本發(fā)明屬于差別化纖維技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種海島纖維的制備方法。
背景技術(shù)：
海島纖維，又稱基質(zhì)原纖型纖維，是將兩種熱力學(xué)非相容性高聚物按一定比例進(jìn)行共混紡絲或復(fù)合紡絲，制得的具有海、島(連續(xù)相為海，分散相為島)結(jié)構(gòu)的雙組分纖維。在堿液或有機(jī)溶劑中將島組分溶去可以獲得海組分的中空、微孔纖維,將海組分溶去可以獲得島組分的超細(xì)纖維。海島纖維分為海島長(zhǎng)絲和海島短纖兩種、功能性和舒適性兼具，是當(dāng)代紡織業(yè)高新技術(shù)的匯集點(diǎn)，目前正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期。
隨著人們對(duì)紡織品的要求越來越高，近年來海島絲的需求量也不斷增加，尤其是海島纖維制成的面料帶來的良好的手感和舒適度，越來越多的被消費(fèi)者所喜愛。但是由于海島纖維屬于超細(xì)纖維，超細(xì)纖維有個(gè)不可避免的問題就是機(jī)械性能差，消費(fèi)者使用時(shí)纖維容易斷裂，最終造成的表觀現(xiàn)象是面料極易起毛起球，降低面料的品質(zhì)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，通過將石墨烯和納米功能粒子與第一島組份預(yù)分散后制得納米功能母粒，再與第二島組分、海組份一起進(jìn)行共混熔融紡絲，制成具有特殊功能的高性能海島纖維。
技術(shù)方案：一種海島纖維的制備方法，包括以下步驟：
步驟1，功能母粒的制備：將納米功能粒子、石墨烯材料和第一島組分混合后通過雙螺桿機(jī)進(jìn)行熔融共混，制得功能母粒；
步驟2，海島纖維的制備：將功能母粒與第二島組份、海組份混合后通過雙螺桿機(jī)進(jìn)行熔融共混紡絲，得到海島纖維；
步驟3，海島纖維的后整理：將紡絲得到的海島纖維進(jìn)行冷卻、烘干、牽伸、烘干、網(wǎng)絡(luò)、上油、卷繞的工序后得到成品纖維；
所述第一島組份和第二島組分均選自PET、PET衍生物、PA或PA衍生物；
所述海組份選自水溶性聚酯、聚乙烯醇、聚丙烯或聚丙烯衍生物。
進(jìn)一步地，所述納米功能粒子為礦石粉和/或金屬粉。
具體包括納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米高嶺土、納米氧化鋯、竹炭粉、咖啡炭、負(fù)離子分、納米氧化鋁、納米氧化硅、納米磷酸鋯銀、金屬銀粉、金屬銅粉以及耐高溫性納米微膠囊等。
進(jìn)一步地，所述納米功能粒子的粒徑為20-100nm，優(yōu)選20-50nm。
進(jìn)一步地，所述石墨烯材料選自常規(guī)石墨烯、氧化石墨烯或石墨烯衍生物。
進(jìn)一步地，所述石墨烯材料的平均厚度小于100nm，優(yōu)選20-50nm。
進(jìn)一步地，步驟1中所述石墨烯、納米功能粒子和第一島組分的質(zhì)量比1-2:5-8:10。
進(jìn)一步地，步驟1中還可以加入相容劑，相容劑為聚乙烯接枝馬來酸酐或乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐。
進(jìn)一步地，石墨烯、相容劑、納米功能粒子和島組份的質(zhì)量比為1-2:1-2:5-8:10。
進(jìn)一步地，步驟2中所述功能母粒、海組分和第二島組分的質(zhì)量比為1:1:3。
有益效果：本發(fā)明通過將石墨烯和納米功能粒子與第一島組份預(yù)分散后制得納米功能母粒，再與第二島組分、海組份一起進(jìn)行共混熔融紡絲，制成具有特殊功能的高性能海島纖維。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)施方式對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。但本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。
本發(fā)明提供一種高性能海島纖維的制備方法，通過將石墨烯和納米功能粒子與第一島組份預(yù)分散后制得納米功能母粒，再與第二島組份均勻混合后與海組份一起進(jìn)行共混熔融紡絲，制成具有特殊功能效果的海島纖維。
納米功能粒子，如納米二氧化鈦、納米氧化鋅、納米高嶺土、納米氧化鋯、竹炭粉、咖啡炭、負(fù)離子粉、納米氧化鋁、納米氧化硅、納米磷酸鋯銀、金屬銀粉、金屬銅粉以及耐高溫性納米微膠囊等，與石墨烯材料(包括常規(guī)石墨烯和氧化石墨烯)和相容劑混合后與對(duì)苯二甲酸乙二醇脂(PET)及其衍生物或聚酰胺(PA)及其衍生物進(jìn)行熔融共混，制得功能母粒。相容劑是一類能夠降低極性高分子和非極性高分子之間的相容性的物質(zhì)，分子結(jié)構(gòu)中通常含有極性基團(tuán)和非極性基團(tuán)。通過加入相容劑可以有效地降低石墨烯(非極性)與基礎(chǔ)母粒(極性)之間界面張力，提升石墨烯在基礎(chǔ)母粒中的分散效果。以對(duì)苯二甲酸乙二醇脂(PET)及其衍射物或聚酰胺(PA)及其衍生物作為島組份、水溶性聚酯、聚乙烯醇和聚丙烯等作為海組份，將功能母粒與島組份均勻混合后與海組份在雙螺桿機(jī)中進(jìn)行共混熔融紡絲，經(jīng)過冷卻、牽伸、烘干、上油、網(wǎng)絡(luò)、卷繞等工序，最終制得具有特殊功能的海島纖維。
本發(fā)明將納米功能粒子加入到海島纖維中，使纖維本身具有一些特殊的功能，如抗菌、防螨、防霉、蓄熱保暖、涼感等效果，也可是纖維具有遠(yuǎn)紅外、釋放負(fù)離子等功效。但是海島纖維本身相對(duì)較細(xì)(＜0.05D)，纖維本身機(jī)械性能較差，導(dǎo)致面料成品的機(jī)械性能和起毛起球性能較差，而納米功能粒子的加入勢(shì)必更加影響纖維的機(jī)械性能。因此本發(fā)明在加入納米功能粒子的同時(shí)也加入適量的石墨烯，石墨烯的加入可改善海島纖維的機(jī)械性能，原因在于石墨烯的片層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可與島組份中的物質(zhì)形成復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)，從而提升海島纖維機(jī)械性能。海島纖維經(jīng)過開纖后屬于超細(xì)纖維，石墨烯材料需足夠薄才能提升纖維強(qiáng)力，但是石墨烯平均厚度越薄，就會(huì)更加容易聚集，難以分散均勻，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)優(yōu)選石墨烯平均厚度為20～50nm，與納米功能粒子粒徑相近，經(jīng)過相容劑的作用，有較好的協(xié)同作用，纖維有最好的機(jī)械性能。
實(shí)施例1
1、功能母粒的制備
首先將PET母粒(第一島組分)在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；同時(shí)將納米負(fù)離子粉和石墨烯在80℃的條件烘干2h，去除結(jié)晶水。后將石墨烯(平均厚度為50nm)、相容劑聚乙烯接枝馬來酸酐、負(fù)離子粉(粒徑為20nm)和PET母粒按照質(zhì)量比為1:1:5:10的比例通過雙螺桿擠出機(jī)混合擠出，經(jīng)冷卻、造粒后得到負(fù)離子功能母粒。
2、海島纖維的制備
將PET母粒和水溶性聚酯在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；然后將功能母粒、PET母粒(第二島組分)和水溶性聚酯(海組分)按照質(zhì)量比為1:1:3的比例在雙螺桿機(jī)上進(jìn)行熔融共混紡絲。
3、海島纖維的后整理
將紡絲得到的海島纖維進(jìn)行冷卻、烘干、牽伸、烘干、網(wǎng)絡(luò)、上油、卷繞等工序后最終得到成品纖維。
經(jīng)檢測(cè)，該實(shí)施例所制備的海島纖維的纖度為8.5dtex，強(qiáng)度為4.1cN/dtex
實(shí)施例2
1、功能母粒的制備
首先將PET母粒(第一島組分)在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；同時(shí)將納米二氧化鈦和石墨烯在80℃的條件烘干2h，去除結(jié)晶水。后將石墨烯(平均厚度為20nm)、相容劑聚乙烯接枝馬來酸酐、二氧化鈦(粒徑為20nm)和PET母粒按照質(zhì)量比為2:2:6:10的比例通過雙螺桿擠出機(jī)混合擠出，經(jīng)冷卻、造粒后得到負(fù)離子功能母粒。
2、海島纖維的制備
將PET母粒和水溶性聚酯在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；然后將功能母粒、PET母粒(第二島組分)和水溶性聚酯(海組分)按照質(zhì)量比為1:1:3的比例在雙螺桿機(jī)上進(jìn)行熔融共混紡絲。
3、海島纖維的后整理
將紡絲得到的海島纖維進(jìn)行冷卻、烘干、牽伸、烘干、網(wǎng)絡(luò)、上油、卷繞等工序后最終得到成品纖維。
經(jīng)檢測(cè)，該實(shí)施例所制備的海島纖維的纖度為8.6dtex，強(qiáng)度為4.0cN/dtex
實(shí)施例3
1、功能母粒的制備
首先將PET母粒(第一島組分)在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；同時(shí)將納米咖啡炭和石墨烯在80℃的條件烘干2h，去除結(jié)晶水。后將石墨烯(平均厚度為30nm)、相容劑乙烯-辛烯共聚物接枝馬來酸酐、咖啡炭(粒徑為20nm)和PET母粒按照質(zhì)量比為1:1:8:50的比例通過雙螺桿擠出機(jī)混合擠出，經(jīng)冷卻、造粒后得到負(fù)離子功能母粒。
2、海島纖維的制備：
將PET母粒和水溶性聚酯在120℃的條件下烘干5h，保證母粒的含水率在0.4％以下；然后將功能母粒、PET母粒(第二島組分)和水溶性聚酯(海組分)按照質(zhì)量比為1:1:3的比例在雙螺桿機(jī)上進(jìn)行熔融共混紡絲。
3、海島纖維的后整理
將紡絲得到的海島纖維進(jìn)行冷卻、烘干、牽伸、烘干、網(wǎng)絡(luò)、上油、卷繞等工序后最終得到成品纖維。
經(jīng)檢測(cè)，該實(shí)施例所制備的海島纖維的纖度為8.3dtex，強(qiáng)度為4.2cN/dtex
對(duì)照例1
與實(shí)施例1的區(qū)別在于不加入相容劑。
對(duì)照例2
與實(shí)施例1的區(qū)別在于石墨烯平均厚度大于100nm。
纖維的斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)和變異系數(shù)測(cè)試依據(jù)“GB/T 14337-2008化學(xué)纖維短纖維拉伸性能試驗(yàn)方法”執(zhí)行。
表1物理性能對(duì)比
從上表的測(cè)試結(jié)果可以看出：相容劑的加入可提升纖維的斷裂強(qiáng)度，原因是相容劑的特性可降低石墨烯大分子和聚酯纖維大分子之間的表面張力，提升二者之間的親和性，另外石墨烯與功能粒子大小相近，相容劑也可讓兩者較易分散，從而提升石墨烯與功能母粒在聚酯纖維中的分散性，進(jìn)一步提升纖維的各項(xiàng)機(jī)械性能。而平均厚度較大的石墨烯由于其尺寸較大，在聚酯纖維中形成斷面，親和力降低，較小的功能母粒會(huì)圍繞厚度大的石墨烯粒子發(fā)生聚集，纖維機(jī)械性能也會(huì)受到影響。