CN117328165A - 一种远红外皮芯结构功能纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种远红外皮芯结构功能纤维，包括芯层和皮层；所述芯层的截面呈三叶形，所述皮层包覆于芯层的外周，且所述皮层的截面轮廓也呈三叶形；所述芯层由包括以下重量份的原料制成：聚对苯二甲酸乙二醇酯60‑70份；聚己内酰胺15‑22份；聚醚型聚氨酯弹性体7‑10份；马来酸酐接枝聚丙烯8‑12份；远红外添加剂10‑15份。本发明制备的远红外皮芯结构功能纤维具有断裂强度较高，断裂伸长率较大，力学性能良好；且法向发射率高，远红外发射性能好且不会因为洗涤等而降低；还具有具有轻质高强、抗菌除臭的优点，空气离子溶度高和阻燃等效果。

Description

一种远红外皮芯结构功能纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及远红外皮芯结构功能纤维生产技术领域，具体涉及一种远红外皮芯结构功能纤维及其制备方法。

背景技术

纤维用途广泛，可织成细线、线头和麻绳，造纸或织毡时还可以织成纤维层；同时也常用来制造其他物料，及与其他物料共同组成复合材料。功能纤维是指在纤维现有的性能之外，再同时附加上某些特殊功能的纤维，如弹性纤维，高发射率远红外纤维，可产生负离子纤维，抗菌除臭纤维，阻燃纤维等。

远红外纤维是近年来受到广泛关注并已投入生产使用的新型纤维，它是在纤维加工过程中添加了远红外吸收剂(陶瓷粉)而制得的，是一种积极高效的保温材料，同时辐射的远红外线还具有活化细胞组织、促进血液循环及抑菌防臭的功效。

但是现有的远红外纤维由于大量远红外吸收剂(陶瓷粉)的添加，导致断裂强度较和断裂伸长率大幅降低，尤其断裂强度较和断裂伸长率没法兼顾，力学性能大幅下降，导致应用受限；此外，远红外发射性能较差；再者大量远红外吸收剂(陶瓷粉)的添加如果与基体树脂相容性不好会导致纤维的各项性能指标下降，甚至不能使用。

负离子对人的健康、长寿及生态的重大影响，已为国内外医学界专家通过临床实践所验证。当代科学揭开了生物电的奥秘，生物体的每一个细胞就是一个微电池，细胞膜内外有50-90mv的电位差，如果“细胞电池”得不到充分的电荷补充，机体的电过程就难于继续维持，因而影响到机体的正常活动，产生老化和早衰。负离子不仅能促成人体合成和储存维生素，强化和激活人体的生理活动，因此它又被称为"空气维生素"，认为它像食物的维生素一样，对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响。在医学界，负离子被确认是具有杀灭病菌及净化空气的有效手段。其机理主要在于负离子与细菌结合后，使细菌产生结构的改变或能量的转移，导致细菌死亡，最终降沉于地面。据考证，负离子对人体7个***，近30多种疾病具有抑制、缓解和辅助治疗作用，尤其对人体的保健作用更为明显。负离子简单的说是指带负电荷的氧离子，无色无味。负离子具有净化空气、改善肺换气功能、活化细胞和促进新陈代谢的功效，国内外对于负离子纺织品的研究开展的也比较多。

专利公告号为CN 102517902A的专利公开了具有负离子远红外功效的纺织品，先采用丙烯酸酯类粘合剂和负离子添加剂混合，通过涂布操作在基布上均匀刮涂形成涂层，再经过烘干固着在面料的表面形成具有释放负离子和远红外功效的纺织品。但它只是简单的通过粘合剂固着功能性粉体，没有和面料形成永久结合，经过水洗和摩擦后会严重脱落，效果明显降低，而且采用粘合剂涂层会严重影响布面的手感，粗糙而不柔软，穿着舒适性明显减低。专利公告号为CN1587498A的专利公开了一种释放负离子的针织面料，将蛋白质粉、涂料、增稠剂和柔软剂采用汽巴粘合剂通过圆网印花、烘干、过柔软剂、定型而成，在针织面料表面形成胶层，从而面料能够释放负离子，但同样也不耐久性的加工方法，蛋白质粉的颗粒较大洗涤后会脱落，也只限于胶体印花模式的加工，比较单一。专利公告号为CN101463556A的中国发明专利公开了一种负离子针织面料及其生产工艺，采用面料浸轧20-40g/L的负离子整理液、柔软剂，并在80-110℃条件下烘干，然后在150-180℃条件下高温拉幅，得到能够释放负离子的针织面料，但负离子发生体电气石本身没有基团，无法与纤维形成价键结合，只能通过挤压辊的压力将电气石颗粒暂时性的固着在面料的表面，这种面料释放负离子的功效也不会太久。

此外，纤维如果需要兼具力学性能优良和功能性，那么需要很高要求的严格添加各种添加剂的种类和比例，否则要么导致各项性能指标下降，要么导致添加成本大幅升高，本发明采用皮芯结构进行功能分区，可在大幅降低添加成本的同时，满足远红外发射改性及负离子化，使其具有抗菌除臭、发射负氧离子等多种功能需求。

在综合面料负离子处理工艺及制作方式的对比下，我们采用源头处理的方式，对纤维采用皮芯结构进行力学性能优化，并进行远红外发射改性及负离子化，使其具有抗菌除臭、发射负氧离子的功能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的发明目的在于提供一种同时具有抗菌除臭和具有负氧离子功能的功能性纤维，本发明制备的远红外皮芯结构功能纤维具有断裂强度较高，断裂伸长率较大，力学性能良好；且法向发射率高，远红外发射性能好且不会因为洗涤等而降低；还具有具有轻质高强、抗菌除臭的优点，以及发射负离子功能，对纺丝过程不产生不良影响，功能性粒子分散混匀，成品发射负离子的功效持久耐洗，且操作简单。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：

一种远红外皮芯结构功能纤维，包括芯层和皮层；所述芯层的截面呈三叶形，所述皮层包覆于芯层的外周，且所述皮层的截面轮廓也呈三叶形；

所述芯层由包括以下重量份的原料制成：

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述远红外添加剂由包括以下重量份的原料组成：

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述石墨烯为单层石墨烯。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述芯层与皮层的截面面积之比为1：1.3-1.5。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述皮层由包括以下重量份的原料制成：

改性聚酯颗粒 60-90重量份；

纳米添加剂 5-30重量份；

艾碳 5-10重量份；

所述纳米添加剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的一种或多种。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述改性聚酯颗粒的制备过程为：

步骤一：称取电气石、麦饭石，将其混合后研磨成粉，然后与纳米碧玺石粉进行均匀混合，得到粉料；

步骤二：将粉料与负离子添加剂按照30：1的重量比溶于有机溶液中，并进行超声分散，随后加入钛酸酯偶联剂、茶叶提取液和薄荷提取液，并在加热搅拌装置中进行混合，得到混合溶液；

步骤三：将混合溶液在50-80℃干燥箱中进行干燥，得到干燥物料；

步骤四：将干燥物料与阻燃剂、纯聚酯物料进行高分子物料共混，并使用挤塑造粒机内进行共混造粒，得到改性聚酯颗粒。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤一中，按质量份计，电气石50-60份，麦饭石13-19份，纳米碧玺石粉27-31份。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤二所述负离子添加剂由四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、氧化石墨烯、载纳米银活性炭粉按照(0.5-1.0)：(3-5)：(1-10)的重量百分比配制而成。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤二的混合溶液搅拌条件为：温度40-70℃，搅拌速率为400-800rpm/min。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤二所述茶叶提取液的用量为粉料重量的30-50％，薄荷提取液的用量为粉料重量的5-15％。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述茶叶提取液和所述薄荷提取液中均含有负氧离子。

本发明还提供一种远红外皮芯结构功能纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述内层的各原料送入双螺杆挤出机熔融成远红外功能性纺丝液；

2)将纳米添加剂和艾碳通过双螺杆挤出机混合分散至由所述改性聚酯颗粒形成的熔融聚酯纺丝液中(即在双螺杆挤出机后段添加纳米添加剂和艾碳)得到负离子功能性聚酯纺丝液；

3)将远红外功能性纺丝液和负离子功能性聚酯纺丝液送入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有芯层和皮层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、卷绕、拉伸、热定型、卷曲、切断，得到所述远红外皮芯结构功能纤维。

与现有技术相比，本发明的技术方案获得了如下有益效果：

本发明公开一种远红外皮芯结构功能纤维及其制备方法，本发明制备的远红外皮芯结构功能纤维，采用皮芯结构进行功能分区，可在大幅降低添加成本的同时，满足远红外发射改性及负离子化，使其具有抗菌除臭、发射负氧离子等多种功能需求。

本发明制备的远红外皮芯结构功能纤维具有断裂强度较高，断裂伸长率较大，力学性能良好；且法向发射率高，远红外发射性能好且不会因为洗涤等而降低；还具有具有轻质高强、抗菌除臭的优点，空气离子溶度高和阻燃等效果。

在本发明中，采用特殊的皮芯结构，包括芯层和皮层，且截面都呈三叶形，并通过优选芯层和皮层的各原料组成及含量，使得制备的远红外皮芯结构功能纤维芯层可提高纤维的断裂强度和弹性等力学性能，且远红外发射性能好，更重要的是洗涤100次后法向发射率依然保持原有的99％有，用于纺织面料中依然具有完好的保暖功能；皮层抗菌除臭的优点，在纤维中加入负氧离子添加剂后，其结构稳定、负氧离子溶度净增明显，具有负离子功能的纤维产生的空气离子溶度高、阻燃等效果；此外，芯层和皮层相容性良好，芯层和皮层接触面处结合牢固，进一步保证了本发明的纤维(所述远红外皮芯结构功能纤维)力学性能。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本发明主题公开的一部分。

从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在本发明中，采用特殊的皮芯结构，包括芯层和皮层，且截面都呈三叶形，并通过优选芯层和皮层的各原料组成及含量，使得制备的远红外皮芯结构功能纤维芯层可提高纤维的断裂强度和弹性等力学性能，且远红外发射性能好，更重要的是洗涤100次后法向发射率依然保持原有的99％有，用于纺织面料中依然具有完好的保暖功能；皮层抗菌除臭的优点，在纤维中加入负氧离子添加剂后，其结构稳定、负氧离子溶度净增明显，具有负离子功能的纤维产生的空气离子溶度高、阻燃等效果；此外，芯层和皮层相容性良好，芯层和皮层接触面处结合牢固，进一步保证了本发明的纤维(所述远红外皮芯结构功能纤维)力学性能。

本发明芯层中，采用聚对苯二甲酸乙二醇酯，与皮层基体树脂原料相同，有效保证了芯层和皮层相容性良好，有助于提升本发明的纤维力学性能；

添加了适当比例的聚己内酰胺，可大幅提升芯层的力学强度，进一步可提升本发明的纤维力学性能；

添加了适当比例的马来酸酐接枝聚丙烯，其具有质量轻、导湿性好的特点，能够提升轻质感和穿着舒适度，还能在本发明的原料体系中起到良好的相容作用，使得石墨烯、纳米氧化钙、纳米氧化铝、纳米氧化锆和锗等在树脂原料中相容分散性好，分散均匀，避免聚集导致局部应力集中影响断裂强度和弹性等力学性能，同时也更好的保证了产生均匀的高效的红外发射功能；

添加了适当比例的远红外添加剂，所述远红外添加剂由特定比例的石墨烯、纳米氧化钙、纳米氧化铝、纳米氧化锆和锗组成，石墨烯、纳米氧化钙、纳米氧化铝、纳米氧化锆和锗相互配合，起到良好的协同增强作用，有效地提升了远红外发射性能，且不会因为洗涤等而降低，还有效地本发明的纤维产生的远红外波长控制在9-12μm，即经远红外检测传感器检测发现波长范围满足9-12μm(99％以上的波长在此范围内)，而人体所发射的热辐射的主波长在10μm左右，这样本发明的纤维及后续纺织品与人体所发射的热辐射的主波长十分吻合，可引起细胞同频共振，以传递共振的方式进入人体，并且进入的时候发生摩擦产生热量，从而提高人体内的温度，蓄/发热效果好。

本发明皮层中，改性聚酯颗粒体系以纯聚酯物料(在本发明中，聚酯物料为PET)为基体物料，能够保证纺丝过程的顺利进行；电气石、麦饭石以及纳米碧玺石粉的使用，是利用电气石、麦饭石的净化吸附作用，两者组合具有产生负离子的效果，其中纳米碧玺石粉能够利用其粒径优势，可以填充到电气石与麦饭石之间的空隙中，进一步增强该混合物料的稳定性，进而保证了发射负氧离子的功能；

再进一步的，改性聚酯颗粒中，使用的茶叶含有茶多酚、氨基酸、咖啡碱、糖类、蛋白质等成分，尤其是其中茶多酚、氨基酸、咖啡碱含量高，具有抗菌、抗病毒、消毒、收敛、消炎等作用；对于薄荷，其中主成分薄荷醇，以及乙酸薄荷脂、莰烯等，有极强的杀菌抗菌作用。为了更好的利用其抗菌性能与复配使用性，本发明所述茶叶提取液和所述薄荷提取液中均含有负氧离子，具体是在种植过程中的茶叶和薄荷中加入负离子矿物肥，所述负离子矿物肥为锅炉灰、硼砂、硅酸盐矿物、沸石、膨润土、稀土及生物菌混合制得，利用该矿物肥种植的植物可释放负氧离子，然后采用本领域常规的提取方法获得相应的提取液，也可以通过市场购买。将茶叶提取液和薄荷提取液有选择的进行伍配，有利于抗菌效果达到最优，且气味温和无刺激。

进一步的，对改性聚酯颗粒体系中，钛酸酯偶联剂对茶叶提取液和薄荷提取液具有增稠剂的作用，通过钛酸酯偶联剂的加入能够使体系的粘度增加，且利用钛酸酯偶联剂影响提取液中不同物质集合扩散双电层结构，在体系中带点基团平衡稳定的条件下，使双电层平均厚度变薄，进而更容易吸附表面，这样特性提取液胶束就容易形成，表面活性得到提高。

进一步的，钛酸酯偶联剂在体系中具有使聚酯物料活性增强的作用，有助于聚酯纺丝体系的连接稳定性与融合性。更进一步的，所述负氧离子添加剂中使用的四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯，在本发明中可减少纳米添加剂的使用量，同时不改变体系粘度，还可以增加改性聚酯颗粒***中对粉料的附着力。而且四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯与钛酸酯偶联剂在结构上具有相似相辅作用。

本发明使用其作为无机填料混合物之一，以提高填料的分散性、抗沉性；氧化石墨烯则是利用其大比表面优势，再利用其表面富含大量的羟基、羧基、环氧基等含氧官能团，能够较好的起到填料表面活化作用以及物料的连接固定作用。氧化石墨烯与四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯的组合使用，一方面能够使得载纳米银活性炭粉分散均匀、抗沉性好；另一方面能够加强其与聚酯物料的连接性，使得整个体系稳定，对纺丝过程不产生不良影响；再加上氧化石墨烯的使用会增加纤维的表面积，从而有利于发挥其除臭、发射负离子的功能。功能性粒子分散混匀以及体系的稳定性，使得成品发射负离子的功效持久有效、抗菌除臭。

再进一步的，本发明使用的有机溶液优选为丙酮，阻燃剂优选为磷系阻燃剂。本发明的远红外皮芯结构功能纤维摒弃了传统的采用粘合剂和浸轧的方式赋予纱线、面料负离子和抗菌效果的方式和技术，使其工序更加简单，更容易被市场接受。

实施例1

一种远红外皮芯结构功能纤维，包括芯层和皮层；所述芯层的截面呈三叶形，所述皮层包覆于芯层的外周，且所述皮层的截面轮廓也呈三叶形；

所述芯层由包括以下重量份的原料制成：

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述远红外添加剂由包括以下重量份的原料组成：

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述石墨烯为单层石墨烯。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述芯层与皮层的截面面积之比为1：1.3-1.5。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述皮层由包括以下重量份的原料制成：

改性聚酯颗粒 60-90重量份；

纳米添加剂 5-30重量份；

艾碳5-10重量份；

所述纳米添加剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的一种或多种。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述改性聚酯颗粒的制备过程为：

步骤一：称取电气石、麦饭石，将其混合后研磨成粉，然后与纳米碧玺石粉进行均匀混合，得到粉料；

步骤二：将粉料与负离子添加剂按照30：1的重量比溶于有机溶液中，并进行超声分散，随后加入钛酸酯偶联剂、茶叶提取液和薄荷提取液，并在加热搅拌装置中进行混合，得到混合溶液；

步骤三：将混合溶液在50-80℃干燥箱中进行干燥，得到干燥物料；

步骤四：将干燥物料与阻燃剂、纯聚酯物料进行高分子物料共混，并使用挤塑造粒机内进行共混造粒，得到改性聚酯颗粒。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤一中，按质量份计，电气石50-60份，麦饭石13-19份，纳米碧玺石粉27-31份。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤二所述负离子添加剂由四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、氧化石墨烯、载纳米银活性炭粉按照(0.5-1.0)：(3-5)：(1-10)的重量百分比配制而成。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤二的混合溶液搅拌条件为：温度40-70℃，搅拌速率为400-800rpm/min。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，步骤二所述茶叶提取液的用量为粉料重量的30-50％，薄荷提取液的用量为粉料重量的5-15％。

在上述方案的基础上并作为上述方案的优选方案，所述茶叶提取液和所述薄荷提取液中均含有负氧离子。

本发明还提供一种远红外皮芯结构功能纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)将所述内层的各原料送入双螺杆挤出机熔融成远红外功能性纺丝液；

2)将纳米添加剂和艾碳通过双螺杆挤出机混合分散至由所述改性聚酯颗粒形成的熔融聚酯纺丝液中(即在双螺杆挤出机后段添加纳米添加剂和艾碳)得到负离子功能性聚酯纺丝液；

3)将远红外功能性纺丝液和负离子功能性聚酯纺丝液送入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有芯层和皮层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、卷绕、拉伸、热定型、卷曲、切断，得到所述远红外皮芯结构功能纤维。

实施例2

一种远红外皮芯结构功能纤维，包括芯层和皮层；所述芯层的截面呈三叶形，所述皮层包覆于芯层的外周，且所述皮层的截面轮廓也呈三叶形；

所述芯层由包括以下重量份的原料制成：

在本实施例中，所述远红外添加剂由包括以下重量份的原料组成：

在本实施例中，所述石墨烯为单层石墨烯。

在本实施例中，所述芯层与皮层的截面面积之比为1：1.3。

在本实施例中，所述皮层由包括以下重量份的原料制成：

改性聚酯颗粒 65重量份；

纳米添加剂 8重量份；

艾碳 6重量份；

在本实施例中，将使用小叶陈艾细纤维含量高，经下述艾碳制作处理工艺后，有利于负氧离子溶度净增，因此使用小叶陈艾进行艾碳制备，所述艾碳制作处理工艺为：将精选的小叶陈艾倒入灶炉内，压实、加盖、密封严实；随后将无烟煤放入灶堂的炉桥上进行生火，升温烧至1000℃时，全部翻动艾叶，然后再次密封严实，控制温度升温至1700℃±75℃进行碳化，使艾油回流到艾碳中，焦油挥发出去，保持此区间温度10-12h；灶盖左上方开设一个圆形小孔，随时观察灶盖上方烟气的颜色，由浓转淡时，适时逐渐降温出炉；最后将出炉后恢复到常温的艾碳破碎成粉料，即可进行使用。

所述纳米添加剂为质量比1：1的纳米二氧化硅、纳米二氧化钛的混合物。

在本实施例中，所述改性聚酯颗粒的制备过程为：

步骤一：称取电气石、麦饭石，将其混合后研磨成粉，然后与纳米碧玺石粉进行均匀混合，得到粉料；

步骤二：将粉料与负离子添加剂按照30：1的重量比溶于有机溶液中，并进行超声分散，随后加入钛酸酯偶联剂、茶叶提取液和薄荷提取液，并在加热搅拌装置中进行混合，得到混合溶液；

步骤三：将混合溶液在60℃干燥箱中进行干燥，得到干燥物料；

步骤四：将干燥物料与阻燃剂、纯聚酯物料进行高分子物料共混，并使用挤塑造粒机内进行共混造粒，得到改性聚酯颗粒。所述阻燃剂优选为磷酸三乙酯与含溴三磷酸酯混合物。

在本实施例中，步骤一中，按质量份计，电气石50份，麦饭石13份，纳米碧玺石粉27份。

在本实施例中，步骤二所述负离子添加剂由四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、氧化石墨烯、载纳米银活性炭粉按照0.5：3：1的重量百分比配制而成。

在本实施例中，步骤二的混合溶液搅拌条件为：温度50℃，搅拌速率为800rpm/min。

在本实施例中，步骤二所述茶叶提取液的用量为粉料重量的35％，薄荷提取液的用量为粉料重量的7％。

在本实施例中，所述茶叶提取液和所述薄荷提取液中均含有负氧离子，具体是在种植过程中的茶叶和薄荷中加入负离子矿物肥，所述负离子矿物肥为锅炉灰、硼砂、硅酸盐矿物、沸石、膨润土、稀土及生物菌混合制得，利用该矿物肥种植的植物可释放负氧离子，然后采用本领域常规的提取方法获得相应的提取液，也可以通过市场购买。

在本实施例中，所述远红外皮芯结构功能纤维的制备方法包括以下步骤：

1)将所述内层的各原料送入双螺杆挤出机熔融成远红外功能性纺丝液；

2)将纳米添加剂和艾碳通过双螺杆挤出机混合分散至由所述改性聚酯颗粒形成的熔融聚酯纺丝液中(即在双螺杆挤出机后段添加纳米添加剂和艾碳)得到负离子功能性聚酯纺丝液；

3)将远红外功能性纺丝液和负离子功能性聚酯纺丝液送入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有芯层和皮层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、卷绕、拉伸、热定型、卷曲、切断，得到所述远红外皮芯结构功能纤维。

本实施例制得的远红外皮芯结构功能纤维的线密度为4dtex。

实施例3

一种远红外皮芯结构功能纤维，包括芯层和皮层；所述芯层的截面呈三叶形，所述皮层包覆于芯层的外周，且所述皮层的截面轮廓也呈三叶形；

所述芯层由包括以下重量份的原料制成：

在本实施例中，所述远红外添加剂由包括以下重量份的原料组成：

在本实施例中，所述石墨烯为单层石墨烯。

在本实施例中，所述芯层与皮层的截面面积之比为1：1.5。

在本实施例中，所述皮层由包括以下重量份的原料制成：

改性聚酯颗粒 85重量份；

纳米添加剂 26重量份；

艾碳 10重量份；

在本实施例中，将使用小叶陈艾细纤维含量高，经下述艾碳制作处理工艺后，有利于负氧离子溶度净增，因此使用小叶陈艾进行艾碳制备，所述艾碳制作处理工艺为：将精选的小叶陈艾倒入灶炉内，压实、加盖、密封严实；随后将无烟煤放入灶堂的炉桥上进行生火，升温烧至1000℃时，全部翻动艾叶，然后再次密封严实，控制温度升温至1700℃±75℃进行碳化，使艾油回流到艾碳中，焦油挥发出去，保持此区间温度10-12h；灶盖左上方开设一个圆形小孔，随时观察灶盖上方烟气的颜色，由浓转淡时，适时逐渐降温出炉；最后将出炉后恢复到常温的艾碳破碎成粉料，即可进行使用。

所述纳米添加剂为纳米氧化锌。

在本实施例中，所述改性聚酯颗粒的制备过程为：

步骤一：称取电气石、麦饭石，将其混合后研磨成粉，然后与纳米碧玺石粉进行均匀混合，得到粉料；

步骤二：将粉料与负离子添加剂按照30：1的重量比溶于有机溶液中，并进行超声分散，随后加入钛酸酯偶联剂、茶叶提取液和薄荷提取液，并在加热搅拌装置中进行混合，得到混合溶液；

步骤三：将混合溶液在70℃干燥箱中进行干燥，得到干燥物料；

步骤四：将干燥物料与阻燃剂、纯聚酯物料进行高分子物料共混，并使用挤塑造粒机内进行共混造粒，得到改性聚酯颗粒。所述阻燃剂优选为磷酸三乙酯与含溴三磷酸酯混合物。

在本实施例中，步骤一中，按质量份计，电气石60份，麦饭石19份，纳米碧玺石粉31份。

在本实施例中，步骤二所述负离子添加剂由四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、氧化石墨烯、载纳米银活性炭粉按照1：5：10的重量百分比配制而成。

在本实施例中，步骤二的混合溶液搅拌条件为：温度62℃，搅拌速率为400rpm/min。

在本实施例中，步骤二所述茶叶提取液的用量为粉料重量的45％，薄荷提取液的用量为粉料重量的12％。

在本实施例中，所述茶叶提取液和所述薄荷提取液中均含有负氧离子，具体是在种植过程中的茶叶和薄荷中加入负离子矿物肥，所述负离子矿物肥为锅炉灰、硼砂、硅酸盐矿物、沸石、膨润土、稀土及生物菌混合制得，利用该矿物肥种植的植物可释放负氧离子，然后采用本领域常规的提取方法获得相应的提取液，也可以通过市场购买。

在本实施例中，所述远红外皮芯结构功能纤维的制备方法包括以下步骤：

1)将所述内层的各原料送入双螺杆挤出机熔融成远红外功能性纺丝液；

2)将纳米添加剂和艾碳通过双螺杆挤出机混合分散至由所述改性聚酯颗粒形成的熔融聚酯纺丝液中(即在双螺杆挤出机后段添加纳米添加剂和艾碳)得到负离子功能性聚酯纺丝液；

3)将远红外功能性纺丝液和负离子功能性聚酯纺丝液送入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有芯层和皮层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、卷绕、拉伸、热定型、卷曲、切断，得到所述远红外皮芯结构功能纤维。

本实施例制得的远红外皮芯结构功能纤维的线密度为4dtex。

实施例4

一种远红外皮芯结构功能纤维，包括芯层和皮层；所述芯层的截面呈三叶形，所述皮层包覆于芯层的外周，且所述皮层的截面轮廓也呈三叶形；

所述芯层由包括以下重量份的原料制成：

在本实施例中，所述远红外添加剂由包括以下重量份的原料组成：

在本实施例中，所述石墨烯为单层石墨烯。

在本实施例中，所述芯层与皮层的截面面积之比为1：1.4。

在本实施例中，所述皮层由包括以下重量份的原料制成：

改性聚酯颗粒 75重量份；

纳米添加剂 17重量份；

艾碳 8重量份；

在本实施例中，将使用小叶陈艾细纤维含量高，经下述艾碳制作处理工艺后，有利于负氧离子溶度净增，因此使用小叶陈艾进行艾碳制备，所述艾碳制作处理工艺为：将精选的小叶陈艾倒入灶炉内，压实、加盖、密封严实；随后将无烟煤放入灶堂的炉桥上进行生火，升温烧至1000℃时，全部翻动艾叶，然后再次密封严实，控制温度升温至1700℃±75℃进行碳化，使艾油回流到艾碳中，焦油挥发出去，保持此区间温度10-12h；灶盖左上方开设一个圆形小孔，随时观察灶盖上方烟气的颜色，由浓转淡时，适时逐渐降温出炉；最后将出炉后恢复到常温的艾碳破碎成粉料，即可进行使用。

所述纳米添加剂为质量比1：1的纳米二氧化钛、纳米氧化锌的混合物。

在本实施例中，所述改性聚酯颗粒的制备过程为：

步骤一：称取电气石、麦饭石，将其混合后研磨成粉，然后与纳米碧玺石粉进行均匀混合，得到粉料；

步骤二：将粉料与负离子添加剂按照30：1的重量比溶于有机溶液中，并进行超声分散，随后加入钛酸酯偶联剂、茶叶提取液和薄荷提取液，并在加热搅拌装置中进行混合，得到混合溶液；

步骤三：将混合溶液在65℃干燥箱中进行干燥，得到干燥物料；

步骤四：将干燥物料与阻燃剂、纯聚酯物料进行高分子物料共混，并使用挤塑造粒机内进行共混造粒，得到改性聚酯颗粒。所述阻燃剂优选为磷酸三乙酯与含溴三磷酸酯混合物。

在本实施例中，步骤一中，按质量份计，电气石55份，麦饭石16份，纳米碧玺石粉29份。

在本实施例中，步骤二所述负离子添加剂由四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、氧化石墨烯、载纳米银活性炭粉按照0.75：4：5.5的重量百分比配制而成。

在本实施例中，步骤二的混合溶液搅拌条件为：温度55℃，搅拌速率为600rpm/min。

在本实施例中，步骤二所述茶叶提取液的用量为粉料重量的40％，薄荷提取液的用量为粉料重量的10％。

在本实施例中，所述茶叶提取液和所述薄荷提取液中均含有负氧离子，具体是在种植过程中的茶叶和薄荷中加入负离子矿物肥，所述负离子矿物肥为锅炉灰、硼砂、硅酸盐矿物、沸石、膨润土、稀土及生物菌混合制得，利用该矿物肥种植的植物可释放负氧离子，然后采用本领域常规的提取方法获得相应的提取液，也可以通过市场购买。

在本实施例中，所述远红外皮芯结构功能纤维的制备方法包括以下步骤：

1)将所述内层的各原料送入双螺杆挤出机熔融成远红外功能性纺丝液；

2)将纳米添加剂和艾碳通过双螺杆挤出机混合分散至由所述改性聚酯颗粒形成的熔融聚酯纺丝液中(即在双螺杆挤出机后段添加纳米添加剂和艾碳)得到负离子功能性聚酯纺丝液；

3)将远红外功能性纺丝液和负离子功能性聚酯纺丝液送入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有芯层和皮层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、卷绕、拉伸、热定型、卷曲、切断，得到所述远红外皮芯结构功能纤维。

本实施例制得的远红外皮芯结构功能纤维的线密度为4dtex。

对比例1

与实施例4不同的是，使用常规的PET颗粒(购自上海翼塑实业有限公司)替换改性聚酯颗粒，进行纺丝得到参照纤维丝，其他的工艺条件不变。

纺丝工艺等参考实施例4。

对比例2

与实施例4不同的是，所述艾碳选自大叶陈艾直接加入到不锈钢灶炉内进行加压密封，采用想要的温度进行碳化，并将焦油挥发出去，将出炉的的艾碳破碎成粉料进行添加，其他工艺条件不变。

纺丝工艺等参考实施例4。

对比例3

与实施例4不同的是，所述改性涤纶颗粒的制备过程为：

步骤一：称取电气石、麦饭石，将其混合后研磨成粉，然后与纳米碧玺石粉进行均匀混合，得到粉料；

步骤二：将粉料与负离子添加剂按照30：1的重量比溶于有机溶液中，并进行超声分散，随后加入钛酸酯偶联剂，并在加热搅拌装置中进行混合，得到混合溶液；

步骤三：将混合溶液在50-80℃干燥箱中进行干燥，得到干燥物料；

步骤四：将干燥物料与阻燃剂、纯聚酯物料进行高分子物料共混，并使用挤塑造粒机内进行共混造粒，得到改性涤纶颗粒。

其他纺丝工艺等参考实施例4。

对比例4

与实施例4不同的是，所述改性涤纶颗粒的制备过程为：

步骤一：称取电气石、麦饭石，将其混合后研磨成粉，然后与纳米碧玺石粉进行均匀混合，得到粉料；

步骤二：将粉料与负离子添加剂按照30：1的重量比溶于有机溶液中，并进行超声分散，随后加入硅氧烷偶联剂、茶叶提取液和薄荷提取液，并在加热搅拌装置中进行混合，得到混合溶液；

步骤三：将混合溶液在50-80℃干燥箱中进行干燥，得到干燥物料；

步骤四：将干燥物料与阻燃剂、纯聚酯物料进行高分子物料共混，并使用挤塑造粒机内进行共混造粒，得到改性涤纶颗粒。

其他纺丝工艺等参考实施例4。

对比例5

与实施例4不同的是，在改性聚酯颗粒的制备过程中，所述负离子添加剂由氧化石墨烯、载纳米银活性炭粉按照4：10的重量百分比配制而成，其他的工艺条件不变。

对比例6

与实施例4不同的是，在改性聚酯颗粒的制备过程中，所述负离子添加剂由四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、载纳米银活性炭粉按照0.7：10的重量百分比配制而成，其他的工艺条件不变。

对比例7

与实施例4不同的是，所述负离子添加剂由四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、氧化石墨烯按照0.7：4的重量百分比配制而成，所述负离子添加剂为改性聚酯物料质量的45％，其他的工艺条件不变。

性能测试

(1)负氧离子浓度测试

将本发明的远红外皮芯结构功能纤维制备成密度140g/m²的平纹纺织面料。再采用《GBT 30128-2013纺织品负离子发生量的检测和评价》测定负离子发生量。

(2)抗菌性测试

参考日本纺织工业标准JISL1902：2005菌液吸收法。

(3)除臭性测试

根据日本(社团法人)纤维评价技术协会对纺织产品实施消臭加工标识认证的标准，纺织品是否具有消除异味的功能需要对四种异味气体进行检验，包括氨气、醋酸、异戊酸。这3种气体也是生活中最常见的臭气来源。纺织品的除臭性能好坏用除臭率来表示：

其中TR₁(ppm)是加入气体试剂2小时后空白试验的浓度，TR₂(ppm)是放入试样2小时后的浓度。根据日本纤维评价技术协会制订的除臭标准中合格标准减少率：氨气≥80；醋酸≥85、异戊酸≥95，可以省略感官实验。

为了进一步拓宽纤维的使用范围，将本发明制备的纤维进行阻燃性相关测试。按国家标准GB/T 5455-1997的试验方法对上述实施例、参照例和对比例的纤维进行阻燃测试，记录并计算出纵向及横向状态下，试样(试样尺寸为300mm×80mm)的续燃时间、阴燃时间以及损毁长度的平均值。对实施例1-4的样品进行阻燃性能测试，样品的续燃时间≤4s,阴燃时间≤5s，损毁长度小于20mm，具有较好的阻燃效果，能够满足使用要求。

根据相关测试标准要求准备样品，将实施例2-4及对比例1-7的纤维进行测试，相关的性能测试数据如下表所示：

表1性能测试数据对比

注*“抗菌活性值”越大，表示抗菌性越好。

根据表1的对比数据分析可知，本发明公开的一种远红外皮芯结构功能纤维的制备方法，从根源上解决了纤维的负氧离子功能问题，摒弃了传统的采用粘合剂和浸轧的方式赋予纱线、面料负离子和抗菌效果的方式和技术，整个过程对纺丝过程不产生不良影响，功能性粒子分散混匀，成品具有发射负离子的功效。此外，还具有阻燃除臭作用；本发明的远红外皮芯结构功能纤维除臭性能均能满足日本纤维评价技术协会制订的除臭标准，抗菌除臭效果明显。

通过表1可知，相较于使用硅氧烷偶联剂，钛酸酯偶联剂具有更广的使用范围，钛酸酯偶联剂利用其分子功能区的不同，不仅仅能够提供良好的偶联作用，对改性聚酯颗粒体系中提取液的聚集活化、聚酯物料活性增强等具有重要作用。

本发明提供的远红外皮芯结构功能纤维能够有效释放负离子，能够净化空气，且功效显著。通过对比例的实验数据对比可知，改性聚酯颗粒的使用，借助改性聚酯体系内负氧离子添加剂与钛酸酯偶联剂、茶叶提取液和薄荷提取液等的配合，能显著提升负离子释放量。

对比例8

与实施例4不同的是，所述芯层原料中没有聚己内酰胺，其他的工艺条件不变与实施例4相同。

对比例9

与实施例4不同的是，所述芯层原料中没有马来酸酐接枝聚丙烯，其他的工艺条件不变与实施例4相同。

对比例10

与实施例4不同的是，所述远红外添加剂原料中没有纳米氧化钙、纳米氧化铝、纳米氧化锆和锗，仅为单层石墨烯；其他的工艺条件不变与实施例4相同。

对比例11

与实施例4不同的是，所述远红外添加剂原料中没有单层石墨烯，由纳米氧化钙、纳米氧化铝、纳米氧化锆和锗组成，即仅为无机陶瓷粉；其他的工艺条件不变与实施例4相同。

对比例12

与实施例4不同的是，所述远红外添加剂原料中没有锗(即减少无机陶瓷粉中的一个原料锗)，其他的工艺条件不变与实施例4相同。

性能测试

(4)线密度

参照《GB/T 14343-2008化学纤维长丝线密度试验方法》测定本发明的远红外皮芯结构功能纤维的线密度(dtex)。

(5)断裂强度和断裂伸长

参照《GB/T14344-2008化学纤维.长丝拉伸性能试验方法》测定本发明的远红外皮芯结构功能纤维的断裂强度(cN/dtex)和断裂伸长(％)。

(6)远红外发射性能

将本发明的远红外皮芯结构功能纤维制备成密度140g/m2的平纹纺织面料。再参照FZ/T 64010-2000《远红外纺织品》进行测试，洗涤方式按GB/T 8629-2001《纺织品试验用家庭洗涤和干燥程序》中8A程序，重复100次。

此外，还通过远红外检测传感器检测远红外发射波长范围。

根据相关测试标准要求准备样品，将实施例2-4及对比例8-12的纤维进行测试，相关的性能测试数据如下表2所示：

表2

根据表2的对比数据分析可知，本发明公开的所述远红外皮芯结构功能纤维断裂强度较高，断裂伸长率较大，力学性能良好；且法向发射率高，远红外发射性能好。

此外，还测得本发明实施例2-4的所述远红外皮芯结构功能纤维洗涤100次后法向发射率依然保持原有的99％以上，用于纺织面料中依然具有完好的保暖功能。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，包括芯层和皮层；所述芯层的截面呈三叶形，所述皮层包覆于芯层的外周，且所述皮层的截面轮廓也呈三叶形；

所述芯层由包括以下重量份的原料制成：

2.根据权利要求1所述的一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，所述远红外添加剂由包括以下重量份的原料组成：

3.根据权利要求2所述的一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，所述石墨烯为单层石墨烯。

4.根据权利要求1所述的一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，所述芯层与皮层的截面面积之比为1：1.3-1.5。

5.根据权利要求1所述的一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，所述皮层由包括以下重量份的原料制成：

改性聚酯颗粒60-90重量份；

纳米添加剂5-30重量份；

艾碳5-10重量份；

所述纳米添加剂为纳米二氧化硅、纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，所述改性聚酯颗粒的制备过程为：

步骤一：称取电气石、麦饭石，将其混合后研磨成粉，然后与纳米碧玺石粉进行均匀混合，得到粉料；

步骤二：将粉料与负离子添加剂按照30：1的重量比溶于有机溶液中，并进行超声分散，随后加入钛酸酯偶联剂、茶叶提取液和薄荷提取液，并在加热搅拌装置中进行混合，得到混合溶液；

步骤三：将混合溶液在50-80℃干燥箱中进行干燥，得到干燥物料；

步骤四：将干燥物料与阻燃剂、纯聚酯物料进行高分子物料共混，并使用挤塑造粒机内进行共混造粒，得到改性聚酯颗粒。

7.根据权利要求6所述的一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，步骤一中，按质量份计，电气石50-60份，麦饭石13-19份，纳米碧玺石粉27-31份。

8.根据权利要求6所述的一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，步骤二所述负离子添加剂由四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯、氧化石墨烯、载纳米银活性炭粉按照(0.5-1.0)：(3-5)：(1-10)的重量百分比配制而成；

步骤二的混合溶液搅拌条件为：温度40-70℃，搅拌速率为400-800rpm/min。

9.根据权利要求6所述的一种远红外皮芯结构功能纤维，其特征在于，步骤二所述茶叶提取液的用量为粉料重量的30-50％，薄荷提取液的用量为粉料重量的5-15％；

所述茶叶提取液和所述薄荷提取液中均含有负氧离子。

10.一种权利要求1至9任一项所述一种远红外皮芯结构功能纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将所述内层的各原料送入双螺杆挤出机熔融成远红外功能性纺丝液；

2)将纳米添加剂和艾碳通过双螺杆挤出机混合分散至由所述改性聚酯颗粒形成的熔融聚酯纺丝液中(即在双螺杆挤出机后段添加纳米添加剂和艾碳)得到负离子功能性聚酯纺丝液；

3)将远红外功能性纺丝液和负离子功能性聚酯纺丝液送入复合纺丝机，经熔体分配后，从复合喷丝板中喷出，形成具有芯层和皮层结构的丝条，然后经吹风冷却、上油、卷绕、拉伸、热定型、卷曲、切断，得到所述远红外皮芯结构功能纤维。