纳米纤维复合面料及其生产方法与流程

1.本发明涉及纺织技术领域，尤其涉及一种纳米纤维复合面料及其生产方法。


背景技术：

2.目前纺织行业近几年重点研究的防风透湿织物具有防风、防水、透湿性能，它可以将人体散发的水蒸气通过织物扩散到外界，但是由于防水透湿膜的疏水性，无法排出液态水，所以人体在运动过程中出的汗会在体表和织物之间冷凝，会使人产生湿冷感，不适合在日常户外运动过程中穿着。


技术实现要素：

3.(一)要解决的技术问题
4.本发明以期至少部分的解决以上技术问题中的至少之一。
5.(二)技术方案
6.为了实现如上目的，根据本发明的第一个方面，提供了一种纳米纤维复合面料的生产方法，包括：步骤a，制备含有亲水剂的静电纺丝液；步骤b，采用静电纺丝工艺，令静电纺丝液经过高压射流在上胶后的内层基布上形成具有亲水特性的纳米纤维，制备出具有纳米纤维膜/内层基布结构的中间布料；步骤c，将中间布料与上胶后的外层基布层压复合，制备出具有外层基布/纳米纤维膜/内层基布复合结构的纳米纤维复合面料。
7.在本发明的一些实施例中，步骤a中，亲水剂的成分包括：脂肪醇聚氧乙烯醚，其质量百分数介于22.5～24.5％之间；脂肪酸聚氧乙烯醚其质量百分数介于70.5％～74.5％之间。
8.在本发明的一些实施例中，步骤a包括：混合有机溶剂和亲水剂，形成混合液；加入聚氨酯切片至混合液中，从而得到静电纺丝液；其中，有机溶剂为n，n-二甲基甲酰胺，聚氨酯切片占有机溶剂的质量百分比介于18％～24％，亲水剂占聚氨酯切片的质量百分比介于2％～4％之间。
9.在本发明的一些实施例中，步骤b中，静电纺丝的温度介于25℃～40℃之间，湿度介于40％～60％之间。
10.在本发明的一些实施例中，步骤b包括：子步骤b1，通过放卷装置将上胶后的内层基布送入静电纺丝装置中，调节张力令内层基布紧贴在收集辊上；子步骤b2，采用静电纺丝工艺，将静电纺丝液通过蠕动泵供液系统连续挤出，经过高压射流形成具有亲水特性的纳米纤维收集到内层基布上；子步骤b3，将形成有纳米纤维的内层基布送入定型烘干机中进行加热干燥，去除纳米纤维内的残留溶剂；子步骤b4，通过收卷装置将中间布料从定型烘干机中取出，制备出具有纳米纤维膜/内层基布结构的中间布料。
11.在本发明的一些实施例中，子步骤b3中，加热干燥的温度介于30℃～80℃之间。
12.在本发明的一些实施例中，子步骤b2中，纺丝电压介于28kv～40kv之间，往复宽度介于25mm～90mm之间，往复速度介于10mm/s～60mm/s之间，喷涂高度介于100mm～290mm之
间，针排数介于6排～18排之间，针头数介于120个～360个之间，基布牵引速度介于1mm/s～10mm/s之间。
13.在本发明的一些实施例中，步骤c中，层压复合的温度介于130℃～150℃之间，层压复合的时间介于10s～15s之间，层压复合的压力为0.5mpa。
14.在本发明的一些实施例中，步骤b之前还包括：使用冷转移点胶机将内层基布的一侧涂敷胶粉，将内层基布送入烘房加热熔融胶粉，然后在常温下冷却凝固形成胶点，最后收卷，得到上胶后的内层基布；步骤c之前还包括：使用冷转移点胶机将外层基布的一侧涂敷胶粉，将外层基布送入烘房加热熔融胶粉，然后在常温下冷却凝固形成胶点，最后收卷，得到上胶后的外层基布；其中，胶粉的成分为聚酯型聚氨酯，烘房的温度介于100℃-130℃之间，内层基布和外层基布的上胶量介于5g/m2～15g/m2之间。
15.为了实现如上目的，根据本发明的第二个方面，还提供了一种纳米纤维复合面料，由如上生产方法制备，其中：纳米纤维的直径介于400nm-800nm之间；纳米纤维膜的厚度介于0.02mm-0.04mm之间，平均孔径介于0.5μm-2μm之间，孔隙率介于70％～90％之间。
16.在本发明的一些实施例中，内层基布为单面摇粒绒面料；外层基布为腈纶粘胶汗布或羊羔绒面料。
17.(三)有益效果
18.从上述技术方案可知，本发明至少具有以下有益效果其中之一：
19.(1)在静电纺丝液中加入亲水剂，从而制备的纳米纤维具有亲水特性，人体排出的汗液可以导入复合面料中，避免了传统纳米纤维复合面料不能透过汗水的缺陷，提升了穿着舒适性。
20.(2)提供了最优的亲水剂的成分、配比、在整个静电纺丝液中的含量，从而提升穿着舒适性的同时，最小限度地影响保暖性，在舒适性和保暖性之间得到平衡。
21.(3)通过优化环境参数：静电纺丝环境的温度介于25℃～40℃，湿度介于40％～60％之间，加热干燥的温度介于30～50℃之间，制备出稳定性好、透气性佳、透湿性好的纳米纤维。
22.(4)生产方法流程简单，工艺条件稳定可控，并且通过放卷装置、静电纺丝装置、定型烘干机、收卷装置的联动，实现了纳米纤维复合面料的连续生产，降低了成本。
23.(5)实验表明，相比于其他面料，摇粒绒面料和纳米纤维膜复合构建了立体阶梯多孔结构，摇粒绒面料绒绒之间的空气被纳米纤维膜封住，固定空气防止流动，纳米纤维膜孔隙率为70％～90％，纳米纤维膜的孔径远小于摇粒绒面料绒绒之间形成的孔径，这种阶梯状的孔结构可以在提高保温性的同时，又增加透湿性。
附图说明
24.图1为本发明实施例纳米纤维复合面料生产方法的流程图。
25.图2a和图2b分别为本发明实施例纳米纤维复合面料与传统技术纳米纤维复合面料的接触角测试结果。
26.图3a为正交实验样品的透气性-保温性的关系曲线图。
27.图3b为图3a中透气率在45mm/s以下透气性-保温性的关系曲线图的放大图。
具体实施方式
28.本发明提供了一种纳米纤维复合面料及其生产方法，该纳米纤维复合面料可以满足日常户外运动的穿着舒适需求，能将人体运动产生的液态汗液和水蒸气排出体外，同时又能起到防风保暖透气的功能，生产方法流程简单，工艺条件稳定可控，可进行连续化生产。
29.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
30.本发明首先提供了一种纳米纤维复合面料的生产方法。图1为本发明实施例纳米纤维复合面料生产方法的流程图。如图1所示，本实施例纳米纤维复合面料生产方法包括：
31.步骤a，制备含有亲水剂的静电纺丝液；
32.该步骤a进一步包括：
33.子步骤a1，混合有机溶剂和亲水剂，形成混合液；
34.具体在本实施例中，向玻璃反应釜中加入有机溶剂和亲水剂，均匀搅拌10min。其中，亲水剂成分包括：脂肪醇聚氧乙烯醚，其质量百分数介于22.5～24.5％之间；脂肪酸聚氧乙烯醚其质量百分数介于70.5％～74.5％之间。有机溶剂为工业级n，n-二甲基甲酰胺。
35.子步骤a2，加入聚氨酯切片至混合液中，搅拌，得到均匀的静电纺丝液；
36.具体在本实施例中，聚氨酯切片占有机溶剂的质量百分比介于18％～24％，亲水剂占聚氨酯切片的质量百分比介于2％～4％之间。在加入聚氨酯切片之后，搅拌温度介于30℃～45℃之间，搅拌时间为4h，得到均匀的静电纺丝液。
37.由于在静电纺丝液中加入了亲水剂，从而在后续生产的纳米纤维中，由完全斥水转变为具有一定的亲水性，从而人体排出的汗液能够渗入复合布料中。此外，该亲水剂的配方是申请人所独创的，相比于现有技术的其他亲水剂，其在提升穿着舒适性的同时，能够最小限度地影响保暖性，在舒适性和保暖性之间得到平衡。
38.步骤b，采用静电纺丝工艺，令静电纺丝液经过高压射流在上胶后的内层基布上形成具有亲水特性的纳米纤维，制备出具有纳米纤维膜/内层基布结构的中间布料；
39.本实施例中，该步骤b进一步包括：
40.子步骤b0，使用冷转移点胶机将内层基布的一侧(形成纳米纤维的一侧)涂敷胶粉，将内层基布送入烘房加热熔融胶粉，然后在常温下冷却凝固形成胶点，最后收卷，得到上胶后的内层基布。
41.其中，胶粉的成分为聚酯型聚氨酯，烘房的温度介于100℃～130℃之间，内层基布和外层基布的上胶量介于5g/m2～15g/m2之间。
42.需要特别强调的是，本实施例的内层基布采用单面摇粒绒面料。实验表明，相比于其他面料，摇粒绒面料可以和纳米纤维膜复合构建了立体多孔结构，摇粒绒面料绒绒之间的空气被纳米纤维膜封住，固定空气防止流动，提高面料的保温性。
43.子步骤b1，通过放卷装置将上胶后的内层基布送入静电纺丝装置中，调节张力令内层基布紧贴在收集辊上；
44.子步骤b2，采用静电纺丝工艺，将静电纺丝液通过蠕动泵供液系统连续挤出，经过高压射流形成的纳米纤维收集到内层基布上；
45.本发明中，通过对静电纺丝中各个工艺参数，包括：温湿度、纺丝参数等，的控制，
得到了具有保暖性和透湿性俱佳，且稳定性好的复合面料。
46.1、温、湿度
47.静电纺丝环境的温度介于25℃～40℃之间，湿度介于40％～60％之间。这样的温度和湿度更加适合于含有亲水剂的静电纺丝液形成纳米纤维，更大限度地发挥静电纺丝液中亲水剂的作用。
48.为了保持稳定的温、湿度环境，静电纺丝机连接工业除湿机和工业热风机。具体而言，工业除湿机的出风口与工业热风机的进风口采用三通管道连接，再将热风机的出口用管道连接至静电纺丝机内。静电纺丝机的出气口连接至排风装置。工业除湿机送出的干燥风经过工业热风机加热后送入静电纺丝机器内部，然后再经排风装置排出。工业除湿机的进风量为600～1200m3/h，工业热风机的进风量为400～840m3/h，排风装置的排风量200～600m3/h。
49.2、纺丝参数
50.在静电纺丝过程中，纺丝电压介于28kv～40kv之间，往复宽度介于25mm～90mm之间，往复速度介于10mm/s～60mm/s之间，喷涂高度介于100mm～290mm之间，针排数介于6排～18排之间，针头数介于120个～360个之间，基布牵引速度介于1mm/s～10mm/s之间。其中，往复宽度的调整可以使纳米纤维膜在幅宽方向上厚薄更均匀。
51.需要说明的是，上述温、湿度及纺丝参数的设置，均是针对在前的静电纺丝和摇粒绒的内层基布而设置的，也是申请人通过反复摸索而成的，制成的纳米纤维复合面料的具体性能和参数将在下文中说明。
52.子步骤b3，将形成有纳米纤维的内层基布送入定型烘干机中进行加热干燥，去除纳米纤维内的残留溶剂；
53.其中，定型烘干机加热温度介于30℃～80℃之间，定型门幅为80cm，拖链速度为1～10mm/s；
54.子步骤b4，通过收卷装置将中间布料从定型烘干机中取出，制备出具有纳米纤维膜/内层基布结构的中间布料。
55.步骤c，将中间布料与上胶后的外层基布层压复合，制备出具有外层基布/纳米纤维膜/内层基布复合结构的纳米纤维复合面料。
56.该步骤c进一步包括：
57.子步骤c0，使用冷转移点胶机将外层基布的一侧涂敷一层胶粉，将外层基布送入烘房加热熔融胶粉，然后在常温下冷却凝固形成胶点，最后收卷，得到上胶后的外层基布；
58.本实施例中，相比于内层基布，外层基布的选择面较宽，优选地，可以选自腈纶粘胶汗布或羊羔绒面料。关于胶粉的成分、上胶量以及烘房的温度，可参照子步骤b0的相关说明，此处不再赘述。
59.子步骤c1，层压复合：从纺丝机出来的面料直接进入复合机复合制成多功能pu纳米纤维膜复合面料，实现连续化生产。
60.本实施例中，层压复合的温度介于130℃～150℃之间，层压复合的时间介于10s～15s之间，层压复合的压力为0.5mpa。
61.通过以上介绍可知，本发明设计和优化了工艺，生产方法流程简单，工艺条件稳定可控，并且通过放卷装置、静电纺丝装置、定型烘干机、收卷装置的联动，实现了纳米纤维复
合面料的连续生产，大大降低了成本。
62.本发明还提供了一种利用如上生产方法所生产的纳米纤维复合面料。在该纳米纤维复合面料中，有以下需要强调的特点。
63.1、内层基布和外层基布
64.本发明中，内层基布为单面摇粒绒面料；所述外层基布为腈纶粘胶汗布或羊羔绒面料。事实上，摇粒绒是一种常规面料，特殊之处是申请人发现摇粒绒与纳米纤维膜相结合能对保温产生增益的效果。
65.申请人分析，原因在于摇粒绒面料可以和纳米纤维膜复合构建了立体多孔结构，摇粒绒面料绒绒之间的空气被纳米纤维膜封住，固定空气防止流动，提高保温性。
66.2、纳米纤维膜
67.经过测试可知，通过如上生产方法所制备的复合面料，纳米纤维的直径介于400nm-800nm之间；纳米纤维膜的厚度介于0.02mm-0.04mm之间，平均孔径介于0.5μm-2μm之间，孔隙率介于70％～90％之间。
68.申请人对本发明实施例纳米纤维复合面料的特性与传统技术制备的纳米纤维复合面料进行了性能对比，具体结果如下：
69.1、稳定性、剥离强度和外观
70.经过测试可知，本实施例纳米纤维复合面料的剥离强度≥9n，水洗后外观质量的疵点评分≤20。
71.2、亲水性
72.冬季户外运动的过程中不仅会产生气态水，需要面料具有一定的透气和透湿性，由于冬季衣服比较厚，运动时会产生大量的汗水，如果汗液不及时蒸发干燥，在寒冷的室外，极易着凉感冒，所以需要纳米纤维膜具有一定的亲水性，加快汗液在面料上的扩散蒸发，减少湿冷感。
73.图2a和图2b分别为本发明实施例纳米纤维复合面料与传统技术纳米纤维复合面料的接触角测试结果。其中，在传统技术纳米纤维复合面料的制备过程中，静电纺丝液未加入亲水剂。请参照图2a，本发明实施例纳米纤维复合面料在水滴落下0.5s后，即大部分渗入复合面料中。请参照图2b，传统技术纳米纤维复合面料中，直至第30s，落下的水滴仍然没有渗入复合面料中。
74.3、透气性、透湿性和保温性
75.纳米纤维膜的透气、透湿性和保温性是一对相互矛盾的性能，膜透气、透湿性好，面料孔隙率高或者孔径大，对流传热效果好，所以保温性会变差。相反，透气、透湿性差，膜的对流传热效果变差，保温性变化。透气、透湿性是通过控制纤维的直径和厚度来进行调节的。
76.为了寻找在透湿性和保温性之间达到平衡的最佳解决方案，申请人以纤维直径和膜厚度为变量，做了正交实验。其中，纤维直径在200nm～1000nm之间取值，膜厚度在0.01mm～0.06mm之间取值，结果如下表所示。
[0077][0078]
图3a为正交实验样品的透气性-保温性的关系曲线图。由图3a可以看出，透气性越高，自降温温度越大，保温性越差。如最右侧的数据点所示，不加纳米纤维膜的复合面料与加膜复合面料自降温差值8℃左右，保温效果明显。
[0079]
根据透气性-保温性关系曲线，取自降温温度＝1.5℃为“保温阈值”，＞1.5℃人体会有明显的降温体感，所以纤维膜的透气性应该为25mm/s以下。图3b为图3a中透气率在45mm/s以下透气性-保温性的关系曲线图的放大图。此外，人体在剧烈运动时需要面料透湿度≥8000g/m2·
d才能满足舒适要求，轻度运动时透湿度≥5000g/m2·
d，本实施例选取的参数范围是自降温温度≤1.5℃，透气率≤25mm/s，透湿量≥8000g/m2·
d以上。可以在保暖同时具有一定透气性和透湿性。据此可以得知，最佳的纤维直径范围为400-800nm和厚度范围为0.02-0.04mm。
[0080]
在如上原则指导下，申请人选择正交实验中的纳米纤维复合面料进行进一步的详细测试。在这些复合面料中，纳米纤维膜厚度介于0.02mm-0.04mm之间，纤维直径在400nm～800nm，可得纤维膜的平均孔径介于0.5μm-2μm之间，孔隙率为70％～90％之间，可达到自降温温度≤1.5℃，透气率≤25mm/s，透湿量≥8000g/m2·
d。经由测试，这些复合面料的透气率介于5mm/s～25mm/s之间，透湿量介于10300-14000g/m2·
24h之间，降温温差
△
t介于0.5℃～1℃之间。其中，降温温差
△
t为送风前后面料内侧的温度差值，是在使用送风装置控制面料表面风速为1-5m/s，环境温度为25℃的情况下测试得到。
[0081]
至此，已经结合附图对本发明实施例进行了详细描述。
[0082]
需要说明的是，对于某些实现方式，如果其并非本发明的关键内容，且为所属技术领域中普通技术人员所熟知，则在附图或说明书正文中并未对其进行详细说明，此时可参照相关现有技术进行理解。
[0083]
此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：
[0084]
(1)文中内层基布和外层基布的材料选择仅是优选，两者还可以是其他面料。
[0085]
(2)文中关于温湿度、纺丝参数等可以进行微调，不严格限定在文中的范围。
[0086]
依据以上描述，本领域技术人员应当对本发明有了清楚地认识。
[0087]
综上所述，本发明通过控制亲水剂的添加、静电纺丝工艺条件、内层基布面料选择等因素实现了对纳米纤维的细度、厚度、孔隙率、温湿度等参数的调节，制备出导湿、透湿、透气和防风保暖的多功能纳米纤维复合面料，同时还具有稳定性好的优点，具有良好的应用前景。
[0088]
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
[0089]
并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
[0090]
除非明确指明为相反之意，本发明的说明书及权利要求中的数值参数可以是近似值，能够根据通过本发明的内容改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等的数字，应理解为在所有情况中是受到“约”的用语所修饰，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中
±
10％的变化、在一些实施例中
±
5％的变化、在一些实施例中
±
1％的变化、在一些实施例中
±
0.5％的变化。
[0091]
再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
[0092]
说明书与权利要求中所使用的序数，例如字母等，以修饰相应的步骤，其本意仅用来使具有某命名的一个步骤得以和另一个步骤能做出清楚区分，并不意味着该步骤有任何的序数，也不代表该步骤与另一步骤的顺序。即除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0093]
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。