本发明属于复合纤维制备技术领域，提供了一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法。
背景技术：
近年来，由于人们对健康的不断追求，运动成为时尚，运动服装的市场也日渐庞大。随着科技的发展进步，人们对运动服装的要求越来越高具，有高科技含量、功能全面的新型运动服装成为发展的必然趋势。运动服不但要求“轻、薄、柔、暖”，而且要求注入防水、透气等要求，穿着时要求具有良好的运动舒适性功能，人体各部位伸缩自由，延伸性和弹性好，同时对人体具有良好的保护作用；面料要求具有良好的导湿快干性，人体在剧烈运动和大量出汗的情况下，所产生的汗液能迅速从皮肤表层导出并快速蒸发，保持皮肤的干爽。传统的运动服装，尤其是传统的纺织面料，已无法满足人们的需求。
复合纤维因其高比强度，良好的高温的性能、尺寸稳定性、化学稳定性，以及抗疲劳、抗蠕变、抗冲击、抗断裂韧性和功能性能，成为运动服面料的极佳选择。其中聚酰胺、棉、聚酯/棉和聚酯/粘胶是运动衫中的常用纤维。
目前，用于运动服的复合纤维和仿棉纤维的仿棉均有一些研究进展。其中有wu等发明了一种cty弹力复合纤维及工艺方法，该工艺方法生产的复合纤维可以有效解决弹力丝不能上经纱的问题，并且兼具弹力与dty柔软的手感效果。其成分包括聚对苯二甲酸乙二醇脂和聚对苯二甲酸丙二醇脂切片经熔融后复合纺丝成的tss。另外feng等发明了一种再生皮芯结构复合纤维及制备方法、利用化学再生法由回收聚酯通过化学解聚反应制备的中间体对苯二甲酸乙二醇酯（bhet），通过原位聚合法制备纳米复合再生聚酯组成芯层结构，芯层抗紫外剂由于在低温添加其分散均匀，含量大于3%，避免了由于抗紫外含量过高导致制备过程纤维的断丝、面料悬垂度不够的现象。另外皮芯结构界面由于含有少量解聚过程中多余乙二醇产生的聚醚，使得皮芯聚合物能够更好地结合在一起，其力学性能远大于纯再生全消光纤维。在仿棉型复合纤维方面，shen等研究发明了一种仿棉型环保超弹性植物复合纤维，包括改性消光涤纶丝、弹性聚酯纤维丝和玉米植物纤维丝，其中玉米植物纤维丝的横截面积大于改性消光涤纶丝和弹性聚酯纤维丝的横截面积，改性消光涤纶丝与弹性聚酯纤维丝相接触，所述改性消光涤纶丝与弹性聚酯纤维丝均与玉米植物纤维丝相复合。此种试用新型具有布面的棉效应强烈，弹性效果优越，对环境友好，光泽优雅，适合加捻使用，引领了一个全新的品种趋势的优点。
可见，传统的运动服复合纤维应用广泛，其优点是抗风、防水、散湿、质轻，唯一的缺陷是没有棉制品的舒适性；而现有的高仿棉纤维制备过程较为复杂，成本较高。
技术实现要素：
针对现有合成纤维用于运动服缺少棉织品舒适性的缺陷，本发明提出一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法。其特征是将纤维素制备成纤维素凝胶备用，将聚氨酯纤维利用激光刻蚀，使聚氨酯纤维表面形成纳米微孔，然后将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在预制的纤维素凝胶中，纤维素凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中，凝固浴进行凝固，干燥，得到用于运动服的高仿棉纤维。其显著的优势是纤维素凝胶牢固镶嵌连接在聚氨酯纤维，纤维素凝胶干燥后形成纤维素气凝胶，不但质轻，而且赋予聚氨酯纤维良好的棉质舒适性，进一步，具有优异的透气性、防水性、散湿性。
本发明涉及的具体技术方案如下：
一种用于运动服的高仿棉纤维的制备方法，先将纤维素制备成纤维素凝胶备用，将聚氨酯纤维利用激光刻蚀，使聚氨酯纤维表面形成纳米微孔，然后将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在预制的纤维素凝胶中，纤维素凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中，凝固浴进行凝固，干燥，得到用于运动服的高仿棉纤维；制备的具体步骤如下：
（1）将一定质量的羟甲基纤维素加入到装有蒸馏水且带搅拌器的反应容器中，在50~60℃下磁力搅拌至其完全溶解；然后加入一定体积的丙烯酸及一定质量的n，n，-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至固体完全溶解；然后加入一定质量的过硫酸铵，缓慢搅拌均匀后，用薄膜覆盖反应容器，并置于75~85℃的恒温水浴锅中，反应5~7h后得到纤维素水凝胶；
（2）将聚氨酯纤维拉直并竖直置于多脉冲激光打孔仪器的工作室内，设置好工作电流、重复频率、上下相对移动速率等参数，对准后开启激光器，光斑聚焦产生的能量便对纤维表面进行刻蚀，形成有一定锥度的微孔；然后将纤维转动45°，重复上述操作，得到微孔聚氨酯纤维；
（3）将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在步骤（1）所得的纤维素水凝胶中，使水凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中；一定时间后，置于氯化钙、非质子溶剂及水组成的凝固浴中固化，干燥，即可得到可用于运动服的高仿棉纤维。
优选的，步骤（1）所述羟甲基纤维素加入的浓度为16~18g/l；
优选的，步骤（1）所述丙烯酸的加入体积为蒸馏水体积的15~18%；
优选的，步骤（1）所述n，n，-亚甲基双丙烯酰胺的加入量为羟甲基纤维素质量的5~6%；
优选的，步骤（1）所述过硫酸铵的加入量为羟甲基纤维素质量的3~5%；
优选的，步骤（1）所述搅拌速度为40~60r/min；
优选的，步骤（2）所述工作电流设置为20~25a，重复频率设置为3~5khz，上下相对移动速率设置为6~8mm/s；
优选的，步骤（2）所述刻蚀过程采用波长为0.63μm，其产生的光斑直径应不大于3μm；
优选的，步骤（2）所述聚氨酯纤维的浸泡时间为3~5h；
优选的，步骤（2）所述非质子溶剂为非质子性极性溶剂，如二甲亚砜、丙酮或n，n-二甲基甲酰胺；
一种用于运动服的高仿棉纤维，由上述方法制备得到。聚酰胺纤维表面刻蚀由微孔，纤维素凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中而得的高仿棉纤维。纤维素凝胶牢固镶嵌连接在聚氨酯纤维，纤维素凝胶干燥后形成纤维素气凝胶，不但质轻，而且赋予聚氨酯纤维良好的棉质舒适性，进一步，具有优异的透气性、防水性、散湿性。
在纤维素水凝胶的制备过程中，过硫酸铵的用量应严格控制，用量过低时不利于纤维网络状的形成，且反应较慢，用量过多时会造成凝胶结构的不均匀。n，n，-亚甲基双丙烯酰胺的用量也应有效控制，当其用量过多时，会造成水凝胶粘度太大，难以充分浸入聚氨酯纤维的表面及微孔中。多脉冲激光打孔要求激光重复周期远远大于材料凝固时间的极短脉冲光速，使照射的光斑区能量不断积累，逐渐将孔加深。孔深取决于重复照射的次数，孔径取决于单个脉冲激光的能量大小。因此，应严格控制激光的波长或能量，控制其形成的光斑面积大小。光斑聚焦的面积越小，刻蚀出的微孔的直径也更小。在聚氨酯纤维表面刻蚀微孔时，应尽量减小微孔孔径，增加微孔数量，浸入纤维水凝胶后，水凝胶的分布更为均匀，凝固后的纤维具有更好的舒适度。
本发明提供了一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
1.本发明制备的复合纤维，纤维素水凝胶干燥后形成纤维素气凝胶，赋予聚氨酯纤维良好的棉质舒适性。
2.本发明制备的高仿棉纤维，具有质轻及良好的透气性、防水性、散湿性等优点。
3.本发明使用的刻蚀方法，可通过改变激光的波长或能量，或通过改变重复照射次数，达到对微孔孔径及深度的控制。
4.本发明的制备方法过程简单，操作方便，节能环保，具有良好的可推广性。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法，其制备高仿棉纤维的具体过程如下：
将17kg羟甲基纤维素加入到装有1000l蒸馏水且带搅拌器的反应容器中，在55℃下磁力搅拌至其完全溶解。然后加入150l丙烯酸及0.85kgn，n，-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至固体完全溶解。然后加入0.85kg过硫酸铵，以55r/min的速度缓慢搅拌均匀后，用薄膜覆盖反应容器，并置于80℃的恒温水浴锅中，反应6h后得到纤维素水凝胶；将聚氨酯纤维拉直并竖直置于多脉冲激光打孔仪器的工作室内，设置工作电流为25a、重复频率为4.5khz、上下相对移动速率为7mm/s，对准后开启激光器，光斑聚焦产生的能量便对纤维表面进行刻蚀，形成有一定锥度的微孔。然后将纤维转动45°，重复上述操作，得到微孔聚氨酯纤维。然后将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在纤维素水凝胶中，使水凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中。3h后，置于氯化钙、二甲亚砜及水组成的凝固浴中，待其凝固后置于气流冲击式干燥机中进行干燥，即可得到可用于运动服的高仿棉纤维。
对实施例1得到的高仿棉纤维，测试其密度、透气率、透水率及散湿速率，并与普通聚氨酯纤维对比，得到的数据如表1所示。可见：实施例1制得的高仿棉纤维，密度明显降低，且具有较高的透气率和较低的透水率，散湿速率较普通聚氨酯纤维明显提高。
实施例2
一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法，其制备高仿棉纤维的具体过程如下：
将18kg羟甲基纤维素加入到装有1000l蒸馏水且带搅拌器的反应容器中，在60℃下磁力搅拌至其完全溶解。然后加入160l丙烯酸及0.85kgn，n，-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至固体完全溶解。然后加入0.85kg过硫酸铵，以40r/min的速度缓慢搅拌均匀后，用薄膜覆盖反应容器，并置于78℃的恒温水浴锅中，反应7h后得到纤维素水凝胶；将聚氨酯纤维拉直并竖直置于多脉冲激光打孔仪器的工作室内，设置工作电流为3a、重复频率为3khz、上下相对移动速率为8mm/s，对准后开启激光器，光斑聚焦产生的能量便对纤维表面进行刻蚀，形成有一定锥度的微孔。然后将纤维转动45°，重复上述操作，得到微孔聚氨酯纤维。然后将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在纤维素水凝胶中，使水凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中。5h后，置于氯化钙、二甲亚砜及水组成的凝固浴中，待其凝固后置于气流冲击式干燥机中进行干燥，即可得到可用于运动服的高仿棉纤维。
对实施例2得到的高仿棉纤维，测试其密度、透气率、透水率及散湿速率，并与普通聚氨酯纤维对比，得到的数据如表1所示。可见：实施例2制得的高仿棉纤维，密度明显降低，且具有较高的透气率和较低的透水率，散湿速率较普通聚氨酯纤维明显提高。
实施例3
一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法，其制备高仿棉纤维的具体过程如下：
将17kg羟甲基纤维素加入到装有1000l蒸馏水且带搅拌器的反应容器中，在60℃下磁力搅拌至其完全溶解。然后加入170l丙烯酸及0.85kgn，n，-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至固体完全溶解。然后加入0.85kg过硫酸铵，以55r/min的速度缓慢搅拌均匀后，用薄膜覆盖反应容器，并置于85℃的恒温水浴锅中，反应5.5h后得到纤维素水凝胶；将聚氨酯纤维拉直并竖直置于多脉冲激光打孔仪器的工作室内，设置工作电流为20a、重复频率为5khz、上下相对移动速率为8mm/s，对准后开启激光器，光斑聚焦产生的能量便对纤维表面进行刻蚀，形成有一定锥度的微孔。然后将纤维转动45°，重复上述操作，得到微孔聚氨酯纤维。然后将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在纤维素水凝胶中，使水凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中。4.5h后，置于氯化钙、丙酮及水组成的凝固浴中，待其凝固后置于气流冲击式干燥机中进行干燥，即可得到可用于运动服的高仿棉纤维。
对实施例3得到的高仿棉纤维，测试其密度、透气率、透水率及散湿速率，并与普通聚氨酯纤维对比，得到的数据如表1所示。可见：实施例3制得的高仿棉纤维，密度明显降低，且具有较高的透气率和较低的透水率，散湿速率较普通聚氨酯纤维明显提高。
实施例4
一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法，其制备高仿棉纤维的具体过程如下：
将16kg羟甲基纤维素加入到装有1000l蒸馏水且带搅拌器的反应容器中，在55℃下磁力搅拌至其完全溶解。然后加入180l丙烯酸及0.85kgn，n，-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至固体完全溶解。然后加入0.85kg过硫酸铵，以45r/min的速度缓慢搅拌均匀后，用薄膜覆盖反应容器，并置于75℃的恒温水浴锅中，反应7h后得到纤维素水凝胶；将聚氨酯纤维拉直并竖直置于多脉冲激光打孔仪器的工作室内，设置工作电流为20a、重复频率为3khz、上下相对移动速率为8mm/s，对准后开启激光器，光斑聚焦产生的能量便对纤维表面进行刻蚀，形成有一定锥度的微孔。然后将纤维转动45°，重复上述操作，得到微孔聚氨酯纤维。然后将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在纤维素水凝胶中，使水凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中。3.5h后，置于氯化钙、n，n-二甲基甲酰胺及水组成的凝固浴中，待其凝固后置于气流冲击式干燥机中进行干燥，即可得到可用于运动服的高仿棉纤维。
对实施例4得到的高仿棉纤维，测试其密度、透气率、透水率及散湿速率，并与普通聚氨酯纤维对比，得到的数据如表1所示。可见：实施例4制得的高仿棉纤维，密度明显降低，且具有较高的透气率和较低的透水率，散湿速率较普通聚氨酯纤维明显提高。
实施例5
一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法，其制备高仿棉纤维的具体过程如下：
将18kg羟甲基纤维素加入到装有1000l蒸馏水且带搅拌器的反应容器中，在60℃下磁力搅拌至其完全溶解。然后加入165l丙烯酸及0.85kgn，n，-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至固体完全溶解。然后加入0.85kg过硫酸铵，以50r/min的速度缓慢搅拌均匀后，用薄膜覆盖反应容器，并置于80℃的恒温水浴锅中，反应6h后得到纤维素水凝胶；将聚氨酯纤维拉直并竖直置于多脉冲激光打孔仪器的工作室内，设置工作电流为22a、重复频率为4khz、上下相对移动速率为7mm/s，对准后开启激光器，光斑聚焦产生的能量便对纤维表面进行刻蚀，形成有一定锥度的微孔。然后将纤维转动45°，重复上述操作，得到微孔聚氨酯纤维。然后将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在纤维素水凝胶中，使水凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中。4h后，置于氯化钙、二甲亚砜及水组成的凝固浴中，待其凝固后置于气流冲击式干燥机中进行干燥，即可得到可用于运动服的高仿棉纤维。
对实施例5得到的高仿棉纤维，测试其密度、透气率、透水率及散湿速率，并与普通聚氨酯纤维对比，得到的数据如表1所示。可见：实施例5制得的高仿棉纤维，密度明显降低，且具有较高的透气率和较低的透水率，散湿速率较普通聚氨酯纤维明显提高。
实施例6
一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法，其制备高仿棉纤维的具体过程如下：
将17kg羟甲基纤维素加入到装有1000l蒸馏水且带搅拌器的反应容器中，在50℃下磁力搅拌至其完全溶解。然后加入175l丙烯酸及0.85kgn，n，-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至固体完全溶解。然后加入0.85kg过硫酸铵，以60r/min的速度缓慢搅拌均匀后，用薄膜覆盖反应容器，并置于85℃的恒温水浴锅中，反应7h后得到纤维素水凝胶；将聚氨酯纤维拉直并竖直置于多脉冲激光打孔仪器的工作室内，设置工作电流为20a、重复频率为5khz、上下相对移动速率为8mm/s，对准后开启激光器，光斑聚焦产生的能量便对纤维表面进行刻蚀，形成有一定锥度的微孔。然后将纤维转动45°，重复上述操作，得到微孔聚氨酯纤维。然后将具有微孔的聚氨酯纤维浸泡在纤维素水凝胶中，使水凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中。5h后，置于氯化钙、丙酮及水组成的凝固浴中，待其凝固后置于气流冲击式干燥机中进行干燥，即可得到可用于运动服的高仿棉纤维。
对实施例6得到的高仿棉纤维，测试其密度、透气率、透水率及散湿速率，并与普通聚氨酯纤维对比，得到的数据如表1所示。可见：实施例6制得的高仿棉纤维，密度明显降低，且具有较高的透气率和较低的透水率，散湿速率较普通聚氨酯纤维明显提高。
对比例1
一种用于运动服的高仿棉纤维及制备方法，其制备高仿棉纤维的具体过程如下：
将17kg羟甲基纤维素加入到装有1000l蒸馏水且带搅拌器的反应容器中，在50℃下磁力搅拌至其完全溶解。然后加入175l丙烯酸及0.85kgn，n，-亚甲基双丙烯酰胺，搅拌至固体完全溶解。然后加入0.85kg过硫酸铵，以60r/min的速度缓慢搅拌均匀后，用薄膜覆盖反应容器，并置于85℃的恒温水浴锅中，反应7h后得到纤维素水凝胶；将聚氨酯纤维拉直浸泡在纤维素水凝胶中，使水凝胶沉积到聚氨酯纤维表面以及微孔中。5h后，置于氯化钙、丙酮及水组成的凝固浴中，待其凝固后置于气流冲击式干燥机中进行干燥，即可得到可用于运动服的高仿棉纤维。
对比例1得到的高仿棉纤维，测试其密度、透气率、透水率及散湿速率，并与普通聚氨酯纤维对比，得到的数据如表1所示。
对比例2
普通聚氨酯纤维。测试其密度、透气率、透水率及散湿速率，得到的数据如表1所示。
表1：