CN115094537B - 一种纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料及其制备方法 - Google Patents

一种纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料，制备步骤包括将牛奶酪蛋白用碱性溶液溶解，得到牛奶酪蛋白溶液；将壳聚糖、竹纤维素黄酸酯分别加入到牛奶酪蛋白溶液中，搅拌得到均匀粘稠状溶液；将无机纳米材料加入到均匀粘稠状溶液，搅拌至分散均匀，得到纺丝原液；将纺丝原液经喷丝、凝固浴，得到初生纤维；初生纤维经洗涤除去残留的凝固浴组分，干燥后得到纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维。本发明制得的纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料不仅具有柔软、亲肤、透气、导湿等特点，还具有优异的抗菌性能，即可直接用于制作内衣等贴身使用产品，也可以作为面罩材料制作多层复合结构的面料。

Description

一种纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料及其制 备方法
技术领域
本发明属于生物新材料技术领域，具体涉及一种纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料及其制备方法。
背景技术
面料不仅包括经梭织或者针织工艺纺成的的单层面料，还包括将单层面料与功能芯层材料进行复合形成的多层复合结构的面料。中国专利CN209454312U公开了一种多层面料，该多层面料自上而下依次包括面布层、第一黏着层、第一高分子薄膜层、保暖芯层、第二高分子薄膜层、第二黏着层和底布层；中国专利CN208305964U公布了一种抗起球面料，包括装饰层、防起球层、柔软层、抗菌层、基布层、保暖层一、空气层、保暖层二、复合膜层(包括基材层、阻燃层、防水层、防辐射层、耐磨层)，即该面料为多层复合结构的面料。
牛奶蛋白纤维是以牛奶作为基本原料，具体是以牛奶中提取的酪蛋白为原料制备而成，对皮肤有营养作用，与人体接触亲和性好，不会发生不良反应，含有多种人体所必需的氨基酸，具有独特的润肌养肤、抗菌消炎的功效。因此，牛奶蛋白纤维纺成的面料，即可直接用于制作内衣等贴身使用产品，也可以作为制作多层复合面料的表层材料，对面料的抗菌性要求非常高。纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料具有市场前景，如中国专利CN104831446B公开了一种抑菌防辐射材料，将纳米银颗粒溶液与牛奶蛋白纤维饱和溶液、助剂共混形成混合溶液，将混合溶液采用静电纺丝的方法进行纺丝，最后将纤维丝纺成面料，因为牛奶蛋白纤维本身具有一定的抗菌消炎功效，纳米银颗粒也具有优异的抗菌性，因此纺成的面料即为纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料。但是，纯牛奶蛋白纤维的断裂强度比较低，在一定程度上限制了在其纺织行业中的应用，需要引入其他纤维以提高了其断裂强度。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料，该面料不仅具有牛奶蛋白纤维的柔软、亲肤、透气、导湿等特点，还具有优异的抗菌性能，高断裂强度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料，所述面料包括上下两层单层面料和位于上下两层单层面料中间的功能芯层；
两层单层面料通过缝合形成空心结构面罩，将功能性芯料填充在空心结构面罩中形成所述功能芯层；
所述单层面料为纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝纺制成的单层面料；
所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝包括以下原料制备而成：牛奶酪蛋白、无机纳米材料、壳聚糖、竹纤维素黄酸酯、硅烷偶联剂。
一种制备纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料的方法，其特征在于，
按重量份数计，包括以下原料：牛奶酪蛋白30-100份、无机纳米材料1-5份、壳聚糖10-30份、竹纤维素黄酸酯10-30份、硅烷偶联剂1-5份；
包括以下步骤：
步骤一、将牛奶酪蛋白用碱性溶液溶解，得到牛奶酪蛋白溶液；
步骤二、将壳聚糖用去离子水溶解形成壳聚糖水溶液，将壳聚糖水溶液、竹纤维素黄酸酯、硅烷偶联剂分别加入到牛奶酪蛋白溶液中，搅拌得到均匀粘稠状溶液；
步骤三、将无机纳米材料加入到均匀粘稠状溶液，搅拌至分散均匀，得到纺丝原液；
步骤四、将纺丝原液从喷丝孔喷出形成细流，细流经过凝固浴的固化，得到初生复合纤维；
步骤五、初生复合纤维经洗涤除去残留的凝固浴的浴液，最后经干燥得到纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝；
步骤六、将所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝纺制成单层面料；
步骤七、将单层面料与功能性芯料制成多层复合结构的面料，即纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料；
所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料至少包括上下两层单层面料和位于上下两层单层面料中间的功能芯层；
两层单层面料通过缝合形成空心结构面罩，将功能性芯料填充在空心结构面罩中形成所述功能芯层。
优选地，将所述空心结构面罩分为若干段填充区域，当充芯管对除首段任意一段的填充区域进行功能性芯料填充时，隔断辊沿垂直于扯料端移动方向下压以将该填充区域和与其相邻的已完成填充的填充区域进行分隔；当充芯管对首段填充区域进行功能性芯料填充时，隔断辊静止不动。
优选地，所述碱性溶液包括二乙胺水溶液、三乙胺水溶液、二乙醇胺水溶液、三乙醇胺水溶液、氢氧化钠水溶液、氨水中任意一种；
所述碱性溶液的浓度为0.5-1.0mol/L；
碱性溶液的用量是牛奶酪蛋白质量的30-50倍。
优选地，所述凝固浴的浴液中包括硫酸、硫酸钠与戊二醛；
其中，硫酸的含量80-120g/L，硫酸钠的含量为100-300g/L，戊二醛的含量为10-20g/L；
凝固浴温度为20-45℃。
优选地，所述无机纳米材料包括纳米氧化锌、纳米银中的至少一种。
优选地，所述竹纤维素黄酸酯，包括以下步骤制备而成：
(1)将竹竿表面洗净，粉碎成长3-5cm、宽1-2cm的竹片，置于碱液中蒸煮去除木质素，过滤、用清水洗涤得到竹浆粕；
其中，碱液为氢氧化钠溶液，浓度为1-3mol/L，质量为竹子的20-50倍，蒸煮温度为160-180℃，蒸煮压力为0.6-0.8MP，蒸煮时间为3-5h；
(2)将竹浆粕置于4-6mol/L的氢氧化钠溶液中，40℃浸渍搅拌40-60min后，通过压榨分离出氢氧化钠溶液，得到碱纤维素；
(3)将碱纤维素在45-55℃温度下老成1-2h以降低纤维素粘度，然后将碱纤维素冷却至30-40℃；
(4)将老成处理后的碱纤维素按质量比10:1与二硫化碳混合，真空状态下搅拌1-2h进行黄化反应，得到黄化后的纤维素；
(5)向黄化后的纤维素中加入黄化后的纤维素1倍质量的纯水，搅拌0.5-1h，过滤去除杂质，得到竹纤维素黄酸酯。
优选地，所述步骤六中纺得的单层面料的克重为50-60g/m2。
优选地，采用上述方法制备的纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料。
本发明还提供了一种多层面料芯层填充***，所述***能用于上述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料中功能性芯料的填充；所述***包括填充基台，所述填充基台上设置有充芯组、隔断辊和扯料端，所述充芯组包括充芯管，且所述充芯管设置在所述填充基台上以用于从空心结构面罩的首端方向对其功能性芯料进行填充；所述扯料端用于固定所述空心结构面罩的首端，并驱动所述空心结构面罩的首端向远离所述充芯管的方向移动；
将所述空心结构面罩分为若干段填充区域，当充芯管对除首段任意一段的填充区域进行功能性芯料填充时，所述隔断辊沿垂直于扯料端移动方向下压以将该填充区域和与其相邻的已完成填充的填充区域进行分隔；当充芯管对首段填充区域进行功能性芯料填充时，所述隔断辊静止不动。
优选地，还包括两组扩散组件，所述扩散组件设置在所述填充基台上，所述隔断辊下压时，所述空心结构面罩上所述隔断辊所施压的区域形成隔断区，且当所述隔断辊第n次下压时，所述扩散组件与所述隔断辊同步运动，同时所述扩散组件相对旋转以对与所述隔断辊第n-1次下压时所形成的隔断区所相邻的两段所述填充区域内的功能性芯料进行扩散至隔断区，其中，n取大于1的自然数。
优选地，所述充芯组还包括负压箱，所述负压箱的出料口通过供芯管与所述充芯管的出口相连，且所述充芯管固定安装在安装基座上，所述安装基座上设置拨料组，且所述拨料组与所述充芯管相对应。
优选地，所述拨料组包括轴座，所述轴座转动安装有驱动轴，所述驱动轴上固定安装有拨料轮，且所述拨料轮与所述充芯管相对应，以用于所述拨料轮拨动所述空心结构面罩套接在所述充芯管，所述轴座的一侧固定安装有驱动马达，所述驱动马达用于为所述拨料轮的旋转提供动力。
优选地，所述充芯管包括管体，所述管体上开设有若干泄流槽，所述管体出口端的端面开设有若干与所述泄流槽相对应的泄流口，所述泄流槽通过所述泄流口与所述管体出口端的端面平齐。
优选地，所述填充基台的两侧均固定安装有气缸，所述气缸的输出端固定安装有安装架，所述安装架上安装有所述隔断辊和扩散组件，且所述填充基台上开设有与所述隔断辊相对应的隔断槽，所述气缸通过所述安装架驱动所述隔断辊下压以将所述空心结构面罩在所述隔断辊下方的部分压入隔断槽，使所述空心结构面罩上所述隔断辊所施压的区域形成隔断区。
优选地，所述扩散组件包括中心轴，所述中心轴的两端均开设有轮盘，所述轮盘上偏心设置有若干弹性绳；
所述安装架上固定安装有导向槽，所述导向槽内壁开设有导向杆，所述导向杆滑动配合有限位块，所述限位块与所述导向槽的内壁滑动配合，所述导向杆同轴心设置有蓄力弹簧，且所述蓄力弹簧两端分别固定安装在所述限位块和导向槽的内壁上；
所述弹性绳随所述中心轴的旋转绕所述中心轴的中轴线做圆周运动，所述弹性绳做圆周运动时与限位块相接触，且随着所述弹性绳的持续运动，所述弹性绳发生形变后驱动限位块平移以用于与所述限位块相分离。
优选地，所述扯料端包括滑轨，所述滑轨固定安装在所述填充基台的内壁顶部，所述滑轨滑动连接有滑块，所述滑块上固定安装有夹持基座，所述夹持基座上固定安装有若干夹子。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明中的纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维，采用无机纳米材料共混改性牛奶蛋白以提高牛奶蛋白纤维的抗菌性能，壳聚糖的引入同样具有提高牛奶蛋白纤维抗菌性能的功效，通过引入竹纤维素黄酸酯来改善纯牛奶蛋白纤维断裂强度低的问题，同时竹纤维本身也具有很好的抗菌性，将该纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维纺成单层面料，不仅具有牛奶蛋白纤维的柔软、亲肤、透气、导湿等特点，还具有优异的抗菌性能，高断裂强度，可直接作为服装、床上用品等的制备面料，也可以与其他功能材料复合制作成多层复合结构的面料，亲肤性好且能有效抑制细菌滋生，应用前景广泛；
在硅烷偶联剂的辅助作用下，牛奶蛋白与竹纤维素黄酸酯、壳聚糖充分相容形成纺丝原液，纺丝原液中牛奶蛋白分子与竹纤维素黄酸酯分子、壳聚糖分子相互穿插、渗透，纳米材料均匀分散在牛奶蛋白分子、竹纤维素黄酸酯分子和壳聚糖分子间，纺丝原液经纺丝、固化、干燥后，形成组分均匀的改性牛奶蛋白纤维，即纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝，相较于对纯牛奶蛋白纤维的浸渍抗菌整理剂等后处理改性通过共混改性形成的牛奶蛋白纤维的抗菌性能更加稳定，抗菌功效更加持久，相较于用纯牛奶蛋白短纤维与其他纤维材料混纺制得的复合面料，以本发明中制得的纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝制得的单层面料力学性能更加稳定，抗起球性能更好。
本发明的多层面料芯层填充***，通过对空心结构面罩进行分段填充，使面料在空心结构面罩上分布的均匀性得到提高，有效地降低了空心结构面罩在进行功能性芯料填充形成功能芯层时，功能性芯料由于填充的时的负压作用在空心结构面罩的端部堆积，所导致空心结构面罩成型后其各处的性能降低的风险。
本发明的多层面料芯层填充***，通过在对新的填充区域进行功能性芯料填充时，两个扩散组件相对旋转，将该两端填充区域中的功能性芯料向隔断区进行震荡扩散，以使隔断区中填充功能性芯料，同时，进一步使整个空心结构面罩上的功能芯层中的功能性芯料分布更加均匀，进一步的提高了面料性能的稳定性。
本发明的多层面料芯层填充***，通过拨料轮将空心结构面罩套接在充芯管上，并且由于拨料轮与充芯管的接触，对空心结构面罩形成夹持力，当扯料端带动空心结构面罩脱离充芯管时，由于拨料轮对空心结构面罩形成夹持力，使空心结构面罩处于紧绷状态，从而确保空心结构面罩中填充的功能性芯料的充实性，避免在填充区域的一端堆积。
本发明的多层面料芯层填充***，通过负压气流带动功能性芯料进入填充区域内，而由于填充区域的一端被隔断辊封堵，负压气流进入填充区域后，通过泄流口进入泄流槽，从而利用泄流槽排出，避免负压气流在填充区域内，使功能性芯料压缩而相互交缠，不利用功能性芯料的扩散和摊铺的情况。
本发明的多层面料芯层填充***，通过利用弹性绳的弹力，配合弹性绳的自身的圆周运动，不断的对隔断区两侧的填充区形成朝隔断区方向的冲击力，从而使隔断区两侧的填充区域内的功能性芯料向隔断区移动，达到功能性芯料扩散的目的。
附图说明
图1本发明的纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料制备工艺流程图；
图2本发明的具有多层复合结构的纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料的结构示意图；
图3本发明中纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝纺制成的单层面料的断裂强度测试结果图；
图4本发明中纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝纺制成的单层面料的亲肤性能测试结果；
图5为本发明中多层面料芯层填充***的立体结构图；
图6为本发明中多层面料芯层填充***的***图；
图7为本发明中多层面料芯层填充***的局部结构图；
图8为本发明中多层面料芯层填充***的导向槽立体结构图。
图中：1、填充基台；2、充芯组；201、充芯管；2011、管体；2012、泄流槽；2013、泄流口；202、负压箱；203、供芯管；204、安装基座；3、隔断辊；4、扯料端；401、滑轨；402、滑块；403、夹持基座；404、夹子；5、扩散组件；501、中心轴；502、轮盘；503、弹性绳；504、导向槽；505、导向杆；506、限位块；507、蓄力弹簧；6、拨料组；601、轴座；602、驱动轴；603、拨料轮；604、驱动马达；7、气缸；8、安装架；9、隔断槽；10、单层面料；11、功能芯层。
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。
实施例1
竹纤维素黄酸酯的制备
包括以下步骤：
(1)将竹竿表面洗净，粉碎成长3-5cm、宽1-2cm的竹片，置于碱液中蒸煮去除木质素，过滤、用清水洗涤得到竹浆粕；
其中，碱液为氢氧化钠溶液，浓度为2mol/L，质量为竹子的50倍，蒸煮温度为170℃，蒸煮压力为0.7MPa，蒸煮时间为3h；
(2)将竹浆粕置于5mol/L的氢氧化钠溶液中，40℃浸渍搅拌50min后，通过压榨分离出氢氧化钠溶液，得到碱纤维素；
(3)将碱纤维素在50℃温度下老成2h以降低纤维素粘度，然后将碱纤维素冷却至35℃；
(4)将老成处理后的碱纤维素按质量比10:1与二硫化碳混合，真空状态下搅拌1.5h进行黄化反应，得到黄化后的纤维素；
(5)向黄化后的纤维素中加入黄化后的纤维素1倍质量的纯水，搅拌1h，过滤去除杂质，得到竹纤维素黄酸酯。
实施例2
纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料的制备
按重量份数计，包括以下原料：牛奶酪蛋白30份、纳米氧化锌1份、壳聚糖10份、竹纤维素黄酸酯10份、硅烷偶联剂KH550 1份；
包括以下步骤：
步骤一、将牛奶酪蛋白用牛奶酪蛋白质量的30倍、1.0mol/L的氢氧化钠水溶液溶解，得到牛奶酪蛋白溶液；
步骤二、将壳聚糖用去离子水溶解形成壳聚糖水溶液，将壳聚糖水溶液、竹纤维素黄酸酯、硅烷偶联剂KH550分别加入到牛奶酪蛋白溶液中，搅拌得到均匀粘稠状溶液；
步骤三、将纳米氧化锌加入到均匀粘稠状溶液，搅拌至分散均匀，得到纺丝原液；
步骤四、将纺丝原液从喷丝孔喷出形成细流，细流经过凝固浴的固化，得到初生复合纤维；
所述凝固浴的浴液中硫酸的含量100g/L，硫酸钠的含量为200g/L，戊二醛的含量为15g/L；
凝固浴温度为40℃；
步骤五、初生复合纤维经清水洗涤除去残留的凝固浴的浴液，最后在50℃温度下干燥得到纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝；
纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝的纤度为1.5dtex；
步骤六、将所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝通过梭织工艺纺制成单层面料；
所述单层面料的克重为50g/m2；
步骤七、将两层单层面料通过缝合形成空心结构面罩，将功能性芯料填充在空心结构面罩中形成功能芯层，制得纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料；
功能性芯料为保暖性纤维。
实施例3
纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料的制备
按重量份数计，包括以下原料：牛奶酪蛋白100份、纳米银5份、壳聚糖30份、竹纤维素黄酸酯30份、硅烷偶联剂KH550 5份；
包括以下步骤：
步骤一、将牛奶酪蛋白用牛奶酪蛋白质量的50倍、1.0mol/L的二乙醇胺水溶液溶解，得到牛奶酪蛋白溶液；
步骤二、将壳聚糖用去离子水溶解形成壳聚糖水溶液，将壳聚糖水溶液、竹纤维素黄酸酯、硅烷偶联剂KH550分别加入到牛奶酪蛋白溶液中，搅拌得到均匀粘稠状溶液；
步骤三、将纳米银加入到均匀粘稠状溶液，搅拌至分散均匀，得到纺丝原液；
步骤四、将纺丝原液从喷丝孔喷出形成细流，细流经过凝固浴的固化，得到初生复合纤维；
所述凝固浴的浴液中硫酸的含量100g/L，硫酸钠的含量为200g/L，戊二醛的含量为15g/L；
凝固浴温度为40℃；
步骤五、初生复合纤维经清水洗涤除去残留的凝固浴的浴液，最后在50℃温度下干燥得到纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝；
纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝的纤度为2dtex；
步骤六、将所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝通过梭织工艺纺制成单层面料；
所述单层面料的克重为60g/m2；
步骤七、将两层单层面料通过缝合形成空心结构面罩，将功能性芯料填充在空心结构面罩中形成功能芯层，制得纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料；
功能性芯料为保暖性纤维。
实施例4
纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料的制备
按重量份数计，包括以下原料：牛奶酪蛋白60份、纳米氧化锌3份、壳聚糖20份、竹纤维素黄酸酯20份、硅烷偶联剂KH550 3份；
包括以下步骤：
步骤一、将牛奶酪蛋白用牛奶酪蛋白质量的50倍、1.0mol/L的三乙醇胺水溶液溶解，得到牛奶酪蛋白溶液；
步骤二、将壳聚糖用去离子水溶解形成壳聚糖水溶液，将壳聚糖水溶液、竹纤维素黄酸酯、硅烷偶联剂KH550分别加入到牛奶酪蛋白溶液中，搅拌得到均匀粘稠状溶液；
步骤三、将纳米氧化锌加入到均匀粘稠状溶液，搅拌至分散均匀，得到纺丝原液；
步骤四、将纺丝原液从喷丝孔喷出形成细流，细流经过凝固浴的固化，得到初生复合纤维；
所述凝固浴的浴液中硫酸的含量100g/L，硫酸钠的含量为200g/L，戊二醛的含量为15g/L；
凝固浴温度为40℃；
步骤五、初生复合纤维经清水洗涤除去残留的凝固浴的浴液，最后在50℃温度下干燥得到纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝；
纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝的纤度为2dtex；
步骤六、将所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝通过梭织工艺纺制成单层面料；
所述单层面料的克重为55g/m2；
步骤七、将两层单层面料通过缝合形成空心结构面罩，将功能性芯料填充在空心结构面罩中形成功能芯层，制得纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料；
功能性芯料为保暖性纤维。
对比例1
与实施例2相比，对比例1中不加入纳米氧化锌，其他条件不变。
对比例2
与实施例2相比，对比例2中不加入壳聚糖，其他条件不变。
对比例3
与实施例2相比，对比例3中不加入竹纤维素黄酸酯，其他条件不变。
实施例2-4中，竹纤维素黄酸酯均为实施例1中制得；牛奶酪蛋白由河南盛腾生物科技有限公司提供，货号：1014；纳米氧化锌由达西浓纳米科技(常州)有限公司提供，型号：DXN-HQ20W；纳米银由惠州市铭铠防霉抗菌科技公司提供，货号：Micro-KF136；壳聚糖为水溶性的羧甲基壳聚糖，由维益肽(广东)生物科技有限公司提供，货号：WYT-01-091；保暖性纤维为仿羽绒丝绵，由罗莱化纤超级工厂提供，规格：3D*64mm，货号：0364RHCS。
试验例
对实施例2-4和对比例1-3中制得的单层面料进行性能测：
(1)抗菌性能测试：参考标准FZ/T73023-2006对单层面料面料进行抗菌性测试，测试面料洗前、水洗50次后的抗菌性能，以金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌为试验菌种，测试结果如表1所示；
(2)断裂强度测试：测试面料发生5cm的变形时受到的纵向和横向的力，测试结果如表2所示；
(3)亲肤性能测试：参考特步(中国)有限公司企业标准Q/TBZG010-2019面料亲肤性能的检测和评价，测试结果如表3所示；
表1
Figure BDA0003745352740000161
表2
Figure BDA0003745352740000171
表3
Figure BDA0003745352740000172
由表1可知，本发明制得的面料具有优异的抗菌性能，且抗菌性能持久，多次洗涤后依然较高的抗菌率，由于纳米氧化锌、壳聚糖和竹纤维均具有较好的抗菌性，对比例1中不加入纳米氧化锌，对比例2中不加入壳聚糖，对比例3中不加入竹纤维素黄酸酯，面料的抗菌性能都明显降低。
由表2可知，本发明制得的面料具有较高的的断裂强度，竹纤维素黄酸酯的添加量越多，面料的断裂强度越高，对比例3中由于没有加入竹纤维素黄酸酯，断裂强度大幅度下降，降幅接近50％；
由表3可知，本发明制得的面料具有较好的亲肤性能，透气性好，穿着舒适。
在有些实施例中，本发明的功能性芯料也可以是棉纤维。
进一步地，所述空心结构面罩为三边缝合、一边开口的结构，开口的一边为开口端，开口端作为空心结构面罩的尾端；或者空心结构面罩为左右两边缝合、前后两边开口的结构，前后两边均为开口端，两个开口端分别为作为空心结构面罩的尾端和首端。
实施例7
本发明提出了一种多层面料芯层填充***，该填充***能够满足对实施例2-4中将功能性芯料填充在空心结构面罩(两层单层面料10通过缝合形成空心结构面罩)中形成功能芯层11。
请参阅图5-6，一种多层面料芯层填充***，包括填充基台1，所述填充基台1上设置有充芯组2、隔断辊3和扯料端4，所述充芯组2包括充芯管201，且所述充芯管201设置在所述填充基台1上以用于从空心结构面罩的首端方向对其功能性芯料进行填充；所述扯料端4用于固定所述空心结构面罩的首端，并能驱动所述空心结构面罩的首端向远离所述充芯管201的方向移动；
将所述空心结构面罩分为若干段填充区域，当充芯管201对除首段任意一段的填充区域进行功能性芯料填充时，所述隔断辊3沿垂直于扯料端4移动方向下压以将该填充区域和与其相邻的已完成填充的填充区域进行分隔；当充芯管201对首段填充区域进行功能性芯料填充时，所述隔断辊3静止不动。
本发明在对空心结构面罩进行功能性芯料的填充时，根据空心结构面罩的长度，将空心结构面罩划分为m段填充区域，且每个填充区域靠近充芯管201管口的一端为起始端，另一端为终止端，当充芯管201对首端填充区域进行填充功能性芯料后，扯料端4夹持空心结构面罩的首端后，带动空心结构面罩向远离充芯管201的方向移动，使充芯管201的管口位于第二段填充区域的起始端，此时隔断辊3沿垂直于扯料端4移动方向下压，使其对空心结构面罩中首段填充区域的起始端(第二段填充区域的终止端)进行按压，以达到首段填充区域的封堵，以便于对第二段填充区域进行填充；
当对第三段填充区域进行功能性芯料的填充时，则隔断辊3对第二段填充区域的起始端(第三段填充区域的终止端)进行按压，同理，当对第m段的填充区域进行填充时，则隔断辊3对第m-1段填充区域的起始端(第m段填充区域的终止端)进行按压，以实现对已完成填充的填充区域进行封堵，避免功能性芯料在首段存在堆积现象。
其中，m为不小于1的自然数。
功能性芯料填充时，功能性芯料通过负压气流从充芯管201处喷出(功能性芯料的喷出方式为现有技术)，以进入空心结构面罩，达到功能性芯料填充的目的。
从而通过对空心结构面罩进行分段填充，使面料在空心结构面罩上分布的均匀性得到提高，有效地降低了空心结构面罩在进行功能性芯料填充时，功能性芯料由于填充的时的负压作用在空心结构面罩的端部堆积，所导致空心结构面罩成型后其各处的性能降低的风险。
进一步地，参阅图6和图8，还包括两组扩散组件5，所述扩散组件5设置在所述填充基台1上，所述隔断辊3下压时，所述空心结构面罩上所述隔断辊3所施压的区域形成隔断区，且当所述隔断辊3第n次下压时，所述扩散组件5与所述隔断辊3同步运动，同时所述扩散组件5相对旋转以对与所述隔断辊3第n-1次下压时所形成的隔断区所相邻的两段所述填充区域内的功能性芯料进行扩散至隔断区，其中，n取大于1的自然数。
已经填充完成且相邻的两段填充区域之间，由于填充时，隔断辊3的作用，空心结构面罩上形成了隔断区，隔断区中无功能性芯料的存在，因此在对新的填充区域进行功能性芯料填充时，两个扩散组件5相对旋转，将该两端填充区域中的功能性芯料向隔断区进行震荡扩散，以使隔断区中填充功能性芯料，同时，进一步使整个空心结构面罩中功能性芯料分布更加均匀，进一步的提高了面料性能的稳定性。
进一步地，参阅图5和图7，对于上述充芯组2来说，所述充芯组2还包括负压箱202，所述负压箱202的出料口通过供芯管203与所述充芯管201的出口相连，且所述充芯管201固定安装在安装基座204上，所述安装基座204上设置拨料组6，且所述拨料组6与所述充芯管201相对应；
负压箱202为功能性芯料的混合和喷料区，其原理为：通过将功能性芯料(如棉花)通入负压箱202内，通过将功能性芯料与其他填充物混合后，利用气体负压所产生的流体冲力，将功能性芯料喷出，进而通过供芯管203达到充芯管201内，由充芯管201填充至空心结构面罩的功能性芯料的填充区域内，从而达到填充的目的；
其中，通过拨料组6将空心结构面罩中除首段填充区域外的面料套接在充芯管201上后，通过扯料端4逐一将除首段填充区域外的面料拉离充芯管201进行功能性芯料的填充。
其中，对于上述拨料组6来说，所述拨料组6包括轴座601，所述轴座601转动安装有驱动轴602，所述驱动轴602上固定安装有拨料轮603，且所述拨料轮603与所述充芯管201相对应，以用于所述拨料轮603拨动所述空心结构面罩套接在所述充芯管201，所述轴座601的一侧固定安装有驱动马达604，所述驱动马达604用于为所述拨料轮603的旋转提供动力；
在进行运动时，通过人工将空心结构面罩的尾端套在充芯管201上，然后启动驱动马达604，驱动马达604带动驱动轴602进行转动，从而带动拨料轮603进行转动，并且拨料轮603为柔性塑料，如橡胶、树脂等等，拨料轮603进行转动时，拨料轮603与充芯管201的外壁贴合，从而对空心结构面罩形成沿充芯管201中轴线方向的驱动力，进而使空心结构面罩不断的套接在充芯管201上；
由于空心结构面罩的远离充芯管201的一端(空心结构面罩的远离充芯管201的一端即为空心结构面罩的首端)夹持在扯料端4上，空心结构面罩不断的套接在充芯管201上，直到空心结构面罩对扯料端4形成拉扯力时，停止驱动马达604的转动，而未套接在充芯管201上的部分即为填充区域的首段。
本发明通过拨料轮603将空心结构面罩套接在充芯管201上，并且由于拨料轮603与充芯管201的接触，对空心结构面罩形成夹持力，当扯料端4带动空心结构面罩脱离充芯管201时，由于拨料轮603对空心结构面罩形成夹持力，使空心结构面罩处于紧绷状态，从而确保空心结构面罩中填充的功能性芯料的充实性，避免在填充区域的一端堆积。
进一步地，参阅图7，对于上述充芯管201来说，所述充芯管201包括管体2011，所述管体2011上开设有若干泄流槽2012，所述管体2011出口端的端面开设有若干与所述泄流槽2012相对应的泄流口2013，所述泄流槽2012通过所述泄流口2013与所述管体2011出口端的端面平齐；
通过负压气流带动功能性芯料进入填充区域内，而由于填充区域的一端被隔断辊3封堵，负压气流进入填充区域后，通过泄流口2013进入泄流槽2012，从而利用泄流槽2012排出，避免负压气流在填充区域内，使功能性芯料压缩而相互交缠，不利于功能性芯料的扩散和摊铺的情况。
进一步地，参阅图5，对于上述填充基台1来说，所述填充基台1的两侧均固定安装有气缸7，所述气缸7的输出端固定安装有安装架8，所述安装架8上安装有所述隔断辊3和扩散组件5，且所述填充基台1上开设有与所述隔断辊3相对应的隔断槽9，所述气缸7通过所述安装架8驱动所述隔断辊3下压以将所述空心结构面罩在所述隔断辊3下方的部分压入隔断槽9，使所述空心结构面罩上所述隔断辊3所施压的区域形成隔断区；
本发明通过气缸7带动安装架8沿垂直于空心结构面罩移动的方向移动，由于隔断辊3和扩散组件5均固定安装在安装架8上，因此气缸7驱动隔断辊3和扩散组件5同步上下运动。
并且当隔断辊3进入隔断槽9后，空心结构面罩在隔断槽9处形成折弯区域(隔断区)，弧形面有效的避免气流的流通，避免负压气流对已完成填充的填充区域形成干扰，造成已完成填充的填充区域中起始端处的功能性芯料向终止端移动。
进一步地，参阅图5、图6和图8，对于上述扩散组件5来说，所述扩散组件5包括中心轴501，所述中心轴501的两端均开设有轮盘502，所述轮盘502上偏心设置有若干弹性绳503；
所述安装架8上固定安装有导向槽504，所述导向槽504内壁开设有导向杆505，所述导向杆505滑动配合有限位块506，所述限位块506与所述导向槽504的内壁滑动配合，所述导向杆505同轴心设置有蓄力弹簧507，且所述蓄力弹簧507两端分别固定安装在所述限位块506和导向槽504的内壁上；
所述弹性绳503随所述中心轴501的旋转绕所述中心轴501的中轴线做圆周运动，所述弹性绳503做圆周运动时与限位块506相接触，且随着所述弹性绳503的持续运动，所述弹性绳503发生形变后驱动限位块506平移以用于与所述限位块506相分离。
其中限位块506与弹性绳503相接触的一端为弧形端；
优选地，弹性绳503的弹性系数小于蓄力弹簧507的弹性系数；
其中，两个扩散组件5相对转动，通过将其中一个扩散组件5中的中心轴501与电机的输出轴相连，且两个扩散组件5中的中心轴501均固定安装有齿轮，两个齿轮相互啮合，从而使两个中心轴501相对转动。
当中心轴501进行转动时，中心轴501带动轮盘502进行同步转动，由于轮盘502上偏心设置有弹性绳503，因此弹性绳503绕中心轴501的中轴线做圆周运动；
由于弹性绳503偏心设置在轮盘502上，且轮盘502固定安装在中心轴501上，当中心轴501进行转动时，轮盘502随着中心轴同步转动，因为弹性绳503偏心设置在轮盘502上，所以轮盘502的转动，使弹性绳绕中心轴进行转动，即：弹性绳503绕中心轴501的中轴线做圆周运动。
在弹性绳503绕中心轴501的中轴线做圆周运动的过程中，弹性绳503与限位块506的弧形端相接触，当弹性绳503在与弧形端相接触后继续做圆周运动，对弧形端(即限位块506)形成向下的拉力，由于弹性绳503的弹性系数小于蓄力弹簧507的弹性系数，因此弹性绳503发生形变至一定量后，驱动限位块506向下移动，当限位块506移动至一定位置后，弧形端的弧面弹性绳503失去限位作用，从而脱离限位块506，此时弹性绳503产生一个复位冲击，而此时弹性绳503与空心结构面罩相接触，从而对隔断区两侧的填充区域形成朝隔断区方向的冲击力。
本发明通过利用弹性绳503的弹力，配合弹性绳503的自身的圆周运动，不断的对隔断区两侧的填充区形成朝隔断区方向的冲击力，从而使隔断区两侧的填充区域内的功能性芯料向隔断区移动，达到功能性芯料扩散的目的。
进一步地，参阅图5和图6，对于上述滑轨401来说，所述扯料端4包括滑轨401，所述滑轨401固定安装在所述填充基台1的内壁顶部，所述滑轨401滑动连接有滑块402，所述滑块402上固定安装有夹持基座403，所述夹持基座403上固定安装有若干夹子404。
本发明用夹子404将空心结构面罩的首端固定在夹持基座403上，并且通过滑轨401和滑块402的作用带动夹持基座403进行平移。
优选地，夹子404通过压力弹簧和压力传感器等滑动配合在夹持基座403上，利用压力弹簧的弹性系数使夹子404相对夹持基座403固定，当对夹子404施加拉力时，压力弹簧发生形成，从而使压力传感器感受到压力变化。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种多层面料芯层填充***，其特征在于，所述***能用于纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料中功能性芯料的填充；所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料包括上下两层单层面料和位于上下两层单层面料中间的功能芯层；两层单层面料通过缝合形成空心结构面罩，将功能性芯料填充在空心结构面罩中形成所述功能芯层；所述单层面料为纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝纺制成的单层面料；所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝包括以下原料制备而成：牛奶酪蛋白、无机纳米材料、壳聚糖、竹纤维素黄酸酯、硅烷偶联剂；所述***包括填充基台，所述填充基台上设置有充芯组、隔断辊和扯料端，所述充芯组包括充芯管，且所述充芯管设置在所述填充基台上以用于从空心结构面罩的首端方向对功能性芯料进行填充；所述扯料端用于固定所述空心结构面罩的首端，并驱动所述空心结构面罩的首端向远离所述充芯管的方向移动；将所述空心结构面罩分为若干段填充区域，当充芯管对除首段任意一段的填充区域进行功能性芯料填充时，所述隔断辊沿垂直于扯料端移动方向下压以将该填充区域和与其相邻的已完成填充的填充区域进行分隔；当充芯管对首段填充区域进行功能性芯料填充时，所述隔断辊静止不动；还包括两组扩散组件，所述扩散组件包括中心轴，所述中心轴的两端均开设有轮盘，所述轮盘上偏心设置有若干弹性绳；所述扩散组件设置在所述填充基台上，所述隔断辊下压时，所述空心结构面罩上所述隔断辊所施压的区域形成隔断区，且当所述隔断辊第n次下压时，所述扩散组件与所述隔断辊同步运动，同时所述扩散组件相对旋转以对与所述隔断辊第n-1次下压时所形成的隔断区所相邻的两段所述填充区域内的功能性芯料进行扩散至隔断区，其中，n取大于1的自然数；所述充芯组还包括负压箱，所述负压箱的出料口通过供芯管与所述充芯管的出口相连，且所述充芯管固定安装在安装基座上，所述安装基座上设置拨料组，且所述拨料组与所述充芯管相对应；所述拨料组包括轴座，所述轴座转动安装有驱动轴，所述驱动轴上固定安装有拨料轮，且所述拨料轮与所述充芯管相对应，以用于拨动所述空心面料套接在所述充芯管；所述填充基台的两侧均固定安装有气缸，所述气缸的输出端固定安装有安装架，所述安装架上安装有所述隔断辊和扩散组件，且所述填充基台上开设有与所述隔断辊相对应的隔断槽，所述气缸通过所述安装架驱动所述隔断辊下压以将所述空心结构面罩在所述隔断辊下方的部分压入隔断槽，使所述空心结构面罩上所述隔断辊所施压的区域形成隔断区。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述安装架上固定安装有导向槽，所述导向槽内壁开设有导向杆，所述导向杆滑动配合有限位块，所述限位块与所述导向槽的内壁滑动配合，所述导向杆同轴心设置有蓄力弹簧，且所述蓄力弹簧两端分别固定安装在所述限位块和导向槽的内壁上；所述弹性绳随所述中心轴的旋转绕所述中心轴的中轴线做圆周运动，所述弹性绳做圆周运动时与限位块相接触，且随着所述弹性绳的持续运动，所述弹性绳发生形变后驱动限位块平移以用于与所述限位块相分离。
3.一种基于如权利要求1-2任一项的所述多层面料芯层填充***制备纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料的方法，其特征在于，按重量份数计，包括以下原料：牛奶酪蛋白30-100份、无机纳米材料1-5份、壳聚糖10-30份、竹纤维素黄酸酯10-30份、硅烷偶联剂1-5份；
包括以下步骤：
步骤一、将牛奶酪蛋白用碱性溶液溶解，得到牛奶酪蛋白溶液；
步骤二、将壳聚糖用去离子水溶解形成壳聚糖水溶液，将壳聚糖水溶液、竹纤维素黄酸酯、硅烷偶联剂分别加入到牛奶酪蛋白溶液中，搅拌得到均匀粘稠状溶液；
步骤三、将无机纳米材料加入到均匀粘稠状溶液，搅拌至分散均匀，得到纺丝原液；
步骤四、将纺丝原液从喷丝孔喷出形成细流，细流经过凝固浴的固化，得到初生复合纤维；
步骤五、初生复合纤维经洗涤除去残留的凝固浴的浴液，最后经干燥得到纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝；
步骤六、将所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维长丝纺制成单层面料；
步骤七、将单层面料与功能性芯料制成多层复合结构的面料，即纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料；所述纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料至少包括上下两层单层面料和位于上下两层单层面料中间的功能芯层；其中，所述***能用于纳米材料共混改性复合抗菌型牛奶蛋白纤维面料中功能性芯料的填充；两层单层面料通过缝合形成空心结构面罩，将功能性芯料填充在空心结构面罩中形成所述功能芯层；将所述空心结构面罩分为若干段填充区域，当充芯管对除首段任意一段的填充区域进行功能性芯料填充时，隔断辊沿垂直于扯料端移动方向下压以将该填充区域和与其相邻的已完成填充的填充区域进行分隔；当充芯管对首段填充区域进行功能性芯料填充时，隔断辊静止不动。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述碱性溶液包括二乙胺水溶液、三乙胺水溶液、二乙醇胺水溶液、三乙醇胺水溶液、氢氧化钠水溶液、氨水中任意一种；所述碱性溶液的浓度为0.5-1.0mol/L。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述凝固浴的浴液中包括硫酸、硫酸钠与戊二醛；其中，硫酸的含量80-120g/L，硫酸钠的含量为100-300g/L，戊二醛的含量为10-20g/L；凝固浴温度为20-45℃。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述竹纤维素黄酸酯，包括以下步骤制备而成：
（1）将竹竿表面洗净，粉碎成竹片，置于碱液中蒸煮去除木质素，过滤、用清水洗涤得到竹浆粕；
（2）将竹浆粕置于氢氧化钠溶液中，浸渍搅拌后，通过压榨分离出氢氧化钠溶液，得到碱纤维素；
（3）将碱纤维素老成，然后冷却至30-40℃；
（4）将老成处理后的碱纤维素与二硫化碳混合，真空状态下搅拌进行黄化反应，得到黄化后的纤维素；
（5）向黄化后的纤维素中加入纯水，搅拌，过滤去除杂质，得到竹纤维素黄酸酯。
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