專利名稱：功能性纖維、制造方法及由該功能性纖維編織的織物的制作方法
技術領域：
本發明涉及紡織科學領域，具體而言，涉及一種功能性纖維及其制造方法，以及由該功能性纖維編織的織物。
背景技術：
功能性纖維是指除一般纖維所具有的物理機械性能以外，還具有某種特殊功能的新型纖維。功能性纖維的出現是材料科學革命性的標志，它的發展和進步促進了傳統紡織工業向高科技產業的躍升。功能性纖維在物理、化學、醫學和生物學等方面具有特殊性能， 已廣泛應用于多種領域。物理性功能方面，包括電學功能的抗靜電性、導電性、電磁波屏蔽性等；在熱學功能方面，具有耐高/低溫性、隔熱性、阻燃性、熱敏性、蓄熱性等；光學功能有光導性、光折射性、光干涉性、耐光耐候性、偏光性以及光吸收性等；在物理形態功能方面， 具有異形截面形狀、超微細、多孔和表面微細加工性；在表面物理化學性能方面，具有選擇性吸附、分離性能等特性；在化學性功能方面，有光降解性、自清潔、消除異味、凈化有機物污染物、催化活性功能等。醫學和生物學性能方面，如防護性、抗菌性、抗病毒、生物適應性等；在生物學功能方面，如人工透析性、生物吸收性和生物相容性等。現有紡制功能性合成纖維的技術有兩種一是成纖過程實現功能化；二是通過后整理實現功能化。第一種現有技術通常是采用熔融法紡絲法和靜電紡絲法。熔融法紡絲法先用螺桿將聚合物切片與功能性物質加熱、分散、混合、擠出造粒生成功能性的母粒，然后采用功能性的母粒與聚合物切片混合熔融紡絲生產功能性纖維。采用功能性物質母粒通過熔融法紡制功能性纖維，大多數比例的功能性物質被包埋在纖維基材中，只有少數比例的功能性物質存在于纖維表面。對于必須與外界環境接觸實現特定功能的情況如實現抗菌、抗病毒、凈化和催化等功能，顯然現有技術生產存在功能性物質利用率低、功能強化提高困難的問題；同時在紡絲工藝中添加功能性物質將降低可紡性。第二種技術是纖維后整理。中國專利授權公告號100344824 “一種織物功能整理助劑及其制備和應用方法”，公開了通過含納米級天然纖維粉末助劑對纖維織物進行整理的方法，以納米級天然纖維顆粒作為主要成分的功能試劑制備配方以及一些無機納米功能材料可以提高織物抗紫外線、紅外增強和抗菌等性能。中國公開專利號CN101525836A “一種納米抗菌負離子整理劑的制備方法”，公開了一種將負離子發生材料同納米氧化物的前驅體預混，以超聲分散技術來制備整理劑懸浮液，得到納米抗菌負離子整理劑，通過浸軋、 烘、焙工藝對天然纖維及合成纖維進行整理，使纖維獲得負離子和抗菌性功能。纖維后整理工藝能夠適應不同品種的纖維和面料，且受后續加工工藝影響小，工藝簡單。但是存在功能性物質在纖維或織物上負載量受限問題，即纖維或織物上的功能性物質含量少，功能效果不佳；另外如果功能性物質與纖維結合不牢固，將產生纖維功能性失效問題。

發明內容
本發明旨在提供一種功能性纖維及其制造方法，以解決現有功能性纖維中功能性物質利用率低，添加功能性物質后纖維的可紡性降低的技術問題。為了實現上述目的，本發明提供了一種功能性纖維，包括纖維本體，該功能性纖維進一步包括通孔，沿纖維本體的軸向設置在纖維本體中，并在纖維本體的表面形成開口， 開口寬度為Dl ；以及直徑為D9tl的功能性物質，該功能性物質填充在通孔中；其中，開口寬度 Dl小于功能性物質的直徑D9Q。進一步地，纖維本體由熱塑性聚合物構成，熱塑性聚合物選自聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸、聚苯硫醚組成的組中的一種或多種。進一步地，功能性物質具有分子、微膠囊或粒子狀，選自由具有產生負氧離子、抗紫外線輻射、激發遠紅外線、抗靜電、抗菌、抗病毒、除臭、消除甲醛、消除有機污染物、脫色、 消除NOx及SOx功能的金屬、非金屬、無機鹽、無機復合鹽、金屬氧化物、半導體氧化物、復合金屬氧化物、復合半導體氧化物、有機物、高分子聚合物組成的組中一種或多種化合物。進一步地，通孔通過制備容器功能纖維的噴絲板制成，該噴絲板上設置有噴絲孔道，噴絲孔道的噴絲端的端壁上形成有噴絲孔，該噴絲孔由一個或多個噴絲微孔組成，噴絲微孔是由一條或多條噴絲微孔段圍成的環形，噴絲微孔段的末端之間至少形成一個用于形成容器功能纖維軸向表面開口的第一缺口。進一步地，噴絲微孔為多個，成一行、兩行或環形排列，且第一缺口在每個噴絲微孔中的位置設置為朝向由該多個噴絲微孔形成的幾何圖形的外側。進一步地，纖維本體是長絲纖維或短纖。根據本發明的另一個方面，提供了一種制造上述功能性纖維的方法，包括在功能性纖維的纖維本體上沿軸向設置通孔，通孔在纖維本體的表面形成寬度為D2的開口 ；將具有直徑D9tl的功能性物質填充到通孔中，直徑D9tl小于開口寬度D2 ；以及拉伸和/或扭轉纖維本體，使得開口寬度由D2縮小為D1，其中，開口寬度D1小于直徑D9tl。進一步地，寬度D2為0. 05 10 μ m,寬度Dl為0. 01 5 μ m。進一步地，采用上油或上助劑工藝將功能性物質填充到通孔中。根據本發明的再一個方面，提供一種織物。該織物由上述任一種功能性纖維編織而成。采用本發明的技術方案，因為纖維本體具有軸向的通孔結構，所以具有非常大的比表面積和大孔隙率，能夠容納更多功能性物質；功能性物質采用了“封裝”形式，具有更高的功能活性和更好的效果；而且這種特殊結構不會影響光、熱、電子和反應物等進入纖維孔道內，這將顯著強化擴散、流動、傳質、能量交換和多物場偶合作用；另外，本發明提供的功能性纖維具有纖維結構與功能性物質一體化的特性，將進一步地強化了功能效果和處理效率，克服了現有功能性纖維可紡性降低的缺陷，使纖維應用的領域得到進一步拓展。


說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中圖1示出了本發明具體實施方式
的功能性纖維局部結構示意4
圖2示出了本發明具體實施例1的功能性纖維熱拉伸和/或扭轉前的纖維局部截面圖；圖3示出了本發明具體實施例1的功能性纖維熱拉伸和/或扭轉后的纖維局部截面圖；圖4示出了本發明實施例1-8中所用的制備容器功能纖維的噴絲板的結構示意圖；以及圖5示出了根據圖4的制備容器功能纖維的噴絲板的噴絲孔道的結構示意圖；圖6示出了根據圖4的噴絲微孔的結構及排列方式示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但如下實施例和附圖僅是用以理解本發明，而不能限制本發明，本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。本發明提供的功能性纖維，包括沿軸向設置在纖維本體，并在纖維本體的表面上形成開口的通孔，該通孔中填充并固定有功能性物質。因為功能性物質的引入及與纖維結構的一體化，使得功能性纖維獲得了功能性物質的物理、化學、醫學、生物學等功能。如圖1所示，本發明提供的纖維通孔結構是“籠形”纖維孔結構，不同以往的“中空孔”或“表面孔”，是集合兩者特點的新型孔結構，其特點是長徑比較大，通孔7沿纖維軸方向貫穿纖維本體3，同時通孔7在纖維本體3的表面具有開口 5，開口 5的寬度為Dl。如圖 3所示，在通孔7中填充有功能性物質1。該功能性物質的直徑為D9tl，由于開口寬度Dl小于直徑D9tl，所以功能性物質1被“封裝”在纖維本體3的通孔7中。由于這種封裝結構，使得功能性物質1在通孔7的內表面富集并與牢固地結合，具有耐洗和抗沖擊性的效果。優選地，本發明提供的功能性纖維可設置1 9個通孔7，形成多維通孔結構。通孔7在纖維本體3截面上的分布可以是均勻，也可以是非均勻的，更優選地，所有通孔7的直徑相當。在纖維本體上形成的通孔越多，所提供的纖維比表面和空隙率越大，但通孔的數量如果超過9個后，可能會導致纖維強度顯著下降，影響后續可紡和可織性能。在本發明提供的具體實施方式
中，纖維本體3由熱塑性聚合物制成，熱塑性聚合物可以選自聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸、聚苯硫醚組成的組中的一種或多種。在本發明提供的具體實施方式
中，功能性物質選自具有分子、微膠囊或粒子狀，具有產生負氧離子、抗紫外線輻射、激發遠紅外線、抗靜電、抗菌、抗病毒、除臭、消除甲醛、消除有機污染物、脫色、消除N0x&S0x功能的金屬、非金屬、無機鹽、無機復合鹽、金屬氧化物、 半導體氧化物、復合金屬氧化物、復合半導體氧化物、有機物、高分子聚合物組成的組中一種或多種化合物。上述功能性物質可以是抗紫外線的納米微粒，放射遠紅外線的陶瓷微粒， 含有微量放射性的稀土類礦石或天然礦物質，金屬粉末、碳等無機物抗靜電劑，硅氧烷類表面活性劑，含有Ag+、Cu2+、Zn2+等的無機抗菌劑，具有催化活性的納米陶瓷抗菌劑，大比表面吸附劑，具有催化活性的除臭劑，在還原劑如NH3或尿素得存在情況下能夠分解NOx和SOx 的金屬氧化物、復合金屬氧化物。優選地是銀離子類抗菌劑、納米氧化鋅、納米三氧化二鈦、 二氧化鈦、含有氧化鋁的陶瓷顆粒、電氣石、蛋白石、氧化鎂納米氧化物、Co/MnOjI化劑粒子、活性碳等。在本發明的具體實施方式
中，根據實際需要，纖維可以加工成長絲或短纖。紡絲可以經熔融、擠壓和卷繞后，再上油或助劑、拉伸及熱定型制得長絲。紡絲也可以經熔融擠壓、 卷繞或落筒后，再集束、上油或助劑、拉伸、卷曲、熱定形及切斷制得短纖。本發明還提供了一種制造功能性纖維的方法，包括第一步在纖維本體上構建通孔，使得該通孔貫穿整個纖維本體，并且在纖維本體的表面形成開口，開口寬度為D2 ；如圖2所示，根據本發明的實施例，形成的開口具有寬度D2，并且D2大于功能性物質1的直徑D9(i。具體而言，通過噴絲板型和紡絲工藝的控制，控制通孔的結構、形狀、尺寸。 優選地，使用如圖4所示的噴絲板，如圖5所示，該噴絲板上的噴絲孔道20包括上端和下端分別設置有引導漏斗結構的導孔21和設置在導孔21的下端漏斗結構的下方的噴絲孔22。 因為導孔21具有引導漏斗結構，使得聚合物熔體進入噴絲板時的阻力較小，而噴絲時的力度較大，從而可以增加纖維的強度，提高纖維的品質。如圖6所示，噴絲孔22由一個或多個噴絲微孔221組成，優選地，由1 9個噴絲微孔221組成，這樣既保證了容器功能纖維負載功能性物質的能力，又確保了容器功能纖維的可紡性。該噴絲微孔221是由一條或多條噴絲微孔段222圍成的環形，噴絲微孔段222的末端之間至少形成一個第一缺口 dl。其中， 第一缺口 dl是指能夠使通過本發明的噴絲板生產出的容器功能纖維具有軸向的表面開口的距離，通常，第一缺口 dl為0. 01 3mm，大于將負載于容器功能纖維中的功能性顆粒的直徑，這樣生產出來的容器功能纖維便于功能性物質的裝入。隨后拉伸和/或扭轉容器功能纖維，使得通孔在容器功能纖維表面開口縮小，將功能性物質封裝在通孔中。噴絲微孔221 為多個時，可以成一行、兩行或環形排列，且第一缺口 dl在每個噴絲微孔221中的位置設置為朝向由該多個噴絲微孔221形成的幾何圖形的外側，便于功能性質進入容器功能纖維的內部。相鄰的噴絲微孔221鄰近邊緣之間的距離可以在0.01 Imm之間，便于噴絲板10 的加工及防止噴出的纖維絲粘連。噴絲微孔段222的末端之間還可以形成一個或多個第二缺口 d2，其中，第二缺口 d2是指當聚合物熔體從相鄰的噴絲微孔段222噴出后，由于聚合物熔體具有一定的膨脹系數，能夠使相鄰噴絲微孔段222噴出的聚合物熔體粘連在一起的距離。設置第二缺口 d2可以防止聚合物熔體噴出后由于第一缺口 dl的存在而導致的纖維不對稱變形，進而可以防止纖維軸向的通孔結構尺寸和軸向的表面開口尺寸變差；相鄰噴絲微孔221的第二缺口 d2可以錯開一定的距離，防止形成的容器功能纖維時相鄰纖維絲間的粘連。根據形成纖維的聚合物熔體的特性，噴絲微孔221外接圓直徑與環形寬度之比可以為2 30 1，噴絲微孔221外接圓直徑與第一缺口 dl的長度之比為0.5 30 1，第一缺口 dl與第二缺口 d2的幾何中心間最長與最短距離之比為1 30 1，一方面可以使容器功能纖維擁有較大的容器功能，另一方面保證了容器功能纖維的強度，使其具有可紡性。 進一步地，噴絲微孔221的輪廓線可以是圓形、橢圓形或多邊形。第二步將直徑為D9tl的功能性物質填充到通孔中；本發明提供的具體實施方式
，均采用上油或助劑的工藝將功能性物質填充到通孔中。將功能性物質與油劑或其他助劑混合在一起，通過油嘴上油或油輪上油的方式，將功能性物質填充到通孔中。優選地，使用含有1 20wt%功能性物質的油劑和/或助劑進行填充。為了改善功能性物質在油劑中的分散，可以采用表面活性劑對功能性物質顆粒進行預分散，或者在功能性物質和油劑混合的過程中采用超聲波輔助分散。可以理解的是，本領域技術人員完全可以根據具體的工藝要求，采用其他的填充工藝，在這里就不再贅述了。
第三步拉伸和/或扭轉纖維本體，使得通孔在纖維本體表面上的開口寬度由D2 縮小為Dl，Dl小于直徑D9tl，使得功能性物質封裝在通孔中。優選地，通孔在纖維本體表面上的開口在紡絲熔融后的寬度D2為0. 05 10 μ m，經過拉伸或扭轉后的寬度Dl為0. 01 5 μ m，而功能性物質的直徑D9tl為0. 02 7 μ m。圖2示出了本發明提供的功能性纖維在拉伸或扭轉之前的橫截面圖，由于功能性物質1的直徑D9tl小于紡絲熔融后開口 5的寬度D2，經過上油或助劑工藝進入孔道7中；圖 3示出了本發明提供的功能性纖維在拉伸或扭轉之后的橫截面圖，通過牽伸或扭轉進行“收口 ”，使通孔7在纖維表面的開口寬度變為D1，功能性物質顆粒被“封裝”在“籠形”纖維通孔7中。本發明的功能性纖維制備方法具有通用性，適用于采用熔融紡絲的纖維品種；方法簡便并能滿足熔融紡絲工藝，不需格外增加復雜工序和添置設備。本發明還提供了一種由上述功能性纖維編織的織物，例如，采用抗菌功能性物質制成的功能性纖維，可以編織成抗菌面料及其他織物。實施例1將干燥后的聚酯切片用螺桿加熱擠壓熔融，螺桿溫度280°C，轉速100轉/分。熔體送入紡絲箱體各紡絲位，由計量泵精確計量和過濾后，從噴絲板中噴出。噴絲孔的直徑為 100 μ m。熔體細流噴出后經冷卻氣流冷卻凝固成絲條。纖維截面有1個孔，孔在纖維表面開口大小為40 60 μ m,即噴絲板異形孔的進料缺口設置在40 60 μ m。采用平均粒徑為 20 30 μ m的銀離子類抗菌劑為功能性物質，經超聲波振蕩分散后配制含量為10wt%功能性物質的紡絲機油。凝固成形的絲條經給濕上油后，以500米/分左右的速度卷繞在筒管上。待油劑充分浸潤到纖維孔內后，卷繞絲在熱拉伸機上拉伸倍數4. 0條件下，孔在纖維表面開口大小變為10 15 μ m，得到抗菌功能性長絲。含銀離子抗菌劑的抗菌功能性PET平紋織物和不含抗菌劑的PET平紋織物，采用 GB/T20944. 2-2007《紡織品抗菌性能的評價-第2部分吸收法》。評價結果如表一表一
權利要求
1.一種功能性纖維，包括纖維本體，其特征在于，所述功能性纖維進一步包括 通孔，沿軸向設置在所述纖維本體內并在其表面形成開口，開口寬度為Dl ；功能性物質，具有直徑D9tl并填充在所述通孔中； 其中，所述開口寬度Dl小于所述直徑D9tl。
2.根據權利要求1所述的功能性纖維，其特征在于，所述纖維本體由熱塑性聚合物制成，所述熱塑性聚合物選自聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸、聚苯硫醚組成的組中的一種或多種。
3.根據權利要求2所述的功能性纖維，其特征在于，所述功能性物質具有分子、微膠囊或顆粒狀，選自由具有產生負氧離子、抗紫外線輻射、激發遠紅外線、抗靜電、抗菌、抗病毒、 除臭、消除甲醛、消除有機污染物、脫色、消除N0x&S0x功能的金屬、非金屬、無機鹽、無機復合鹽、金屬氧化物、半導體氧化物、復合金屬氧化物、復合半導體氧化物、有機物、高分子聚合物組成的組中一種或多種化合物。
4.根據權利要求1所述的功能性纖維，其特征在于，所述通孔是通過制備容器功能纖維的噴絲板(10)制成，所述噴絲板(10)上設置有噴絲孔道(20)，所述噴絲孔道00)的噴絲端的端壁上形成有噴絲孔(22)，其特征在于，所述噴絲孔0 由一個或多個噴絲微孔 (221)組成，所述噴絲微孔021)是由一條或多條噴絲微孔段022)圍成的環形，所述噴絲微孔段022)的末端之間至少形成一個用于形成容器功能纖維軸向表面開口的第一缺口 (dl)。
5.根據權利要求4所述的功能性纖維，其特征在于，所述噴絲微孔021)為多個，成一行、兩行或環形排列，且所述第一缺口(dl)在每個所述噴絲微孔021)中的位置設置為朝向由該多個噴絲微孔021)形成的幾何圖形的外側。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的功能性纖維，其特征在于，所述功能性纖維為長絲或短纖。
7.—種權利要求1-6中任一項所述功能性纖維的制備方法，其特征在于，包括在所述功能性纖維的纖維本體上沿軸向設置通孔，所述通孔在所述纖維本體的表面形成寬度為D2的開口 ；將具有直徑D9tl的功能性物質填充到所述通孔中，所述直徑D9tl小于所述開口寬度D2 ；以及拉伸和/或扭轉所述纖維本體，使得所述開口寬度由D2縮小為Dl。
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述寬度D2為0.05 10 μ m，所述寬度Dl為0. 01 5μπι。
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，采用上油或上助劑工藝將所述功能性物質填充到所述通孔中。
10.一種織物，其特征在于，由權利要求1-6中任一項所述功能性纖維編織而成。
全文摘要
本發明公開了一種功能性纖維及其制造方法，以及由該功能性纖維編織的織物。該功能性纖維包括纖維本體，進一步包括通孔，沿軸向設置在纖維本體中并在纖維本體的表面形成開口，開口寬度為D1；以及功能性物質，具有直徑D90并填充在通孔中；其中，D1小于直徑D90。本發明提供的功能性纖維，因為纖維本體具有的軸向通孔結構，形成了較大的比表面積和孔隙率，能夠容納更多的功能性物質，而且功能性物質“封裝”在通孔中，具有更高的功能活性和更好的效果。
文檔編號D06M23/08GK102433763SQ20111024979
公開日2012年5月2日 申請日期2011年8月26日 優先權日2011年8月26日
發明者姜峰, 李健, 李鑫 申請人:中國紡織科學研究院