CN106120012A - 一种自发热聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种自发热聚酯纤维，其特征在于：由聚酯纺丝用发热助剂，聚酯纤维，聚酯纺丝用母粒制备而成；所述聚酯纺丝用发热助剂按重量百分比计，包括无机发热粉体0.5～10％，固化交联剂1～20％，稀释剂70～98.5％。制得该自发热聚酯纤维的方法是将无机发热粉体，固化交联剂，稀释剂混合均匀得到聚酯纺丝用发热助剂；然后将聚酯纺丝用母粒放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，将聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面进行牵伸卷绕、拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维。这种自发热聚酯纤维具有显著的发热效果且成本低廉，制作工艺简单。

Description

一种自发热聚酯纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及功能纺织功能材料领域，尤其涉及一种自发热聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
发热纤维是自行发热而温暖身体的一种全新材料，其吸水性之强远远超过其他品种纤维。目前市面上的发热纤维主要有远红外发热纤维、吸湿发热纤维、相变纤维。所有的远红外发热纤维都是采用内加型的方法将远红外陶瓷粉与母粒共混纺丝得到的，这样做导致大部分远红外陶瓷粉被包裹在纤维的内部，不能吸收到红外线从而导致远红外陶瓷粉的利用率非常低；吸湿后能发热的纤维如eks纤维、softwarm纤维等，这种纤维也存在很大的缺点，这种纤维体温一般在1～1.5℃左右，效果不显著；更为重要的是吸湿发热纤维所采用的助剂一般都是水溶性的，所以很容易被洗掉；相变发热纤维是将一些相变材料填充到中空纤维的中空层中，这种方法制得的发热纤维加工难度大并且对纤维强度要求很高，使用寿命短。
中国发明专利(申请号为201410546018.1申请日2014.10.15)公开了一种保暖发热纤维及其加工方法与应用，所述保暖发热纤维以聚己内酰胺为母粒，以电气石粉和竹炭粉为功能性粉体，为一种内加型发热纤维，此发热纤维的功能性粉末大多在纤维内部，利用效率低下，加大了工业成本，而且以电气石粉和竹碳粉为粉体的发热纤维的发热效果远远不如以碳化锆等纳米无机发热粉体效果好。
中国发明专利(申请号为CN201110251339.5申请日2011.08.29)公开了一种亲水性的功能型中空聚酯纤维，其制备工艺为：将聚酯、亲水性聚酯母、电气石粉母粒、陶瓷粉母粒四种组份按一定比例共混熔融纺丝，经C型或圆弧型喷丝板挤出、并经后处理工艺，制得具有亲水性的功能型聚酯中空涤纶长丝或短纤，该专利是一种多功能的聚酯纤维。但是以此种方法制得的纤维为內加型纤维，是将功能性粉体与母粒共混熔融纺丝，因此大多功能性粉体在纤维内部使功能性粉体利用率低，并且中空纤维存在使用寿命短、加工难度大等缺点。
发明内容
本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种工艺简单，成本低廉的自发热聚酯纤维及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种自发热聚酯纤维，按重量百分比计，所述自发热聚酯纤维由聚酯纺丝用发热助剂0.25～10％、聚酯纺丝用母粒90～99.75％制备而成；所述聚酯纺丝用发热助剂包括无机发热粉体、固化交联剂、稀释剂。
所述聚酯纺丝用发热助剂按重量百分比计，包括无机发热粉体0.5～10％，固化交联剂1～20％，稀释剂70～98.5％，按这个质量百分比得到的聚酯纺丝用发热助剂具有较好的交联性，所述无机发热粉体的粒径为10～500nm，无机发热粉体的粒径控制在10～500nm制得的聚酯纺丝用发热助剂具有较好的分散性，均一性，所述无机发热粉体为金属型二元碳化物粉体与远红外陶瓷粉体中的至少一种。金属型二元碳化物主要是d过渡元素，特别是ⅥB、ⅦB族及铁系元素与碳形成的二元化合物，其结构特点是碳原子填充在密堆积金属晶格体的空穴中，当金属原子半径大于0.13纳米时，碳原子不会使金属晶格发生变形，具有极高的熔点和硬度，良好的光热转化特性。
所述聚酯纺丝用母粒为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)中的一种或多种。
所述固化交联剂为丙烯酸、聚乙烯醇中的一种或多种；所述稀释剂为水、水与硅油混合物、水与乙二醇混合物中的一种。
优选地，所述金属型二元碳化物为碳化锆、碳化钴、碳化钼、碳化镁、碳化钨、碳化钽。
优选地，所述聚酯纺丝用发热助剂按重量百分比计，包括无机发热粉体4～10％，固化交联剂8～20％，稀释剂70～88％。
更有选地，所述无机发热粉体为按重量份数比，碳化锆粉体：远红外陶瓷粉体为1:1的复合无机发热粉体。
一种自发热聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量百分比计，将无机发热粉体0.5～10％，固化交联剂1～20％，稀释剂70～98.5％混合均匀得到聚酯纺丝用发热助剂；
2)按重量百分比计，将聚酯纺丝用母粒90～99.75％放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，将聚酯纺丝用发热助剂0.25～10％喷涂于聚酯原丝表面进行牵伸卷绕、拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维。
本发明优选的自发热聚酯纤维制备方法，包括以下步骤：
1)按重量百分比计，将无机发热粉体0.5～10％，固化交联剂1～20％，稀释剂70～98.5％混合均匀得到聚酯纺丝用发热助剂；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂0.25～10％，聚酯纺丝用母粒90-99.75％，预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将聚酯纺丝用发热助剂放入纺丝油溶罐，将聚酯纺丝用母粒烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，再将改性聚酯纤维进行拉伸、定型，得到一种自发热聚酯纤维；将聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯纺丝表面，无机发热粉体不易洗掉并且无机发热粉体在聚酯纺丝上分布均匀，发热效果也显著提升。
所述聚酯纺丝用母粒为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)中的一种或多种；所述无机发热粉体的粒径为10～500nm，所述无机发热粉体为碳化锆粉体、碳化钴粉体、碳化钼粉体、碳化镁粉体、碳化钨粉体、碳化钽粉体、远红外陶瓷粉体中的至少一种；所述固化交联剂为丙烯酸、聚乙烯醇中的一种或多种；所述稀释剂为水、水与硅油混合物、水与乙二醇混合物中的一种。
具体实施方式
实施例1
自发热聚酯纤维A按以下工艺步骤制备而得：
1)按重量百分比计，将碳化镁粉体0.5％，丙烯酸与聚乙烯醇的混合物1％，水98.5％用乳化机将其混合均匀得到聚酯纺丝用发热助剂，其中碳化锆粉体的粒径为500nm，其中丙烯酸与聚乙烯醇的混合物中丙烯酸与聚乙烯醇的重量比为1:1；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂10％，聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)90％，将称量的聚酯纺丝用发热助剂投入纺丝油溶罐，然后预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将称量的聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为50℃和卷绕速度为5000m/min，进行拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维A。
实施例2
自发热聚酯纤维B按以下工艺步骤制备而得：
1)按重量百分比计，将碳化锆粉体2％，丙烯酸与聚乙烯醇的混合物4％，水与硅油的混合物94％用乳化机将其混合均匀得到聚酯纺丝用发热助剂，其中碳化锆粉体的粒径为400nm，其中水与硅油的混合物中水和硅油的质量比为1:1，丙烯酸与聚乙烯醇的混合物中丙烯酸与聚乙烯醇的重量比为1:1；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂10％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)90％，将称量的聚酯纺丝用发热助剂投入纺丝油溶罐，然后预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将称量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为100℃和卷绕速度为1000m/min，进行拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维B。
实施例3
自发热聚酯纤维C按以下工艺步骤制备而得：
1)按重量百分比计，将远红外陶瓷粉体4％，丙烯酸与聚乙烯醇的混合物8％，水与硅油的混合物88％用乳化机将其混合液乳化充分后得到聚酯纺丝用发热助剂，其中远红外陶瓷粉体的粒径为200nm，其中水与硅油的混合物中水和硅油的质量比为1:1，丙烯酸与聚乙烯醇的混合物中丙烯酸与聚乙烯醇的重量比为1:1；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂10％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)90％，将称量的聚酯纺丝用发热助剂投入纺丝油溶罐，然后预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将称量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为150℃和卷绕速度为3000m/min，进行拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维C。
实施例4
自发热聚酯纤维D按以下工艺步骤制备而得：
1)按重量百分比计，将远红外陶瓷粉体6％，丙烯酸与聚乙烯醇的混合物12％，水与乙二醇的混合物82％用乳化机将其混合液乳化充分后得到聚酯纺丝用发热助剂，其中远红外陶瓷粉体的粒径为100nm，其中水与乙二醇的混合物中水和乙二醇的质量比为1:1，丙烯酸与聚乙烯醇的混合物中丙烯酸与聚乙烯醇的重量比为1:1；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂10％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)90％，将称量的聚酯纺丝用发热助剂投入纺丝油溶罐，然后预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将称量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为200℃和卷绕速度为4000m/min，进行拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维D。
实施例5
自发热聚酯纤维E按以下工艺步骤制备而得：
1)按重量百分比计，将碳化钴粉体8％，聚乙烯醇16％，水76％用乳化机将其混合液乳化充分后得到聚酯纺丝用发热助剂，其中远红外陶瓷粉体的粒径为100nm；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂10％，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)90％，将称量的聚酯纺丝用发热助剂投入纺丝油溶罐，然后预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将称量的聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为200℃和卷绕速度为4000m/min，进行拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维E。
实施例6
自发热聚酯纤维F按以下工艺步骤制备而得：
1)按重量百分比计，将碳化锆粉体与远红外陶瓷粉体混合物10％，丙烯酸20％，水70％用乳化机将其混合液乳化充分后得到聚酯纺丝用发热助剂，其中远红外陶瓷粉体的粒径为10nm,其中碳化锆粉体与远红外陶瓷粉体混合物中碳化锆粉体与远红外陶瓷粉体的重量份数比为1:1；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂10％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)90％，将称量的聚酯纺丝用发热助剂投入纺丝油溶罐，然后预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将称量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为200℃和卷绕速度为800m/min，进行拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维F。
实施例7
自发热聚酯纤维G按以下工艺步骤制备而得：
1)按重量百分比计，将碳化锆粉体与远红外陶瓷粉体混合物10％，丙烯酸20％，水70％用乳化机将其混合液乳化充分后得到聚酯纺丝用发热助剂，其中远红外陶瓷粉体的粒径为50nm，其中碳化锆粉体与远红外陶瓷粉体混合物中碳化锆粉体与远红外陶瓷粉体的重量份数比为1:1；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂5％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)95％，将称量的聚酯纺丝用发热助剂投入纺丝油溶罐，然后预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将称量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为200℃和卷绕速度为800m/min，进行拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维G。
实施例8
自发热聚酯纤维H按以下工艺步骤制备而得：
1)按重量百分比计，将碳化钨粉体、碳化钽粉体混合物10％，丙烯酸20％，水70％用乳化机将其混合液乳化充分后得到聚酯纺丝用发热助剂，其中远红外陶瓷粉体的粒径为300nm，其中碳化钨粉体、碳化钽粉体混合物中碳化钨粉体、碳化钽粉体的重量份数比为1:1；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂0.25％，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)99.75％，将称量的聚酯纺丝用发热助剂投入纺丝油溶罐，然后预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将称量的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为200℃和卷绕速度为800m/min，进行拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维H。
将实施例1～8中制得的自发热聚酯纤维A～H与对比例的聚酯纤维进行测试对比，用红外成像仪进行表征，用温度来衡量发热效果，所得测试效果如下表1，其中对比例的聚酯纤维是未加入聚酯纺丝用发热助剂制得的聚酯纤维，其制作方法如下：
预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，控制温度为200℃和卷绕速度为800m/min，进行拉伸、定型，得到对比例聚酯纤维。
表1
自发热聚酯纤维 测前温度℃ 测试温度℃ 升高温度℃
对比例 24.6 28.4 3.8
A 24.6 32.3 7.7
B 24.6 38.7 12.1
C 24.6 42.6 18.0
D 24.6 44.2 19.6
E 24.6 45.1 20.5
F 24.6 47.2 22.6
G 24.6 44.2 19.6
H 24.6 40.2 15.6

Claims (8)

1.一种自发热聚酯纤维，其特征在于：按重量百分比计，所述自发热聚酯纤维由聚酯纺丝用发热助剂0.25～10％、聚酯纺丝用母粒90～99.75％制备而成；所述聚酯纺丝用发热助剂包括无机发热粉体、固化交联剂、稀释剂。
2.根据权利要求1所述的一种自发热聚酯纤维，其特征在于：所述聚酯纺丝用发热助剂按重量百分比计，包括无机发热粉体0.5～10％、固化交联剂1～20％、稀释剂70～98.5％，所述无机发热粉体的粒径为10～500nm，所述无机发热粉体为金属型二元碳化物粉体与远红外陶瓷粉体中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种自发热聚酯纤维，其特征在于：所述聚酯纺丝用母粒为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的一种自发热聚酯纤维，其特征在于：所述聚酯纺丝用发热助剂按重量百分比计，包括无机发热粉体4～10％，固化交联剂8～20％，稀释剂70～88％；所述无机发热粉体为所述金属型二元碳化物粉体与远红外陶瓷粉体的混合物，所述金属型二元碳化物粉体为碳化锆粉体、碳化钴粉体、碳化钼粉体、碳化镁粉体、碳化钨粉体、碳化钽粉体中的至少一种；所述固化交联剂为丙烯酸、聚乙烯醇中的一种或多种；所述稀释剂为水、水与硅油混合物、水与乙二醇混合物中的一种。
5.根据权利要求4所述的一种自发热聚酯纤维，其特征在于：所述无机发热粉体为按重量份数比，碳化锆粉体：远红外陶瓷粉体为1:1的复合无机发热粉体。
6.一种自发热聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)按重量百分比计，将无机发热粉体0.5～10％，固化交联剂1～20％，稀释剂70～98.5％混合均匀得到聚酯纺丝用发热助剂；
2)按重量百分比计，将聚酯纺丝用母粒90～99.75％放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，将聚酯纺丝用发热助剂0.25～10％喷涂于聚酯原丝表面进行牵伸卷绕、拉伸、定型，得到自发热聚酯纤维。
7.根据权利要求6所述的一种自发热聚酯纤维的制备方法，具体包括以下步骤：
1)按重量百分比计，将无机发热粉体0.5～10％，固化交联剂1～20％，稀释剂70～98.5％混合均匀得到聚酯纺丝用发热助剂；
2)按重量百分比计，称量聚酯纺丝用发热助剂0.25～10％，聚酯纺丝用母粒90～99.75％，预热纺丝机，待喷丝板温度达到270℃后，将聚酯纺丝用发热助剂放入纺丝油溶罐，将聚酯纺丝用母粒烘干后放入熔融纺丝机进行熔融纺丝得到聚酯原丝，打开油剂泵，聚酯纺丝用发热助剂喷涂于聚酯原丝表面，进行牵伸卷绕，制得改性聚酯纤维，再将改性聚酯纤维进行拉伸、定型，得到一种自发热聚酯纤维。
8.根据权利要求6或7所述的一种自发热聚酯纤维的制备方法，其特征在于：所述聚酯纺丝用母粒为聚对苯二甲酸乙二醇酯，聚对苯二甲酸丁二醇酯，聚对苯二甲酸丙二醇酯中的一种或多种；所述无机发热粉体的粒径为10～500nm，所述无机发热粉体为碳化锆粉体、碳化钴粉体、碳化钼粉体、碳化镁粉体、碳化钨粉体、碳化钽粉体、远红外陶瓷粉体中的至少一种；所述固化交联剂为丙烯酸、聚乙烯醇中的一种或多种；所述稀释剂为水、水与硅油混合物、水与乙二醇混合物中的一种。
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Assignee: Dongguan keleipeng Atomization Technology Co.,Ltd.

Assignor: Wuhan Textile University

Contract record no.: X2024980001264

Denomination of invention: A self heating polyester fiber and its preparation method

Granted publication date: 20181221

License type: Common License

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