CN110129901A - 一种冷感纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种冷感纤维的制备方法，该方法将除杂后的天然石英在2000～2200℃真空高温环境下加热30～35min，在30～60s内降温至20～22℃，粉碎后过1200～1500目，制备得到硅微粉；将硅微粉均匀分散于纺丝原液中得到纺丝液中得到纺丝液；然后经过纺丝、后处理得到冷感纤维。本发明冷感纤维的热传导速率为普通化纤、再生纤维素纤维等的2倍以上，织造成的纱线手感凉爽，所编织的面料与皮肤接触瞬间会产生优异的冷感，不仅手感凉爽，具有良好的强度、韧性，而且耐磨性好，具有抗紫外线辐射、红外线反射、高介电绝缘的功能，耐久性佳，纤维的纤度和长度不受限制，可实现产业化生产。
Description
技术领域
本发明属于纺织纤维技术领域，具体涉及一种冷感纤维的制备方法。
背景技术
在创新技术和人们生活方式的发展下，纤维新产品不断涌现，接触冷感是指织物与人体接触瞬间人体由于瞬间热量散失过多而产生的一种冷感，是评价织物或服装的穿着舒适度的重要指标之一，人们对夏季服装的要求除了时尚的外观外，更注重服装的凉爽舒适性，因此，制备一种导热凉爽和导湿快干的纤维，可满足人们对夏季面料的需求。冷感纤维可用于制造高档内衣、运动面料等附加值高的服装产品，因而具有重要的商业价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种冷感纤维的制备方法，该方法操作简便、成本低廉、易于产业化实施，制备的冷感纤维的热传导速率为普通化纤、再生纤维素纤维等的2倍以上，织造成的纱线手感凉爽，所编织的面料与皮肤接触瞬间会产生优异的冷感。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：
本发明利用天然石英吸热速度慢、散热速度快的特点，添加到化学纤维、再生纤维等载体中，进行一定比例的共混并纺丝，从而制备得到有一定冷感的纤维，将该纤维长丝或切断成短纤纺纱制成面料，所编织的面料与皮肤接触瞬间会产生优异的冷感。
本发明提供的一种冷感纤维的制备方法，包括如下步骤：
(1)天然石英除杂
将天然石英浸没于水中，煮沸5～10min，60～80℃烘干15～30min；再酸洗：将天然石英、水、硫酸混合进行酸洗，天然石英与水的质量之比为1:0.8～1.2，硫酸与水的体积质量之比为1:2.5～3.0mL/Kg，酸洗时控制1000-1100r/min转速搅拌反应2.5～3h，然后微波处理20～30min；
(2)制备硅微粉
将除杂后的天然石英在2000～2200℃真空高温环境下加热30～35min，在30～60s内降温至20～22℃，粉碎后过1200～1500目，得到硅微粉；
(3)制备纺丝液
将步骤(2)制备的硅微粉均匀分散于纺丝原液中得到纺丝液，硅微粉与纺丝原液的质量百分比为20～25:80～75；
(4)纺丝
将步骤(3)制备的纺丝液经纺丝形成初生纤维丝条；
(5)预牵伸
将步骤(4)制备的初生纤维丝条经预牵伸4-6倍；
(6)卷绕成丝饼
预牵伸后的丝条经过纺丝盘、凝固辊、去酸辊，最后在离心罐中卷绕成丝饼；
(7)精炼处理
将丝饼经过碱洗或酸洗、水洗、上油等工序精炼处理；
(8)卷曲、定型、切断
精炼处理后的丝饼经过调湿后卷绕成筒子，经饱和蒸汽热定型处理，热定型温度为100～120℃；切断后制备得到冷感纤维。
进一步，步骤(1)除杂后石英中铁的质量分数上升5～10％，铝的质量分数上升10～20％。
步骤(3)中，所述纺丝原液为化学纤维纺丝原液或再生纤维纺丝原液，所述化学纤维纺丝原液为涤纶、锦纶、腈纶、维纶、氯纶或氨纶等化学纤维的纺丝原液；所述再生纤维纺丝原液为再生纤维的纺丝原液，再生纤维是从天然木材、芦苇等中提取并重塑的纤维分子，选自粘胶纤维、莫代尔纤维、铜氨纤维、天丝纤维、莱赛尔纤维、竹浆纤维等中的一种，将再生纤维素从天然物质中提取出，溶解于溶剂中制成再生纤维纺丝液。
步骤(4)中，将纺丝液注入计量泵，由计量泵浆液体泵入喷丝板，从喷丝板上的喷丝孔喷出，在凝固浴中形成初生纤维丝条；所述纺丝工艺是溶液纺丝，干喷湿纺，喷丝板为直径0.1～0.2mm的10～50孔喷丝板，纺丝温度在80～95℃，喷丝速率为4.0～6.0m/min，凝固浴为温度为12～20℃的纯净水。
步骤(4)中，所述纺丝工艺是熔体纺丝，控制纺丝速度为260-270m/min，纺丝温度200-210℃。
步骤(6)中，所述的离心罐卷绕速度16～36m/min。
步骤(7)精炼处理中，所述的碱洗是将丝饼浸泡于5～20％的NaOH溶液1-1.5h；酸洗是将丝饼浸泡于5～10％H2SO4溶液1-1.5h；水洗是将丝饼浸没于85～95℃蒸馏水1-1.5h。
本发明所用原料天然石英混有其他杂质，通过H2SO4的处理，提升了天然石英中SiO2的纯度，随着杂质去除，其中铁和铝的质量分数分别上升5～10％和10～20％，增加了给面料带来冷感的有效元素。
本发明的有益效果：
本发明在常规化学纤维、再生纤维素纤维等制造过程加入硅微粉，得到吸热慢、放热快的冷感纤维，并将该冷感纤维切断后与棉纤维和/或羊毛等纤维进行混合纺纱，制成纺织品。经检测本发明制备的冷感纤维的热传导速率为普通化纤、再生纤维素纤维等的2倍以上，同时在耐磨性、强力等方面都达到了纺织品服装用纤维的要求。由本发明冷感纤维制成的纱线具有手感凉爽的特点，纤维的纤度和长度不受限制，可实现产业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
(1)天然石英除杂
将天然石英浸没于水中，煮沸8min，80℃烘干20min；再酸洗：将天然石英、水、硫酸混合进行酸洗，天然石英与水的质量之比为1：1，硫酸与水的体积质量之比为1:2.8mL/Kg，酸洗时控制1000r/min转速搅拌反应3h，然后微波处理20min；
(2)制备硅微粉
将除杂后的天然石英在2200℃真空高温环境下加热30min，在60s内降温至22℃，粉碎后过1200目，得到球状硅微粉；
(3)制备纺丝液、纺丝、后纺处理
由天丝浆粕、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、球状硅微粉、氮甲基吗啉(NMM)制备冷感天丝纤维纺丝液，天丝浆粕中纤维素质量分数为12％，NMMO质量分数为55％，NMM质量分数10％，硅微粉质量分数为23％，将纺丝液通过超声波清洗机超声分散20min，配置成0.2mg/mL的硅微粉分散液，然后将所得到的纺丝液进行干法纺丝，采用直径为0.12mm的50孔喷丝板，纺丝温度为92℃，挤出速率为5m/min，凝固浴的水温为18℃，喷头拉伸比为4倍，用浓度为10％的氢氧化钠缓冲溶液碱洗，之后经85℃水洗1h，然后进行卷曲、定型(热定型温度为120℃)、水洗后上油、烘干(烘干温度为100℃)、切断得到冷感天丝纤维。
(4)纺丝
将冷感天丝纤维与棉按混纺比为40/60进行纺纱，纱线支数为60s，采用环保醚化淀粉上浆，织造成平纹织物。
经检测，添加硅微粉的冷感天丝纤维的热传导速率是0.499W/cm2。织物经向拉伸强力为50lbf，纬向拉伸强力为28lbf；撕破强力：经向为18N，纬向为30N；耐磨达到4.5级，光滑凉爽。
对比例1天丝纤维的制备
由天丝浆粕、N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)、氮甲基吗啉(NMM)制备天丝纤维纺丝原液，天丝浆粕中纤维素质量分数为18％，NMMO质量分数为76％，NMM质量分数6％；将天丝纤维纺丝原液经过如下工艺制备得到天丝纤维：在80℃下用湿法纺丝，纺丝速度1000m/min，在10℃低温水溶体系凝固成形，经4.5倍拉伸比进行拉伸，浓度为5％的氢氧化钠冲洗，水洗后去油，100℃烘干制成。
将天丝纤维与棉按混纺比为40/60进行纺纱，纱线支数为60s，采用环保醚化淀粉上浆，织造成平纹织物。
经检测，未添加硅微粉的天丝纤维的热传导速率0.245W/cm2，织物的经向拉伸强力为48lbf，纬向拉伸强力为25lbf；撕破强力：经向为17N，纬向为28N；耐磨达到4级。
实施例2
(1)天然石英除杂
将天然石英浸没于水中，煮沸10min，80℃烘干30min；再酸洗：将天然石英、水、硫酸混合进行酸洗，天然石英与水的质量之比为1：0.8，硫酸与水的体积质量之比为1:2.5mL/Kg，酸洗时控制1100r/min转速搅拌反应3h，然后微波处理25min；
(2)制备硅微粉
将除杂后的天然石英在2000℃真空高温环境下加热32min，在50s内降温至20℃，粉碎后过1500目，得到硅微粉；
(3)制备纺丝液、纺丝、后纺处理
硅微粉按质量分数20％的比例加入熟化后的粘胶溶液中，采用机械搅拌保证混合均匀，将混合物至于真空超声储胶罐中脱泡处理1h，再将纺丝液进行纺丝操作，采用直径为0.1mm的50孔喷丝板，纺丝温度为88℃，挤出速率为4.8m/min，凝固浴的水温为20℃，喷头拉伸比为5倍，用浓度为15％的硫酸缓冲溶液酸洗，之后经88℃水洗，然后进行卷曲、定型(热定型温度为120℃)、水洗后上油、烘干(烘干温度为100℃)、切断，得到冷感粘胶纤维。
(4)纺纱
将冷感粘胶纤维与涤纶按混纺比为50/50进行纺纱，纱线支数为50s，织造成平纹织物。
经检测，添加硅微粉的冷感粘胶纤维的热传导速率是0.487W/cm2
织物经向为58lbf，纬向拉伸强力35lbf；撕破强力：经向为34N，纬向为35N；耐磨达到4.5级，织物强伸性好，光滑凉爽。
对比例2粘胶纤维的制备
将熟化后的粘胶溶液制备成粘胶纤维：将粘胶溶液通过喷丝头上的细孔形成细液流进入酸浴，酸浴温度为40℃，纺丝速度500m/min，拉伸倍数为4倍，再经80℃水洗，热风烘燥调湿间相对湿度80％，相对温度25℃。
将粘胶纤维与涤纶按混纺比为50/50进行纺纱，纱线支数为50s，织造成平纹织物。
经检测，未添加硅微粉的粘胶纤维的热传导速率是0.212W/cm2。织物的经向拉伸强力为34lbf，纬向拉伸强力为34lbf；撕破强力：经向为32N，纬向为33N；耐磨达到4级。
实施例3
(1)天然石英除杂
将天然石英浸没于水中，煮沸6min，60℃烘干15min；再酸洗：将天然石英、水、硫酸混合进行酸洗，天然石英与水的质量之比为1：1.2，硫酸与水的体积质量之比为1:2.9mL/Kg，酸洗时控制1000r/min转速搅拌反应3h，然后微波处理30min；
(2)制备硅微粉
将除杂后的天然石英在2100℃真空高温环境下加热33min，在50s内降温至21℃，粉碎后过1400目，得到片状硅微粉；
(3)片状硅微粉按质量分数22％的比例加入聚酯切片(聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET)中，控制聚酯切片含水率在3.2×10-5以下，以避免聚酯分子链中酯基水解，经干燥4h，干燥风温度150℃，将混有硅微粉的聚酯切片熔融，并加压，混合，强化熔体的均匀性，计量以保证丝条纤度均匀，通过过滤除去杂质，改善熔体流变性能，采用800nm300孔的喷丝板，为了使硅微粉均匀分布于涤纶纤维中，纺丝速度比常规涤纶纺丝慢，控制在270m/min左右，将初生纤维丝条预牵伸6倍，熔体细流通过冷却介质冷却，冷却介质采用环形冷风，均匀出风，保证凝固成均匀丝条，并逐步细化，并经过12％NaOH碱洗，再水洗，通过上油增加纤维抱合力，起到润滑、抗静电作用，以500m/min的速度卷绕冷感涤纶丝，100℃热定型，之后切成短纤维。
(4)将棉与冷感涤纶按混纺比为55/45进行纺纱，纱线支数为60S，织造成1+1罗纹针织物。
经检测，冷感涤纶的热传导速率是0.523W/cm2。织物经向拉伸强力为62lbf，纬向41lbf；撕破强力：经向为35N，纬向为38N；耐磨达到4.5级，织物强伸性好，凉爽，。
对比例3
以聚酯切片为母粒制备成涤纶：聚酯切片放入有氮气保护的切片料桶中，通过螺杆挤出机将聚酯切片熔融压缩，再经过滤器进入纺丝箱体，纺丝温度为280℃，速度为1000m/min，通过吹风窗60℃下冷却固化，再给湿上油，最后卷绕，制成涤纶短纤。
将棉与涤纶按混纺比为55/45进行纺纱，纱线支数为60S，织造成1+1罗纹针织物。
经检测，未添加硅微粉的涤纶的热传导速率是0.256W/cm2。织物的经向拉伸强力为60lbf，纬向拉伸强力为41lbf；撕破强力：经向为33N，纬向为33N；耐磨达到4.5级。
Claims (7)
1.一种冷感纤维的制备方法，包括如下步骤：
1)天然石英除杂
将天然石英浸没于水中，煮沸5～10min，60～80℃烘干15～30min；再酸洗：将天然石英、水、硫酸混合进行酸洗，天然石英与水的质量之比为1:0.8～1.2，硫酸与水的体积质量之比为1:2.5～3.0mL/Kg，酸洗时控制1000-1100r/min转速搅拌反应2.5～3h，然后微波处理20～30min；
2)制备硅微粉
将除杂后的天然石英在2000～2200℃真空高温环境下加热30～35min，在30～60s内降温至20～22℃，粉碎后过1200～1500目，得到硅微粉；
3)制备纺丝液
将步骤2)制备的硅微粉均匀分散于纺丝原液中得到纺丝液，硅微粉与纺丝原液的质量百分比为20～25:80～75；
4)纺丝
将步骤3)制备的纺丝液经纺丝形成初生纤维丝条；
5)预牵伸
将步骤4)制备的初生纤维丝条经预牵伸4-6倍；
6)卷绕成丝饼
预牵伸后的丝条经过纺丝盘、凝固辊、去酸辊，最后在离心罐中卷绕成丝饼；
7)精炼处理
将丝饼经过碱洗或酸洗、水洗、上油工序精炼处理；
8)卷曲、定型、切断
精炼处理后的丝饼经过调湿后卷绕成筒子，经饱和蒸汽热定型处理，热定型温度为100～120℃；切断得到冷感纤维。
2.根据权利要求1所述的冷感纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)除杂后石英中铁的质量分数上升5～10％，铝的质量分数上升10～20％。
3.根据权利要求1所述的冷感纤维的制备方法，其特征在于，步骤3)中，所述纺丝原液包括化学纤维纺丝原液或再生纤维纺丝原液，所述化学纤维纺丝原液为涤纶、锦纶、腈纶、维纶、氯纶或氨纶的纺丝原液；所述再生纤维纺丝原液为再生纤维的纺丝原液，再生纤维选自粘胶纤维、莫代尔纤维、铜氨纤维、天丝纤维、莱赛尔纤维、竹浆纤维中的一种。
4.根据权利要求1所述的冷感纤维的制备方法，其特征在于，步骤4)中，将纺丝液注入计量泵，由计量泵浆液体泵入喷丝板，从喷丝板上的喷丝孔喷出，在凝固浴中形成初生纤维丝条；所述纺丝工艺是溶液纺丝，干喷湿纺，喷丝板为直径0.1～0.2mm的10～50孔喷丝板，纺丝温度在80～95℃，喷丝速率为4.0～6.0m/min，凝固浴为温度为12～20℃的纯净水。
5.根据权利要求1所述的冷感纤维的制备方法，其特征在于，步骤4)中，所述纺丝工艺是熔体纺丝，控制纺丝速度为260-270m/min，纺丝温度200-210℃。
6.根据权利要求1所述的冷感纤维的制备方法，其特征在于，步骤6)中，所述的离心罐卷绕速度16～36m/min。
7.根据权利要求1所述的冷感纤维的制备方法，其特征在于，步骤7)中，所述的碱洗是将丝饼浸泡于5～20％的NaOH溶液1-1.5h；所述的酸洗是将丝饼浸泡于5～10％H2SO4溶液1-1.5h；所述的水洗是将丝饼浸没于85～95℃蒸馏水1-1.5h。
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