固化而固定。在旋转浸渍下，聚合物溶液会充分均匀浸透在发泡形成的初级孔结构中，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，将纱线经过不同的非溶剂蒸汽浓度梯度环境中可以精确控制聚合物溶液的相分离速度，从而控制孔结构，包括孔径、孔体积、开孔或闭孔等；以本发明得到的纱线制备的织物依然具有本体的高强度、高透气性、耐磨、耐水洗等优点，同时保暖性能可得到显著提升。
本发明具有以下技术优势：
(1)本发明的一种表面多孔的皮芯结构纱线，皮层的多层次孔结构可有效储存静止空气，起到提高保暖性能的效果；芯层致密排列的取向纤维提供力学强度。经过表面多孔化处理的纱线制备的织物与未处理的相比热阻可提升至0.12～0.35m2K/W，且其它性能可完好保留。
(2)本发明的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，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。
本发明中的表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，包括以下步骤：
S1：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行超声浸渍，使溶液完全均匀包覆在纱线表面；
S2：将表面包覆聚合物发泡溶液的纱线自聚合物发泡溶液中取出，放入模具中进行发泡，使纱线表面的发泡溶液产生气泡，之后进行干燥，使溶剂挥发，使得纱线表面溶质多孔的形状固化，以此在纱线表面形成初级孔结构；
S3：将具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行旋转浸渍处理，使聚合物溶液充分浸透在初级孔结构中；
S4：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，并在溶剂蒸汽梯度控制装置中加入溶液中聚合物对应的非溶剂，对溶液进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔，之后进行干燥，获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S1中，所述纱线为天然纤维纱线、合成纤维纱线、天然-合成复合纱线中的一种。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S1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，S1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、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、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、戊烷或氢化氟烷烃中的一种或几种；
所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、六氟异丙醇、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、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或几种；
超声浸渍采用的超声频率为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，S2中，所述发泡时间为20～100min，干燥温度为40～120℃，干燥时间为1～4h。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S3中，所述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；
S3中所述溶剂为S1中所述聚合物的难容溶剂。
具体实施时可根据需要选择/替换地，S3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、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；
S3中，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、六氟异丙醇、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、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯和氯仿中的一种或几种；
S3中，所述旋转浸渍的旋转速度50～400rpm，旋转浸渍时间为15～50min。
具体实施时可根据需要选择/替换地，所述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；
所述非溶剂蒸汽梯度处理时间为10～50min；
所述干燥处理的干燥温度为40～180℃，干燥时间为1～4h。
本发明制得的表面多孔的皮芯结构纱线不同于普通的纱线，具体体现在：
(1)本发明的表面多孔的皮芯结构纱线的保暖性能得到了有效提升；这是因为与普通纱线相比，本发明的纱线表面具有丰富且大量的孔结构，有利于阻止空气流动，防止因空气流动引起的热量散失，经过精细调节的相分离小孔结构的存在可有效阻碍空气分子的运动并有效减少气体分子间的热量传递，在增加静止空气保有量的同时降低了纱线周围空气本体的导热系数，极大提升了保暖性能。
(2)本发明的表面多孔的皮芯结构纱线制备得到的织物具有较好的力学性能；这是因为表面的粗糙多孔结构可大大加强纱线之间的滑移阻力，从而有效提高了织物的抗顶破、剪切、拉伸断裂等力学强度，同时纱线间依然留有保持湿舒适性的空隙，人体穿着的舒适度不会减少，兼具织物本体的的高透气性、耐磨、耐水洗等优点与高保暖性能。
实施例1
本实施例中表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，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15wt％，偶氮二甲酰胺的含量为8wt％；第二步：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：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行超声浸渍，超声频率为20kHz，超声浸渍时间为20min，使溶液完全均匀包覆在纱线表面；
第二步：将表面包覆聚合物发泡溶液的纱线取出，放入模具中进行发泡处理，使纱线表面的发泡溶液产生气泡，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，在纱线表面形成初级孔结构；
第三步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行旋转浸渍处理，旋转速度279rpm，旋转浸渍时间为20min，使溶液充分浸透在初级孔结构中；
第四步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制系统中，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，使得纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中干燥，干燥温度为40℃，干燥时间为4h，去除剩余溶剂，最终获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。
最终获得纱线皮层多孔膜厚度为496μm，初级孔孔径为117μm，次级孔孔径为64nm，且由所述纱线制备得到针织物的厚度为1.7mm，热阻为0.19m2K/W，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为29cN/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
本实施例中表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，具体步骤如下：
将聚碳酸酯溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，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：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行超声浸渍，超声频率为37kHz，超声浸渍时间为25min，使溶液完全均匀包覆在纱线表面；
第二步：将表面包覆聚合物发泡溶液的纱线取出，放入模具中进行发泡处理，使纱线表面的发泡溶液产生气泡，发泡时间为24min，随后进行干燥处理，干燥温度为120℃，干燥时间为2h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线表面形成初级孔结构；
第三步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行旋转浸渍处理，旋转速度256rpm，旋转浸渍时间为20min，使溶液充分浸透在初级孔结构中；
第四步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制系统中，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，使得纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中干燥，干燥温度为60℃，干燥时间为3h，去除剩余溶剂，最终获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。
最终获得纱线皮层多孔膜厚度为283μm，初级孔孔径为146μm，次级孔孔径为105nm，且由所述纱线制备得到机织物的厚度为1.2mm，热阻为0.15m2K/W，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为30cN/tex。
实施例3
本实施例中表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，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：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行超声浸渍，超声频率为42kHz，超声浸渍时间为15min，使溶液完全均匀包覆在纱线表面；
第二步：将表面包覆聚合物发泡溶液的纱线取出，放入模具中进行发泡处理，使纱线表面的发泡溶液产生气泡，发泡时间为35min，随后进行干燥处理，干燥温度为110℃，干燥时间为2h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线表面形成初级孔结构；
第三步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行旋转浸渍处理，旋转速度180rpm，旋转浸渍时间为15min，使溶液充分浸透在初级孔结构中；
第四步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制系统中，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，使得纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中干燥，干燥温度为130℃，干燥时间为2h，去除剩余溶剂，最终获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。
最终获得纱线皮层多孔膜厚度为153μm，初级孔孔径为177μm，次级孔孔径为96nm，且由所述纱线制备得到针织物的厚度为1.5mm，热阻为0.21m2K/W，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为28cN/tex。
实施例4
本实施例中表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，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60wt％，偶氮二甲酰胺的含量为9wt％；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：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行超声浸渍，超声频率为50kHz，超声浸渍时间为22min，使溶液完全均匀包覆在纱线表面；
第二步：将表面包覆聚合物发泡溶液的纱线取出，放入模具中进行发泡处理，使纱线表面的发泡溶液产生气泡，发泡时间为16min，随后进行干燥处理，干燥温度为80℃，干燥时间为3h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线表面形成初级孔结构；
第三步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行旋转浸渍处理，旋转速度310rpm，旋转浸渍时间为20min，使溶液充分浸透在初级孔结构中；
第四步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制系统中，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，使得纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔，随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中干燥，干燥温度为160℃，干燥时间为2h，去除剩余溶剂，最终获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。
最终获得纱线皮层多孔膜厚度为456μm，初级孔孔径为94μm，次级孔孔径为210nm，且由所述纱线制备得到机织物的厚度为1.2mm，热阻为0.16m2K/W，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为29cN/tex。
实施例5
本实施例中表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，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45wt％，偶氮二异丁腈的含量为17wt％；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20wt％；
第一步：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行超声浸渍，超声频率为28kHz，超声浸渍时间为28min，使溶液完全均匀包覆在纱线表面；
第二步：将表面包覆聚合物发泡溶液的纱线取出，放入模具中进行发泡处理，使纱线表面的发泡溶液产生气泡，发泡时间为27min，随后进行干燥处理，干燥温度为70℃，干燥时间为3h，使溶剂挥发，溶质多孔的形状固化，在纱线表面形成初级孔结构；
第三步：将上述具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行旋转浸渍处理，旋转速度290rpm，旋转浸渍时间为15min，使溶液充分浸透在初级孔结构中；
第四步：将表面包覆聚合物溶液的纱线放入溶剂蒸汽梯度控制系统中，并在装置中加入溶乙醇作为聚砜的非溶剂，对其进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔；随后将表面完成相分离成孔的纱线放入鼓风烘箱中干燥，干燥温度为100℃，干燥时间为3h，去除剩余溶剂，最终获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。
最终获得纱线皮层多孔膜厚度为682μm，初级孔孔径为157μm，次级孔孔径为240nm，且由所述纱线制备得到机织物的厚度为3mm，热阻为0.35m2K/W，该表面多孔的皮芯结构纱线的断裂强度为27cN/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 (10)

1.一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将纱线放入聚合物发泡溶液中进行超声浸渍，使溶液完全均匀包覆在纱线表面；
S2：将表面包覆聚合物发泡溶液的纱线自聚合物发泡溶液中取出，放入模具中进行发泡，使纱线表面的发泡溶液产生气泡，之后进行干燥，使溶剂挥发，使得纱线表面溶质多孔的形状固化，以此在纱线表面形成初级孔结构；
S3：将具有初级孔结构的纱线放入聚合物溶液中，进行旋转浸渍处理，使聚合物溶液充分浸透在初级孔结构中；
S4：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，并在溶剂蒸汽梯度控制装置中加入溶液中聚合物对应的非溶剂，对溶液进行非溶剂诱导相分离，使得纱线表面初级孔内聚合物溶液相分离成均匀的次级孔，之后进行干燥，获得表面具有多级孔的皮芯结构纱线。
2.根据权利要求1所述的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，S1中，所述纱线为天然纤维纱线、合成纤维纱线、天然-合成复合纱线中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，S1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。
4.根据权利要求3所述的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，S1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、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、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、戊烷或氢化氟烷烃中的一种或几种；
所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、六氟异丙醇、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、N,N-二甲基乙酰胺、甲酚、二甲基亚砜、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或几种；
超声浸渍采用的超声频率为20～50kHz，超声浸渍时间为10～60min。
5.根据权利要求1所述的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，S2中，所述发泡时间为20～100min，干燥温度为40～120℃，干燥时间为1～4h。
6.根据权利要求3所述的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，S3中，所述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；
S3中所述溶剂为S1中所述聚合物的难容溶剂。
7.根据权利要求6所述的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，S3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、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；
S3中，所述溶剂选自水、甲醇、乙醇、六氟异丙醇、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、环己酮、乙酸丁酯、乙酸乙酯和氯仿中的一种或几种；
S3中，所述旋转浸渍的旋转速度50～400rpm，旋转浸渍时间为15～50min。
8.根据权利要求6所述的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，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；
溶剂蒸汽梯度控制装置中，通过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，实现相分离膜孔结构的精确调控。
9.根据权利要求1所述的一种表面多孔的皮芯结构纱线的制备方法，其特征在于，S4中，所述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；
所述非溶剂蒸汽梯度处理时间为10～50min；
所述干燥处理的干燥温度为40～180℃，干燥时间为1～4h。
10.一种如权利要求1至9中任意一项所述方法制备的表面多孔的皮芯结构纱线，其特征在于，所述皮芯结构纱线的皮层多孔膜厚度为50～1000μm，纱线表面多级孔结构中，初级孔孔径为10～200μm，次级孔孔径为40～600nm，且由所述纱线制备得到针织物、机织物、编织物及非织造物的厚度为0.5～3mm，热阻为0.12～0.35m2K/W。
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