CN116446067A - 一种发热纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发热纤维，涉及纤维技术领域。本发明在制备发热纤维时加入了硅硼化物纳米壳材料、远红外纳米陶瓷材料、酸性岩浆的混合物；硅硼化物纳米壳材料的多尺度结构使其能吸收大量的太阳光并能容易地添加到纺丝液中；远红外纳米陶瓷材料可以反射人体产生的远红外，用来阻止人体热量的流失；酸性岩浆是岩浆喷发时，由于压力的急剧减少，内部气体迅速逸出膨胀而形成的岩浆，这种火山喷发所形成的多空隙的结构的物质，使得纤维具有保温隔热的功能。
Description
技术领域
本发明涉及纤维技术领域，具体为一种发热纤维。
背景技术
我国地域辽阔，南北方气候差异大，北方气温低，东北三省常常会达到零下三十多摄氏度，南方虽然温度相对来说要高一些，但由于湿气重，会给人带来刺骨的寒冷，且由于寒冷会给人体健康带来极大地损伤，人的活动受到局限，生活变得诸多不便。特别是一些需要户外活动的人员，比如:清洁工、建筑工、外卖员、快递员、测绘人员等户外工作者，他们由于身体长时间处于低温环境下且保温措施不到位的话极易感染风寒，从而引发咳嗽、肺炎、心血管疾病、心肺功能衰竭等症状,甚至最终造成死亡。对于未成年人及老年人等特殊人群身体受凉带来的疾病而伴有关节疼痛、其他后遗症会更多，他们对于衣服保暖性的要求更高。而对于年轻人来说，希望在寒冷的冬天穿着服装既时尚不臃肿又保暖，因此这些需求对于服装面料的保暖性提出了新的要求。
公开号CN201810470621.4吸光发热保温针织面料中提到的，使用的吸光发热纤维为含有无机发热粒子和碳黑粒子的涤纶或锦纶，虽然有很好的保温效果，但是面料颜色单一，不符合当今对时尚的要求，缺乏美感，因此本发明研究制备了一种具有吸光发热效果，并有光蓄热性能、还能够通过进行染色处理，得到不同深浅颜色的发热纤维。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发热纤维，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种发热纤维，所述发热纤维包括硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆、纤维；所述硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆的质量比为2:1:1～3:1:1。
优选的，所述硅硼化物纳米壳材料的直径为500nm～2μm。
优选的，所述远红外纳米陶瓷材料为长石、高岭土、碳酸钙、二氧化矽、硬硼酸钙、氧化铝、氧化锆、氧化铁、氧化锰中的一种或几种混合。
优选的，所述酸性岩浆中硅铝酸盐含量为9～12％，密度为0.5～1g/cm3。
优选的，所述纤维为短纤维、长丝或短纤混纺纱；所述短纤维的纤度为1.1dtex～11dtex、长度为22mm～102mm；所述长丝的纤度为33dtex～550dtex；所述短纤混纺纱在32s～80s。
优选的，所述一种发热纤维的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在50～100rpm下搅拌20～24h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤3～5次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.02～0.04倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002～0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在100～300rpm下搅拌反应20～30min，过滤后在70～80℃下固化20～30min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物与PBT切片按质量比1:10～1:3混合，熔融后用螺杆挤压机挤出、切粒，得到蓝色吸光发热母粒；其中，共混温度为245℃～265℃，螺杆转速为120～160rpm；
(3)将蓝色吸光发热母粒与聚酯切片或锦纶切片按质量比1:99～1:50混合进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为700～850g/min，纺丝温度为285℃～300℃，纺丝速度为850～1000m/min，牵伸倍数为2.0～3.0倍；
(4)经过集束、拉伸、热定形、卷曲、定形、切断、打包，制得发热纤维。
优选的，所述一种发热纤维的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在50～100rpm下搅拌20～24h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤3～5次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.02～0.04倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002～0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在100～300rpm下搅拌反应20～30min，过滤后在70～80℃下固化20～30min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物与PBT切片按质量比1:10～1:3混合，熔融后用螺杆挤压机挤出、切粒，得到蓝色吸光发热母粒；其中，共混温度为245℃～265℃，螺杆转速为120～160rpm
(3)将吸光发热母粒与聚酯切片或锦纶切片按照重量比1:99～1:50的比例添加到聚酯进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为1500～3000g/min，纺丝温度为285℃～300℃，纺丝速2700～3200m/min，牵伸倍数为1.6～2.0倍，制得发热纤维未延伸丝；
(4)得到的发热纤维未延伸丝进行假捻加工，制得发热纤维。
优选的，所述一种发热纤维的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在50～100rpm下搅拌20～24h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤3～5次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.02～0.04倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002～0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在100～300rpm下搅拌反应20～30min，过滤后在70～80℃下固化20～30min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物以20％的质量比溶解在加有1％分散剂的水溶液中，并进行充分搅拌，制得发热功能改性溶液；
(3)将竹浆粕经包括浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、脱泡熟成步骤制得甲纤含量为8.15～8.90％，含碱为4.75～5.10％，粘度为35～50s，熟成度为8～14ml的粘胶纺丝液；
(4)将发热功能改性溶液通过计量泵加入到混合器，同时粘胶纺丝液通过粘胶流量计加入到混合器，混合均匀后经过滤引入凝固浴纺丝成型，制得丝条；发热功能改性溶液为粘胶纺丝液质量的1～5％，凝固浴的组成为硫酸，80～170g/l、硫酸铝8～20g/l、硫酸钠280～320g/l，温度为47～51℃；
(5)丝条经牵伸、切断、水洗，酸洗、脱硫等后处理步骤得到发热纤维。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：
本发明在制备发热纤维时加入了硅硼化物纳米壳材料、远红外纳米陶瓷材料、酸性岩浆的混合物；
硅硼化物纳米壳材料是一种新材料具有超强的热吸收材料，可吸收90％的太阳能并转化为热能，本发明添加的硅硼化物纳米壳材料的颗粒直径在集中在500纳米到2微米之间，这样的多尺度结构使其能吸收大量的太阳光并能容易地添加到纺丝液中；
远红外纳米陶瓷材料可以反射人体产生的远红外，用来阻止人体热量的流失；酸性岩浆是岩浆喷发时，由于压力的急剧减少，内部气体迅速逸出膨胀而形成的岩浆，这种火山喷发所形成的多空隙的结构的物质，使得纤维具有保温隔热的功能；
本发明的发热纤维中含有硅硼化物纳米壳材料，这种材料具有较高的吸收光线的能力，通过吸收光源转化成热能，从而使得絮片或者面料的温度升高，达到光能到热能的转化，加之酸性岩浆保温隔热效果良好，使得纤维具有光蓄热性能，并且无机粒子添加的越多，吸收太阳光的能力越强，反射红外线的能力也越强；
将硅硼化物纳米壳材料、远红外纳米陶瓷材料、酸性岩浆的混合物在进行共挤出时，再进行预处理，将多巴胺盐酸盐在聚合物表面自聚后，再用聚二甲基硅氧烷进行疏水处理，增强了混合物的疏水性，从而增强了混合物的分散性，使得发热纤维能够更均匀的发热；
本发明制备的发热纤维，微带灰色，可正常进行染色处理，得到不同深浅的颜色，克服了黑色吸光发热纤维在颜色上的局限性，发热纤维具有独特的吸光发热效果，并有光蓄热性能；对远红外有反射效果，可以防止人体热量的逃逸；并且通过添加了硅硼化物纳米壳材料的纤维具有耐久性的抗菌功能，普通家庭洗涤50次后面料对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌的抑菌率在85％以上。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了更清楚的说明本发明提供的方法通过以下实施例进行详细说明，将实施例和对比例中制备的发热纤维的各指标测试方法如下：
将实施例与对比例制得的发热纤维编织成克重为80g/m2的面料进行性能检测；
红外反射率：将面料使用TJ270-30A双光束红外分光光度计，选择测量波段780～4000nm的红外区域、测试模式为反射、数据间隔为5nm的测试条件对面料的的反射率进行测试，取全波段反射率的平均值。
光蓄热性能：将面料参照GB/T18319进行光蓄热性能性能测试；
面料远红外辐照升温：将面料参照GB/T 30127进行辐照升温测试；
抗菌性：将面料参照GB/T 20944.3进行抗菌性测试。
实施例1
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆按质量比2:1:1混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在50rpm下搅拌20h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤3次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.02倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002倍的邻苯二甲酸二丁酯，在100rpm下搅拌反应20min，过滤后在70℃下固化20min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物与PBT切片按质量比1:10混合，熔融后用螺杆挤压机挤出、切粒，得到蓝色吸光发热母粒；其中，共混温度为245℃，螺杆转速为120rpm；
(3)将蓝色吸光发热母粒与锦纶切片按质量比1:99混合进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为700g/min，纺丝温度为285℃，纺丝速度为850m/min，牵伸倍数为2.0倍；
(4)经过集束、拉伸、热定形、卷曲、定形、切断、打包，制得发热纤维。
实施例2
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆按质量比3:1:1混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在80rpm下搅拌22h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤4次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.03倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002～0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在200rpm下搅拌反应25min，过滤后在75℃下固化25min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物与PBT切片按质量比1:6混合，熔融后用螺杆挤压机挤出、切粒，得到蓝色吸光发热母粒；其中，共混温度为255℃，螺杆转速为140rpm；
(3)将吸光发热母粒与聚酯切片按照重量比1:77的比例添加到聚酯进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为2400g/min，纺丝温度为295℃，纺丝速2900m/min，牵伸倍数为1.8倍，制得发热纤维未延伸丝；
(4)得到的发热纤维未延伸丝进行假捻加工，制得发热纤维。
实施例3
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆按质量比2:1:1混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在100rpm下搅拌24h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤5次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.04倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在300rpm下搅拌反应30min，过滤后在80℃下固化30min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物以20％的质量比溶解在加有1％分散剂的水溶液中，并进行充分搅拌，制得发热功能改性溶液；
(3)将竹浆粕经包括浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、脱泡熟成步骤制得甲纤含量为8.90％，含碱为5.10％，粘度为50s，熟成度为14ml的粘胶纺丝液；
(4)将发热功能改性溶液通过计量泵加入到混合器，同时粘胶纺丝液通过粘胶流量计加入到混合器，混合均匀后经过滤引入凝固浴纺丝成型，制得丝条；发热功能改性溶液为粘胶纺丝液质量的5％，凝固浴的组成为硫酸，170g/l、硫酸铝20g/l、硫酸钠320g/l，温度为51℃；
(5)丝条经牵伸、切断、水洗，酸洗、脱硫等后处理步骤得到发热纤维。
对比例1
(1)将聚酯切片添加到聚酯进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为2400g/min，纺丝温度为295℃，纺丝速2900m/min，牵伸倍数为1.8倍，制得发热纤维未延伸丝；
(2)得到的发热纤维未延伸丝进行假捻加工，制得发热纤维。
对比例2
(1)将陶瓷材料浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在80rpm下搅拌22h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤4次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.03倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002～0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在200rpm下搅拌反应25min，过滤后在75℃下固化25min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物与PBT切片按质量比1:6混合，熔融后用螺杆挤压机挤出、切粒，得到蓝色吸光发热母粒；其中，共混温度为255℃，螺杆转速为140rpm
(2)将吸光发热母粒与聚酯切片按照重量比1:77的比例添加到聚酯进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为2400g/min，纺丝温度为295℃，纺丝速2900m/min，牵伸倍数为1.8倍，制得发热纤维未延伸丝；
(3)得到的发热纤维未延伸丝进行假捻加工，制得发热纤维。
对比例3
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆按质量比3:1:1混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物与PBT切片按质量比1:6混合，熔融后用螺杆挤压机挤出、切粒，得到蓝色吸光发热母粒；其中，共混温度为255℃，螺杆转速为140rpm；
(3)将吸光发热母粒与聚酯切片按照重量比1:77的比例添加到聚酯进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为2400g/min，纺丝温度为295℃，纺丝速2900m/min，牵伸倍数为1.8倍，制得发热纤维未延伸丝；
(4)得到的发热纤维未延伸丝进行假捻加工，制得发热纤维。
效果例
下表1给出了采用本发明实施例与对比例的发热纤维的性能分析结果:
表1
通过表1中实施例与对比例的实验数据比较可以明显发现，实施例1、2、3制备的发热纤维编织成面料后，在同等条件下，吸光发热值、光蓄热性能、抗菌性较为优异，吸光发热效果等性能较好。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何标记视为限制所涉及的权利要求。
Claims (9)
1.一种发热纤维，其特征在于，所述发热纤维由硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆制得；所述硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆的质量比为2:1:1～3:1:1。
2.根据权利要求1所述的一种发热纤维，其特征在于，所述硅硼化物纳米壳材料的直径为500nm～2μm。
3.根据权利要求1所述的一种发热纤维，其特征在于，所述远红外纳米陶瓷材料为长石、高岭土、碳酸钙、二氧化矽、硬硼酸钙、氧化铝、氧化锆、氧化铁、氧化锰中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1所述的一种发热纤维，其特征在于，所述酸性岩浆中硅铝酸盐含量为9～12％，密度为0.5～1g/cm3。
5.根据权利要求1所述的一种发热纤维，其特征在于，所述发热纤维可以是短纤维、长丝、短纤混纺纱；所述短纤维的纤度为1.1dtex～11dtex、长度为22mm～102mm；所述长丝的纤度为33dtex～550dtex；所述短纤混纺纱在32s～80s。
6.根据权利要求1所述的一种发热纤维，其特征在于，所述发热纤维的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在50～100rpm下搅拌20～24h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤3～5次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.02～0.04倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002～0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在100～300rpm下搅拌反应20～30min，过滤后在70～80℃下固化20～30min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物与PBT切片按质量比1:10～1:3混合，熔融后用螺杆挤压机挤出、切粒，得到蓝色吸光发热母粒；其中，共混温度为245℃～265℃，螺杆转速为120～160rpm；
(3)将蓝色吸光发热母粒与聚酯切片或锦纶切片按质量比1:99～1:50混合进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为700～850g/min，纺丝温度为285℃～300℃，纺丝速度为850～1000m/min，牵伸倍数为2.0～3.0倍；
(4)经过集束、拉伸、热定形、卷曲、定形、切断、打包，制得发热纤维。
7.根据权利要求1所述的一种发热纤维，其特征在于，所述发热纤维的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在50～100rpm下搅拌20～24h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤3～5次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.02～0.04倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002～0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在100～300rpm下搅拌反应20～30min，过滤后在70～80℃下固化20～30min，制得预处理的混合物；将预处理的混合物与PBT切片按质量比1:10～1:3混合，熔融后用螺杆挤压机挤出、切粒，得到蓝色吸光发热母粒；其中，共混温度为245℃～265℃，螺杆转速为120～160rpm
(3)将吸光发热母粒与聚酯切片或锦纶切片按照重量比1:99～1:50的比例添加到聚酯进行熔融纺丝；控制纺丝计量泵供量为1500～3000g/min，纺丝温度为285℃～300℃，纺丝速2700～3200m/min，牵伸倍数为1.6～2.0倍，制得发热纤维未延伸丝；
(4)得到的发热纤维未延伸丝进行假捻加工，制得发热纤维。
8.根据权利要求1所述的一种发热纤维，其特征在于，所述发热纤维的制备方法，包括以下具体步骤：
(1)将硅硼化物纳米壳材料、陶瓷材料、酸性岩浆混合后进行球磨，制得混合物；
(2)将混合物浸没在多巴胺盐酸盐溶液中，在50～100rpm下搅拌20～24h，过滤后依次用无水乙醇和去离子水洗涤3～5次，再转移至四氢呋喃中，加入混合物质量0.02～0.04倍的聚二甲基硅氧烷和混合物质量0.002～0.004倍的邻苯二甲酸二丁酯，在100～300rpm下搅拌反应20～30min，过滤后在70～80℃下固化20～30min，制得预处理的混合物；将混合物以20％的质量比溶解在加有1％分散剂的水溶液中，并进行充分搅拌，制得发热功能改性溶液；
(3)将竹浆粕经包括浸渍、压榨、粉碎、老成、黄化、溶解、脱泡熟成步骤制得甲纤含量为8.15～8.90％，含碱为4.75～5.10％，粘度为35～50s，熟成度为8～14ml的粘胶纺丝液；
(4)将发热功能改性溶液通过计量泵加入到混合器，同时粘胶纺丝液通过粘胶流量计加入到混合器，混合均匀后经过滤引入凝固浴纺丝成型，制得丝条；发热功能改性溶液为粘胶纺丝液质量的1～5％，凝固浴的组成为硫酸，80～170g/l、硫酸铝8～20g/l、硫酸钠280～320g/l，温度为47～51℃；
(5)丝条经牵伸、切断、水洗，酸洗、脱硫等后处理步骤得到发热纤维。
9.根据权利要求6-8所述的一种发热纤维，其特征在于，所述多巴胺盐酸盐溶液的制备方法为：将三(羟甲基)氨基甲烷、多巴胺盐酸盐和去离子水按质量比1.5:3:1000～1.8:3:1000混合，搅拌均匀后用盐酸调节pH至8.5，制得多巴胺盐酸盐溶液。
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