1.本发明属于聚酯技术领域，涉及一种聚酯纤维成形及应用，具体涉及一种多孔结构低熔点复合聚酯纤维的制备方法。
背景技术：
2.随着生活水平的提升以及非织造行业的迅速扩展，填充衬垫材料已经步入了更新换代阶段，传统的聚氨酯发泡材料由于透气散热性差，易老化，燃烧产生氰化氢剧毒气体等缺点在安全舒适性要求高的领域应用受到了明显的限制。近年来，聚酯三维无纺材料（也称为直立棉）的出现为人们提供了更好的选择，一般是以聚酯纤维和低熔点纤维为原料，经混合梳理垂直铺网后采用热风熔粘加工而形成的多空隙立体结构，此纤维聚集体可呈现类似海绵的回弹及抗压性，且可有效改善了聚氨酯发泡海绵空隙连通性差引起的透水透气性差问题，同时蓬松度、单位重量、抗老化、产品安全环保性能以及生产清洁等也全面提升。目前家纺，汽车内饰，内衣，体育用品及医用卫生等领域均已普遍开始采用聚酯直立棉对聚氨酯发泡材料进行替代，市场前景广阔。
3.低熔点纤维是制备聚酯直立棉的核心原料，对产品的回弹及透气性能起着决定性作用，也是目前化纤新产品开发的热点。对皮芯复合低熔点纤维分析来看，复合纤维的皮层在应用中主要起到粘结作用，芯层发挥力学支撑的作用，保证复合纤维具有一定的力学强度。皮芯复合低熔点纤维在热风加工应用成，依赖纤维与纤维皮层之间接触粘结从而实现宏观上产品的三维结构。随着下游的应用要求不断提高，低熔点复合纤维正不断技术升级中。一方面如何在使用中能进一步提升物理性能，如纤维与纤维之间的粘结强度，热风成形后产品在使用中的回弹性等；另外一方面如何实现低熔点复合纤维的差别化功能化，如作为医疗卫生纺织品用时进一步提高其吸水性能，填充絮片使用时保暖性能等。
4.中国发明专利cn112981610a公开了一种环保型亲水低熔pet复合短纤维，为皮芯结构，皮层为改性环保型亲水低熔pet，芯层为环保型聚酯切片，具有良好的吸水性能和粘结性能。纤维与纤维之间的粘结特性主要依赖于复合纤维都是基于聚酯，具有良好的热力学相容性质。
5.中国发明专利cn114262954a涉及一种低熔点聚酯纤维的制备及其在天然纤维粘结上的应用，为了实现低熔点聚酯纤维与天然纤维具有很好的粘结强度，在低熔点聚酯中通过添加氧化铝作为导热填料，有利于提高低熔点纤维的导热系数。当氧化铝的质量添加量为2-3％，低熔点纤维的导热系数可提高8-10％，由于导热系数的提高，可以在一定程度上提高低熔点纤维在热烘时的升温速度，从而加大熔融量，改善低熔点纤维的粘结效果。
6.中国发明专利cn103469359b公开了一种含氟ptt-pet皮芯复合纤维的制备方法，涉及一种含氟ptt-pet皮芯复合纤维的制备方法，包括皮层材料含氟ptt的制备和皮芯复合纤维的制备。含氟ptt是采用四氟对苯二甲酸和1,3-丙二醇作为原料，加入抑制剂，在适当的条件下进行酯化反应和缩聚反应得到的。然后以含氟ptt为皮、pet为芯，采取合适的复合纺丝工艺制备得到皮芯复合纤维。复合纺丝制得的纤维不仅具备pet和ptt的良好力学性
能，而且还有着良好的耐污性能。本技术实现了纤维耐污性能的提升，但是含氟的二元酸引入后形成的共聚酯与聚酯热力学相容性尤其是皮芯复合中内外层的界面相容性会下降，极易导致开裂等问题，同时氟类的单体因为制备过程具有比较大的污染，应用受限。
7.中国发明专利cn103572399b公开了一种皮芯型复合纤维及其生产方法，复合纤维的皮芯成分在纤维长方向上连续贯通；皮芯的质量比为40:60-80:20，芯成分是碱溶性改性聚酯，皮成分是热塑性成纤聚合物；该复合纤维的横截面上，芯成分有且仅有一处在皮成分上露出，且露出部分的弧形长度为复合纤维外圆周长的15-25%；该复合纤维的芯成分碱减量溶出速度快，处理后的纤维能保持98%以上的强度，并且能保存完整的c型断面形态，使得织物具有良好的轻量感、保温性及吸湿排汗功能。此技术虽然实现了纤维高中空轻量的效果，但是皮芯型复合纤维原来皮芯内外层所形成的卷曲效果因内层组分被溶出而丧失。
8.从以上公开的技术来看，目前皮芯复合低熔点纤维为了实现差别化或者功能化中会造成纤维原有的卷曲、弹性等性能的显著下降，如何构筑起复合纤维功能技术方案以及通过结构上的调控强化在应用中的性能如纤维在热风加工中纤维与纤维之间的粘结性没有相关的报道。因此在现有皮芯复合低熔点纤维研究基础上，需发明一种多孔结构低熔点复合聚酯纤维的制备方法，提升低熔点复合纤维的粘结强度以及提高比表面积进而提升吸附性能。
技术实现要素：
9.本发明针对现有皮芯复合低熔点纤维在热风成形加工中所制备的三维无纺布材料挤压、拉伸、弯曲等作用力导致纤维与纤维粘结处发生脱离等问题以及提升纤维的功能性，设计了一种多孔结构低熔点复合聚酯纤维的制备方法，显著提升纤维与纤维之间粘结强度，以实现在非织造用高回弹纺织品上的应用。
10.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种多孔结构低熔点复合聚酯纤维的制备方法，将低熔点聚酯与纤维级聚酯通过皮芯复合纺丝法制备得到复合纤维，复合纤维中皮层包括低熔点聚酯与预活化物，芯层为纤维级聚酯；复合纤维经过活化，制备得到多孔结构低熔点复合聚酯纤维，多孔结构低熔点复合聚酯纤维通过热风成形。
11.作为本发明进一步改进的技术方案，所述的低熔点聚酯的熔点为100℃-200℃，特性粘度为0.45dl/g
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0.65dl/g。
12.作为本发明进一步改进的技术方案，所述复合纤维的皮层中含有2wt%-20wt%预活化物。
13.作为本发明进一步改进的技术方案，所述预活化物的合成步骤具体包括：（1）酯化反应：将混合二元酸与二元醇进行酯化反应，酯化反应温度为200℃-250℃，酯化压力为0.01mpa
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0.1mpa，酯化时间为2.5h
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5.0h，酯化反应中引入10ppm-1000ppm的催化剂；其中混合二元酸的羧基与二元醇的羟基摩尔比为1:1.1-2.0；其中混合二元酸为对苯二甲酸、己二酸、丁二酸、间苯二甲酸中的一种与间苯二甲酸-5-磺酸钠进行混合而成，间苯二甲酸-5-磺酸钠占混合二元酸中摩尔分数的10%-50%；其中二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇中的一种；
其中酯化反应的催化剂为乙二醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇锑、醋酸锑、氧化锑中的一种；其中酯化反应完成后酯化产物特性粘度为0.15dl/g
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0.20dl/g；（2）预缩聚反应：在酯化反应结束后引入长碳链二元醇进行预缩聚，预缩聚反应温度为220℃-265℃，预缩聚反应压力为500kpa
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2000kpa，预缩聚反应时间为0.5h
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2.0h；其中长碳链二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的一种，相对数据分子量大小为400g/mol
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2000g/mol，添加量为酯化产物摩尔分数的20%-60%；其中预缩聚反应完成后预缩聚反应产物特性粘度为0.20dl/g
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0.35dl/g；（3）终缩聚反应：在预缩聚反应结束后进入终缩聚反应，终缩聚反应温度为240℃-285℃，终缩聚反应压力为0kpa
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100kpa，终缩聚反应时间为1.0h
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3.0h；其中终缩聚完成后终缩聚产物特性粘度为0.50dl/g
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0.60dl/g。
14.作为本发明进一步改进的技术方案，所述纤维级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种，特性粘度为0.65dl/g
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1.25dl/g。
15.作为本发明进一步改进的技术方案，所述皮层与芯层的皮芯复合比为3:7-7:3，复合纤维纤度为1.0dtex
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5.0dtex。
16.作为本发明进一步改进的技术方案，所述复合纤维经过活化具体为：所述复合纤维在含有活化促进剂的水溶液下进行活化，复合纤维与水溶液的质量比为1:10-1:50，活化促进剂在水溶液内的浓度为0.001mol/l
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0.01mol/l，活化温度为30℃-60℃，活化时间0.5min
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5min。
17.作为本发明进一步改进的技术方案，所述活化促进剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
18.作为本发明进一步改进的技术方案，活化后的复合纤维表面形成有直径大小为0.05微米-1.0微米的微孔结构，形成多孔结构低熔点复合聚酯纤维。
19.作为本发明进一步改进的技术方案，活化后得到的多孔结构低熔点复合聚酯纤维力学断裂强度为2.5cn/dtex
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4.5cn/dtex，断裂伸长率为20%-80%，纤维饱和吸水率为200%-600%。
20.本发明的有益效果为：（1）本发明采用纤维级聚酯作为芯层、低熔点聚酯作为皮层进行复合，皮芯组分热力学相容性好，可以实现同步拉伸取向，纤维具有较高的力学强度。所制备的纤维基于内外层之间收缩率差产生螺旋的弹性，可以很好解决现有纤维的僵硬问题。
21.（2）本发明对皮芯复合低熔点纤维进行表面定向活化形成一定尺寸大小微孔，纤维与纤维接触时增大了接触面积，可以实现纤维表层部分以“嵌入”的形式到微孔中，纤维与纤维之间接触面积增加，增强粘结作用力。
22.（3）纤维表面的微孔结构一方面实现了纤维与纤维在热风成形中接触面积的增加进而提升粘结强度，同时尚有大量的未被粘结的微孔，这些微孔极大增强了纤维吸附性，如对液态水分的吸附性能，可以用在吸水性材料上。
具体实施方式
23.下面对本发明的具体实施方式作出进一步说明：实施例1：本实施例提供一种多孔结构低熔点复合聚酯纤维的制备方法，将低熔点聚酯与纤维级聚酯通过皮芯复合纺丝法制备得到复合纤维，复合纤维中皮层包括低熔点聚酯与预活化物，芯层为纤维级聚酯；复合纤维经过活化，制备得到多孔结构低熔点复合聚酯纤维，多孔结构低熔点复合聚酯纤维通过热风成形。
24.本实施例中的低熔点聚酯的熔点为200℃，特性粘度为0.65dl/g。
25.本实施例中的复合纤维的皮层中含有20wt%预活化物。
26.本实施例中的预活化物的合成步骤具体包括：（1）酯化反应：将混合二元酸与二元醇进行酯化反应，酯化反应温度为250℃，酯化压力为0.1mpa，酯化时间为5.0h，酯化反应中引入1000ppm的催化剂；其中混合二元酸的羧基与二元醇的羟基摩尔比为1: 2.0；其中混合二元酸为对苯二甲酸、己二酸、丁二酸、间苯二甲酸中的一种与间苯二甲酸-5-磺酸钠进行混合而成，间苯二甲酸-5-磺酸钠占混合二元酸中摩尔分数的50%；其中二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇中的一种；其中酯化反应的催化剂为乙二醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇锑、醋酸锑、氧化锑中的一种；其中酯化反应完成后酯化产物特性粘度为0.20dl/g；（2）预缩聚反应：在酯化反应结束后引入长碳链二元醇进行预缩聚，预缩聚反应温度为265℃，预缩聚反应压力为2000kpa，预缩聚反应时间为2.0h；其中长碳链二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的一种，相对数据分子量大小为2000g/mol，添加量为酯化产物摩尔分数的60%；其中预缩聚反应完成后预缩聚反应产物特性粘度为0.35dl/g；（3）终缩聚反应：在预缩聚反应结束后进入终缩聚反应，终缩聚反应温度为285℃，终缩聚反应压力为100kpa，终缩聚反应时间为3.0h；其中终缩聚完成后终缩聚产物特性粘度为0.60dl/g。
27.本实施例中的纤维级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种，特性粘度为1.25dl/g。
28.本实施例中的皮层与芯层的皮芯复合比为7:3，复合纤维纤度为5.0dtex。
29.本实施例中的复合纤维经过活化具体为：所述复合纤维在含有活化促进剂的水溶液下进行活化，复合纤维与水溶液的质量比为1:50，活化促进剂在水溶液内的浓度为0.01mol/l，活化温度为60℃，活化时间5min。
30.本实施例中的活化促进剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
31.实施例2：本实施例提供一种多孔结构低熔点复合聚酯纤维的制备方法，将低熔点聚酯与纤
维级聚酯通过皮芯复合纺丝法制备得到复合纤维，复合纤维中皮层包括低熔点聚酯与预活化物，芯层为纤维级聚酯；复合纤维经过活化，制备得到多孔结构低熔点复合聚酯纤维，多孔结构低熔点复合聚酯纤维通过热风成形。
32.本实施例中的低熔点聚酯的熔点为150℃，特性粘度为0.55dl/g。
33.本实施例中的复合纤维的皮层中含有11wt%预活化物。
34.本实施例中的预活化物的合成步骤具体包括：（1）酯化反应：将混合二元酸与二元醇进行酯化反应，酯化反应温度为225℃，酯化压力为0.06mpa，酯化时间为3.7h，酯化反应中引入500ppm的催化剂；其中混合二元酸的羧基与二元醇的羟基摩尔比为1:1.5；其中混合二元酸为对苯二甲酸、己二酸、丁二酸、间苯二甲酸中的一种与间苯二甲酸-5-磺酸钠进行混合而成，间苯二甲酸-5-磺酸钠占混合二元酸中摩尔分数的30%；其中二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇中的一种；其中酯化反应的催化剂为乙二醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇锑、醋酸锑、氧化锑中的一种；其中酯化反应完成后酯化产物特性粘度为0.17dl/g；（2）预缩聚反应：在酯化反应结束后引入长碳链二元醇进行预缩聚，预缩聚反应温度为240℃，预缩聚反应压力为1300kpa，预缩聚反应时间为1.3h；其中长碳链二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的一种，相对数据分子量大小为1200g/mol，添加量为酯化产物摩尔分数的40%；其中预缩聚反应完成后预缩聚反应产物特性粘度为0.27dl/g；（3）终缩聚反应：在预缩聚反应结束后进入终缩聚反应，终缩聚反应温度为260℃，终缩聚反应压力为50kpa，终缩聚反应时间为2.0h；其中终缩聚完成后终缩聚产物特性粘度为0.55dl/g。
35.本实施例中的纤维级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种，特性粘度为0.95dl/g。
36.本实施例中的皮层与芯层的皮芯复合比为5:5，复合纤维纤度为3.0dtex。
37.本实施例中的复合纤维经过活化具体为：所述复合纤维在含有活化促进剂的水溶液下进行活化，复合纤维与水溶液的质量比为1:30，活化促进剂在水溶液内的浓度为0.006mol/l，活化温度为45℃，活化时间2.7min。
38.本实施例中的活化促进剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
39.实施例3：本实施例提供一种多孔结构低熔点复合聚酯纤维的制备方法，将低熔点聚酯与纤维级聚酯通过皮芯复合纺丝法制备得到复合纤维，复合纤维中皮层包括低熔点聚酯与预活化物，芯层为纤维级聚酯；复合纤维经过活化，制备得到多孔结构低熔点复合聚酯纤维，多孔结构低熔点复合聚酯纤维通过热风成形。
40.本实施例中的低熔点聚酯的熔点为100℃，特性粘度为0.45dl/g。
41.本实施例中的复合纤维的皮层中含有2wt%预活化物。
42.本实施例中的预活化物的合成步骤具体包括：（1）酯化反应：将混合二元酸与二元醇进行酯化反应，酯化反应温度为200℃，酯化压力为0.01mpa，酯化时间为2.5h，酯化反应中引入10ppm的催化剂；其中混合二元酸的羧基与二元醇的羟基摩尔比为1:1.1；其中混合二元酸为对苯二甲酸、己二酸、丁二酸、间苯二甲酸中的一种与间苯二甲酸-5-磺酸钠进行混合而成，间苯二甲酸-5-磺酸钠占混合二元酸中摩尔分数的10%；其中二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇中的一种；其中酯化反应的催化剂为乙二醇钛、钛酸四丁酯、乙二醇锑、醋酸锑、氧化锑中的一种；其中酯化反应完成后酯化产物特性粘度为0.15dl/g；（2）预缩聚反应：在酯化反应结束后引入长碳链二元醇进行预缩聚，预缩聚反应温度为220℃，预缩聚反应压力为500kpa，预缩聚反应时间为0.5h；其中长碳链二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇中的一种，相对数据分子量大小为400g/mol，添加量为酯化产物摩尔分数的20%；其中预缩聚反应完成后预缩聚反应产物特性粘度为0.20dl/g；（3）终缩聚反应：在预缩聚反应结束后进入终缩聚反应，终缩聚反应温度为240℃，终缩聚反应压力为0kpa，终缩聚反应时间为1.0h；其中终缩聚完成后终缩聚产物特性粘度为0.50dl/g。
43.本实施例中的纤维级聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯中的一种，特性粘度为0.65dl/g。
44.本实施例中的皮层与芯层的皮芯复合比为3:7，复合纤维纤度为1.0dtex。
45.本实施例中的复合纤维经过活化具体为：所述复合纤维在含有活化促进剂的水溶液下进行活化，复合纤维与水溶液的质量比为1:10，活化促进剂在水溶液内的浓度为0.001mol/l，活化温度为30℃，活化时间0.5min。
46.本实施例中的活化促进剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
47.实施例1-3中的活化后的复合纤维表面均形成有直径大小为0.05-1.0微米的微孔结构，形成多孔结构低熔点复合聚酯纤维。活化后得到的多孔结构低熔点复合聚酯纤维力学断裂强度为2.5cn/dtex
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4.5cn/dtex，断裂伸长率为20%-80%，纤维比表面积增加20%-60%，纤维饱和吸水率为200%-600%。多孔结构低熔点复合聚酯纤维作为热风粘结材料使用时，粘结强度相比较未活化的复合纤维提升2.0-4.0倍。
48.实施例1-3的发明原理：以皮芯复合低熔点纤维是制备聚酯直立棉的核心原料，对产品的回弹及透气性能起着决定性作用，也是目前化纤新产品开发的热点。但现有的皮芯复合低熔点纤维在热熔
粘结后容易出现板硬、透气性、粘结强度低等问题。在多次压缩后的回弹性方面仍存在缺陷，会出现明显的折痕或回复不全等表现，这也是困扰直立棉加工及低熔点纤维制备的主要难题。
49.本发明以低熔点聚酯以皮层，纤维级聚酯为芯层复合纺丝，皮芯均为聚酯类的聚合物，在热力学上分析两者具有良好的相容性，皮层与芯层在纺丝过程中不会出现开裂现象，可以实现内外层同步拉伸取向的过程，达到内外合力的效果。同质异构聚酯皮芯复合纤维相比较于现有大多数采用聚烯烃与聚酯进行皮芯复合的纤维来说在可纺性上及力学强度上有优势。
50.皮芯复合低熔点纤维一般经过热风工艺进行加工成三维结构无纺布，用于家具、纺织、产业用等多个领域，具有良好的透气等优点，但是经常在使用中会产生板硬、回弹性下降的问题，本技术中芯层采用的是纤维级聚酯，发挥骨架作用，低熔点聚酯作为皮层，进行复合所制备的纤维因内外层之间收缩率差产生螺旋的弹性。
51.皮芯复合低熔点纤维在实际热风加工过程依赖于纤维与纤维之间交叉粘结，粘结强度受到纤维本身性质、纤维与纤维之间粘结面的影响。但是不同的应用要求下，紧靠纤维本身性质的改善粘结强度很难有显著的提升，尤其是在外界的较强的挤压、拉伸、弯曲等作用力导致纤维与纤维粘结处发生脱离，进而形成纤维的脱落造成产品美观度以及应用性能下降。本发明在制备的皮芯低熔点复合纤维基础上，基于纤维与纤维之间粘结过程的研究，对复合纤维表面进行活化，活化后复合纤维表面形成一定尺寸大小微孔。活化是在水溶液中对活化物进行解聚，通过控制活化的温度、时间及活化促进剂调控微孔尺寸大小。而低熔点聚酯在此条件下不会发生活化。纤维表面上形成的微孔，纤维与纤维接触时增大了接触面积，可以实现纤维表层部分以“嵌入”的形式到微孔中，纤维与纤维之间接触面积增加20-60%，在热风粘结中粘结强度提升2.0-4.0倍。同时由于纤维表面形成的微孔增大吸附能力，纤维饱和吸水率为200-1000%，可以在尿不湿等三维无纺布材料上得到应用。
52.本发明的保护范围包括但不限于以上实施方式，本发明的保护范围以权利要求书为准，任何对本技术做出的本领域的技术人员容易想到的替换、变形、改进均落入本发明的保护范围。