CN117468120A - 一种稀土基降温隔热异形纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种稀土基降温隔热异形纤维及其制备方法，该异型纤维由稀土功能材料和高分子材料混合均匀后通过熔融纺丝在150‑350℃条件下制得；所述的稀土功能材料和高分子材料的质量比为0.1‑10:90‑99.9；所述的稀土功能材料为(LaxCeyYzAlO3)m·(SiO2)n，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，z+y+z=1，1.5＜m/n＜4。本发明所述的稀土基降温隔热异形纤维相比于其他材料具有更高的可见‑近红外反射率及远红外发射率（可见‑近红外反射率大于0.85，远红外发射率大于0.95），能够大幅度提高对太阳光能量的热反射，同时对人体热量辐射具有较高的吸收和发射能力。
Description
技术领域
本发明属于纺织，尤其是涉及一种稀土基降温隔热异形纤维及其制备方法。
背景技术
炎热夏季特别是桑拿天对人们户外出行带来极大的困扰，强日晒和高紫外线照射下极易对皮肤造成灼伤。日常防晒霜的涂覆仅能缓解紫外线的伤害，大部分热辐射能量不能被阻隔，因此降温隔热服装成为生活必需品，但是现有隔热服或防晒服存在一系列问题，例如轻薄型的面料隔热性能差，通过添加隔热涂层改性以后又降低了面料的透气性，使得人体散热排出的汗液难以挥发，容易粘合在皮肤表面，给穿着带来极大不适。非涂层类的隔热面料又存在厚重，穿着舒适性差的问题。
现有其他通过纤维改性制备的轻薄隔热面料通常存在隔热效果不好，功能组分导热系数过高引起热量快速从面料表层传递到里层，人体与面料里层直接接触容易产生烫的感觉。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种稀土基降温隔热异形纤维及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供了一种稀土基降温隔热异形纤维，该异型纤维由稀土功能材料和高分子材料混合均匀后通过熔融纺丝在150-350℃条件下制得；
所述的稀土功能材料和高分子材料的质量比为0.1-10:90-99.9；
所述的稀土功能材料为(LaxCeyYzAlO3)m·(SiO2)n，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，z+y+z=1，1.5＜m/n＜4。
进一步，所述的稀土功能材料的粒径为50-300nm。
进一步，所述的稀土功能材料由包括如下步骤的方法制成：
步骤1是将稀土碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀的分散在去离子水中，固含量为30-80%；
步骤2是将步骤1中得到的分散液进行球磨、抽滤、干燥、煅烧后得到铝酸稀土复合物；
步骤3是将所述的铝酸稀土复合物与二氧化硅分散在去离子水中，进行球磨、抽滤、干燥、煅烧、固相研磨后，得到所述的稀土功能材料。
进一步，所述的步骤2中的球磨步骤的转速为200-500 r/min，时间为12-24 h；所述的步骤2中的干燥步骤的温度为90-110 ℃。
进一步，所述的步骤2中的煅烧步骤的温度为500-1500 ℃；所述的步骤3中的煅烧步骤的温度为500-1000 ℃。
进一步，所述的步骤3中的球磨步骤的转速为200-500 r/min，时间为3-8 h；所述的步骤3中的干燥步骤的温度为90-110 ℃。
进一步，所述的高分子材料为PE、PP、PET、PLA、PA、POE、PBT、PTT或TPU中的至少一种；所述的高分子材料包括第一高分子材料与第二高分子材料，所述的第一高分子材料与第二高分子材料的质量比为2:5-50；所述的第一高分子材料与第二高分子材料的材质相同。
本发明还提供了一种稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
步骤1是制备功能母粒：将稀土功能材料和分散剂混合后进行干燥，得到第一预混料，将第一高分子材料干燥后与所述的第一预混料进行熔融挤出造粒，得到所述的功能母粒；
步骤2是制备异型纤维：将所述的功能母粒和第二高分子材料进行批混、干燥，然后通过熔融纺丝工艺制得所述的稀土基降温隔热异形纤维。
该方法主要分为三步：第一步是筛选功能组分并进行均匀分散混合；第二步是制备降温隔热功能母粒；第三步是通过熔融纺丝技术将稀土隔热纳米材料添加到纤维中，并通过异形截面技术赋予纤维更大的比表面积，使得面料具有更好的蓬松度、透气性和隔热性能。
进一步，所述的步骤1中的第一预混料的含水率低于300ppm；所述的步骤1中的第一预混料的干燥步骤的温度为80-130℃，时间为8-12h；所述的步骤1中的第一高分子材料干燥后的含水率低于200ppm；所述的步骤1中的第一高分子材料的干燥步骤的温度为60-130℃，时间为8-16h；所述的步骤1中的熔融挤出步骤的温度为150-350℃，拉条水温为60-80℃，挤出速度为100-300r/min；所述的步骤1中的分散剂为聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、石蜡或硬酯酸锌中的至少一种；所述的步骤1中的分散剂的添加量为稀土功能材料的质量的0.5-1%。
进一步，所述的步骤2中的批混步骤的时间为2h；所述的步骤2中的干燥步骤的温度为60-130℃，时间为8-16h；所述的步骤2中的干燥步骤完成后物料的含水率低于200ppm；所述的步骤2中的熔融纺丝步骤的纺丝温度为150-350℃，卷绕速度为1800-5000m/分钟；所述的步骤2中制得的异形纤维的截面结构为十字型、双十字型、树叶型、三角型、三叶型、扁平型、C型或中空型中的至少一种。
本发明还提供了一种所述的稀土基降温隔热异形纤维的应用，所述的稀土基降温隔热异形纤维在制备功能面料中的应用；所述的稀土基降温隔热异形纤维通过梭织或针织的方式制备功能面料。
本发明还提供了一种稀土基降温隔热异形纤维的应用，所述的纤维在制备功能面料领域中的应用；所述的纤维通过梭织或针织的方式制备功能面料。采用该纤维制备的面料具有反射太阳光热辐射和阻隔热量向皮肤直接接触的面料内侧传递的功能，同时利用异形纺丝技术，增加了纤维的比表面积，相较于同规格的隔热面料具有更好的透气性。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明所述的稀土基降温隔热异形纤维相比于其他材料具有更高的可见-近红外反射率及远红外发射率（可见-近红外反射率大于0.85，远红外发射率大于0.95），能够大幅度提高对太阳光能量的热反射，同时对人体热量辐射具有较高的吸收和发射能力；低导热系数的二氧化硅对热量有较好的阻隔和削弱作用，能够阻隔面料表层的热量向面料内层传递；通过异形截面结构纤维的制备工艺，使得该纤维加工的面料相较于同规格普通面料具有更高的透气性和蓬松感，能够在有效隔热的前提下，将人体汗液快速导出。在上述功能相结合的情况下，该纤维制备的面料具有较好的隔热、降温和透气功能，可有效降低太阳光热辐射向面料内测的传导，面料内外侧温度为3-7℃，相较于涂层类面料，透气率提高300%以上达到（280mm/s），透湿率提高600%以上达到（9000g/（㎡•24h）），极大的提高了穿着的舒适性。
本发明所述的稀土基降温隔热异形纤维通过添加具有比传统隔热功能材料更高反射率、发射率和低导热系数的稀土功能材料，制备具有更大比表面积的异形纤维，该纤维制备的面料在具有较强降温隔热功能的同时，还具有更高的透气性，为夏季出行急需的降温隔热服装面料提供了一种更好的选择。
附图说明
图1为本发明实施例1所述的稀土功能材料的截面图；
图2为本发明实施例4所述的稀土功能材料的截面图。
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
一种十字型稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3的碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取3000g稀土功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量30wt%的功能母粒，截面如图1所示；
（4）制备稀土基降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为55ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为19%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差7.0℃，透气率为282mm/s，透湿率为9145 g/（㎡•24h）。
实施例2
一种十字型稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3的碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
物质的量比为2:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取3000g稀土功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（4）制备稀土基降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为55ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为19%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差6.5℃，透气率为285mm/s，透湿率为9137 g/（㎡•24h）。
实施例3
一种三角型稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3的碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取3000g稀土功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g PA6切片130℃干燥8h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为270℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（4）制备稀土基降温隔热纤维：
取6kg功能母粒和14kg PA6切片进行批混，然后130℃干燥12h，含水量为155ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为280℃、280℃、285℃和285℃，计量泵温度为285℃，纺丝组件温度为290℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为60℃，热定型辊温度为120℃，并以2500m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为9wt%、纤维规格为20D/12f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为4.8cN/dtex，断裂伸长率为45%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差6.0℃，透气率为281mm/s，透湿率为9078 g/（㎡•24h）。
实施例4
一种圆形中空稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，截面如图2所示，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3的碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取2500g稀土功能材料和160g硬脂酸锌、90g聚乙烯蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7500gPLA切片80℃干燥4h，再130℃干燥12h，含水率80ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量1/3的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为270℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量25wt%的功能母粒；
（4）制备稀土基降温隔热纤维：
取4.8kg功能母粒和15.2kg PLA切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为155ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为270℃，纺丝组件温度为275℃，在螺杆转速为28Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.5MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为100℃，并以2500m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为6wt%、纤维规格为50D/48f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为32%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为6wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差6.6℃，透气率为288mm/s，透湿率,9095 g/（㎡•24h）。
实施例5
一种双十字型中空稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3的碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取2500g稀土功能材料和160g硬脂酸锌、90g聚乙烯蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率160ppm，取7500gPE切片110℃干燥12h，含水率80ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量1/3的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为240℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量25wt%的功能母粒；
（4）制备稀土基降温隔热纤维：
取3.2kg功能母粒和16.8kg PE切片进行批混，然后110℃干燥12h，含水量为75ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为230℃、240℃、245℃和245℃，计量泵温度为240℃，纺丝组件温度为245℃，在螺杆转速为28Hz、稳定螺杆压力为6.5Mpa，组件压力为5.5MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为50℃，热定型辊温度为100℃，并以2500m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为4wt%、纤维规格为50D/48f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.4cN/dtex，断裂伸长率为32%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为4wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差5.9℃，透气率为288mm/s，透湿率，9173 g/（㎡•24h）。
对比例1
一种十字型降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备功能材料：
将SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的物质放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的功能材料；
（2）制备功能母粒：
取3000g功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（3）制备降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为55ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为19%；
（4）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差3.8℃，透气率为275mm/s，透湿率为9156 g/（㎡•24h）。
对比例2
一种十字型稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1.5:1.5:3的碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
将物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取3000g稀土功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（4）制备稀土基降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为55ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为19%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差4.1℃，透气率为268mm/s，透湿率为9045 g/（㎡•24h）。
对比例3
一种十字型稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1.5:1.5:3的碳酸镧、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
将物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取3000g稀土功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（4）制备稀土基降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为55ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为19%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差3.4℃，透气率为274mm/s，透湿率为9054 g/（㎡•24h）。
对比例4
一种十字型稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3的碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备功能母粒：
取3000g铝酸稀土复合物稀土功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（3）制备稀土基降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为55ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为19%；
（4）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差3.2℃，透气率为288mm/s，透湿率为8965 g/（㎡•24h）。
对比例5
一种十字型稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3的碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1500℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取3000g稀土功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述稀土功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（4）制备稀土基降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为55ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY稀土基降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的稀土降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为20%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织稀土降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差4.0℃，透气率为265mm/s，透湿率为8654 g/（㎡•24h）。对比例6
一种十字型降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3将碳酸铽、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
将物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取3000g稀土功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率280ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（4）制备降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为55ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为19%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差4.2℃，透气率为278mm/s，透湿率为9056 g/（㎡•24h）。
对比例7
一种十字型降温隔热异形纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备铝酸稀土复合物：
将物质的量比1:1:1:3将碳酸铕、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀分散在去离子水中，固含量为30%，以500 r/min的转速球磨12 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1200℃，得到铝酸稀土复合物；
（2）制备稀土功能材料：
将物质的量比为3:1的铝酸稀土复合物和SiO2在去离子水中进行预分散，混合均匀后，以400r/min的转速球磨6 h，抽滤干燥，干燥温度为100℃，将得到的稀土化合物放入马弗炉中煅烧，煅烧温度为1000℃，之后用高能研磨仪进行固相研磨，得到粒径为300nm的稀土功能材料；
（3）制备功能母粒：
取3000g功能材料和150g石蜡混合后130℃干燥12h，得到第一预混料，含水率278ppm，取7000g聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片80℃干燥4h，升温至130℃干燥8h，含水率30ppm，与所述的第一预混料，分别通过侧喂料口和主喂料口按重量3/7的比例计量投入双螺杆挤出机，进行熔融挤出造粒，熔融温度为265℃，挤出速度为300r/min，切粒速度为20m/min，得到所述功能材料组分含量30wt%的功能母粒；
（4）制备降温隔热纤维：
取3.3kg功能母粒和16.7kg PET切片进行批混，然后80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为50ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY降温隔热异形纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为20Hz、稳定螺杆压力为5.5Mpa，组件压力为4.0MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，由此得到功能组分掺杂比例为5wt%、纤维规格为50D/48f的降温隔热功能纤维，该纤维的断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为19%；
（5）稀土降温隔热织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的功能组分掺杂比例为9wt%的平纹组织降温隔热面料，在太阳光照射下该面料内外温差4.1℃，透气率为285mm/s，透湿率为9058 g/（㎡•24h）。
对比例8一种圆型纤维的制备方法，包括如下步骤：
（1）制备圆型纤维
取10kg PET切片80℃干燥4h，再130℃下真空干燥12h，含水量为25ppm，然后通过熔融纺丝工艺制备FDY圆型纤维，混合切片螺杆各区温度分别为260℃、270℃、275℃和275℃，计量泵温度为275℃，纺丝组件温度为280℃，在螺杆转速为30Hz、稳定螺杆压力为5.0Mpa，组件压力为4.5MPa条件下，进行熔融纺丝制备纤维，并通过两级牵伸工艺进行拉伸，牵伸辊温度为80℃，热定型辊温度为120℃，并以2200m/min的卷绕速度收丝落筒，纤维规格为50D/48f的圆型纤维，该纤维的断裂强度为4.5cN/dtex，断裂伸长率为28%；
（2）织物的制备：
将所得FDY纤维通过梭织的工艺，得到幅宽40公分，长度20米的平纹组织面料，在太阳光照射下该面料内外温差2.1℃，透气率为237mm/s，透湿率为8376g/（㎡•24h）。
测试实施例1-5和对比例1-8得到的织物在300-2500 nm波段的反射率和8-13μm波段的远红外发射率，并空白布样L为参照，测试太阳光模拟灯照射30分钟后织物覆盖处的温差，结果如表1所示。
表1 检测结果
对比例8为空白布样，未加入任何功能组分，作为隔热实验的对比面料，对比面料与实验面料温升越大，面料的隔热性能越好。异形截面结构纤维的制备工艺，使得该纤维加工的面料相较于同规格普通面料具有更高的透气性和蓬松感，能够在有效隔热的前提下，将人体汗液快速导出。
从实施例1-5和对比例1的对比结果可以看出，添加了铝酸稀土复合物后，面料的可见-近红外反射和远红外发射性质均有所提高，表现出了很好的隔热降温性质。其次低导热系数的二氧化硅对热量有较好的阻隔和削弱作用，能够阻隔面料表层的热量向面料内层传递。
从实施例1和对比例2、3的对比结果可以发现，稀土元素和其他元素掺杂，会发生晶格畸变，提高材料的太阳光反射性质和远红外发射性质只掺杂一种元素对于材料的隔热效果的提升不是十分明显，需要多种元素协同作用。
对比例4、5的结果表明，铝酸稀土复合物和二氧化硅的混合煅烧有利于减小晶格缺陷，合适的煅烧温度有利于稀土功能材料的性能稳定，减少晶格缺陷，得到反射性质优异的晶型，温度太低或太高都不能得到相应的结构。
从实施例1和对比例6、7的对比结果可以发现，其他稀土化合物离子的半径较小，掺杂结构不够稳定，镧、铈、钇离子的半径最接近，更容易进行晶格掺杂，提高的材料的发射和反射性质。
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)
1.一种稀土基降温隔热异形纤维，其特征在于：该异型纤维由稀土功能材料和高分子材料混合均匀后通过熔融纺丝在150-350℃条件下制得；
所述的稀土功能材料和高分子材料的质量比为0.1-10:90-99.9；
所述的稀土功能材料为(LaxCeyYzAlO3)m·(SiO2)n，其中，0＜x＜1，0＜y＜1，0＜z＜1，z+y+z=1，1.5＜m/n＜4。
2.根据权利要求1所述的稀土基降温隔热异形纤维，其特征在于：所述的稀土功能材料的粒径为50-300nm。
3.根据权利要求2所述的稀土基降温隔热异形纤维，其特征在于：所述的稀土功能材料由包括如下步骤的方法制成：
步骤1是将稀土碳酸镧、碳酸铈、碳酸钇和氧化铝均匀的分散在去离子水中，固含量为30-80%；
步骤2是将步骤1中得到的分散液进行球磨、抽滤、干燥、煅烧后得到铝酸稀土复合物；
步骤3是将所述的铝酸稀土复合物与二氧化硅分散在去离子水中，进行球磨、抽滤、干燥、煅烧、固相研磨后，得到所述的稀土功能材料。
4.根据权利要求3所述的稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中的球磨步骤的转速为200-500 r/min，时间为12-24 h；所述的步骤2中的干燥步骤的温度为90-110 ℃。
5.根据权利要求3所述的稀土基降温隔热异形纤维，其特征在于：所述的步骤2中的煅烧步骤的温度为500-1500 ℃；所述的步骤3中的煅烧步骤的温度为500-1000 ℃。
6.根据权利要求3所述的稀土基降温隔热异形纤维，其特征在于：所述的步骤3中的球磨步骤的转速为200-500 r/min，时间为3-8 h；所述的步骤3中的干燥步骤的温度为90-110℃。
7.根据权利要求1所述的稀土基降温隔热异形纤维，其特征在于：所述的高分子材料为PE、PP、PET、PLA、PA、POE、PBT、PTT或TPU中的至少一种；所述的高分子材料包括第一高分子材料与第二高分子材料，所述的第一高分子材料与第二高分子材料的质量比为2:5-50；所述的第一高分子材料与第二高分子材料的材质相同。
8.权利要求1-7中任一项所述的稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1是制备功能母粒：将稀土功能材料和分散剂混合后进行干燥，得到第一预混料，将第一高分子材料干燥后与所述的第一预混料进行熔融挤出造粒，得到所述的功能母粒；
步骤2是制备异型纤维：将所述的功能母粒和第二高分子材料进行批混、干燥，然后通过熔融纺丝工艺制得所述的稀土基降温隔热异形纤维。
9.根据权利要求8所述的稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，其特征在于：所述的步骤1中的第一预混料的含水率低于300ppm；所述的步骤1中的第一预混料的干燥步骤的温度为80-130℃，时间为8-12h；所述的步骤1中的第一高分子材料干燥后的含水率低于200ppm；所述的步骤1中的第一高分子材料的干燥步骤的温度为60-130℃，时间为8-16h；所述的步骤1中的熔融挤出步骤的温度为150-350℃，拉条水温为60-80℃，挤出速度为100-300r/min；所述的步骤1中的分散剂为聚乙烯蜡、聚酰胺蜡、石蜡或硬酯酸锌中的至少一种；所述的步骤1中的分散剂的添加量为稀土功能材料的质量的0.5-1%。
10.根据权利要求8所述的稀土基降温隔热异形纤维的制备方法，其特征在于：所述的步骤2中的批混步骤的时间为2h；所述的步骤2中的干燥步骤的温度为60-130℃，时间为8-16h；所述的步骤2中的干燥步骤完成后物料的含水率低于200ppm；所述的步骤2中的熔融纺丝步骤的纺丝温度为150-350℃，卷绕速度为1800-5000m/分钟；所述的步骤2中制得的异形纤维的截面结构为十字型、双十字型、树叶型、三角型、三叶型、扁平型、C型或中空型中的至少一种。
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