一种可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料及其制造方法与流程

本发明涉及一种具有形状记忆和可调尺寸的连续制备结构稳定柔性拉胀面料的方法，可用于服装隔离防护垫、过滤材料、吸声或隔音材料、复合材料等领域，属于纺织服装面料的加工技术领域。

背景技术：

形状记忆功能织物是指具有形态记忆功能的面料，也称记忆布，或形态记忆布。它具有可塑性，且手感柔软而且不用担心有折痕的损伤。用该面料制成的服装不用外力支撑，就可以独立保持任意形态及呈现任意褶皱，用手轻拂后即可完全恢复平整状态，不会留下任何折痕，保形具有永久性。目前市面上的形状记忆面料多采用形状记忆聚氨酯、PTT(聚对苯二甲酸丙二醇酯)纤维制作，虽然具有形状记忆功能，但是在尺寸上却不具有可调性，如孕妇服，随着孕妇肚子增大可变长，但是其周长在变小，对腹中胎儿形成一定压迫。因此，开发兼具可调尺度与形状记忆功能的面料对于面料的舒适性和功能性发展都具有重要意义。而传统针织与机织方式生产面料具有正泊松比，在变形时压迫性不可避免，负泊松比效应面料可提供面料的尺度可调性。

具有负泊松比效应的材料又称拉胀材料，即材料在拉伸时垂直于拉伸方向变宽，压缩时材料变厚的现象，拉胀材料也被称为21世纪16个智能材料之一，并不断有具有拉胀效应的泡沫材料、聚合材料和复合材料被制作出来。拉胀结构采用柔性材料制作并呈现可以为其广泛应用提供基础，目前利用拉胀结构制备了多种拉胀纺织材料，包括拉胀纱线、拉胀织物等。

拉胀纱线的制备主要采用传统正泊松比长丝通过螺旋结构成形，使其在受轴向拉伸作用时，长丝组分由于模量不同而导致结构变化，位置互换，表现为纱线的表观直径增大，如授予Hook的Uses of auxetic fibres(美国专利，发明专利号U.S.2011/8002879B2)，授予胡红等人的一种负泊松比纱线结构及其制造方法(发明专利号CN201210212844.3)；关于拉胀织物的制备主要采用针织结构，在其中加入嵌入纱，使针织结构在拉伸变形过程中由于嵌入纱的作用而打开空隙，形成拉胀效应，如授予Starbuck等人的Fabrics having knit structures exhibiting auxetic properties and garments formed thereby(美国专利，发明专利号U.S.2008/0011021A1)，授予Anand等人的Auxetic knitted fabrics(美国专利，发明专利号WO2010/125397A1)，授予Ugbolue等人的Auxetic fabric structure and related fabrication methods(美国专利，发明专利号U.S.2014/8772187B2)；关于拉胀纺织品的应用，可用于穿戴，如授予Blakely等人的Articles ofapparel with auxetic fabrics(美国专利，发明专利号U.S.2014/0109286A1)，可用于过滤，如授予Martin等人的Filtering face-piece respirator having an auxetic mesh in the mask body(美国专利，发明专利号U.S.2015/8967147B2)，可用于冲击防护，如授予Rossow等人的Blast control blanket(美国专利，发明专利号U.S.2016/0040962A1)，授予Eberlein等人的Seating unit with auxetic support(美国专利，发明专利号U.S.2015/0320220A1)。

上述拉胀织物在制备过程中虽然采用了纤维或纱线，但主要工艺仍然是基于传统的针织工艺，织物产品虽具有拉胀效应，但结构疏松，变形过大，产品在重复使用过程中稳定性差，应用前景十分有限。

技术实现要素：

本发明的目的在于提高拉胀织物在重复使用过程中的稳定性。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料的制造方法，其特征在于，采用如下制备工艺：

(a)由可热定形长丝、形状记忆长丝和第三组分纤维复合构成的纱线，从纱架上退绕，通过导纱器布置成拉胀图案，且在拉胀图案上通过物理方式进行固结，形成拉胀面料，其中：拉胀图案是能够通过力学变形机理作用形成拉胀效应的结构图形；

形状记忆长丝为具有多级玻璃化转变温度、以及对应多级高弹区的弹性长丝，使面料在重复使用中拉胀效应具有形态保持性；

第三组分纤维为天然纤维、再生纤维或化学纤维，用于增加面料的触感和视觉风格、透通性及密度和紧度；

(b)将拉胀面料尺寸变大，拉伸面料至设定尺寸后，通过第一次热定形工艺使热定形长丝定形和使短纤维松弛定形，再通过设定温度下的第二次热定形工艺使形状记忆长丝处于第二次热定形工艺使用温度下对应的高弹区、且结构稳定，形成可调尺度的柔性拉胀面料；

或将拉胀面料尺寸变小，将面料平铺、并处于高温条件下，使热定形长丝和形状记忆长丝应力松弛、并回缩到对应高温下的尺寸，接着冷却至热定形长丝和形状记忆长丝定形，再通过蒸汽处理使短纤维松弛定形，形成形状记忆的柔性拉胀面料。

优选地，所述形状记忆长丝为至少有2级玻璃化转变温度、以及对应至少2级高弹区的弹性长丝，包括形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯；所述形状记忆长丝的多级玻璃化转变温度的最大值不高于拉胀面料的使用温度；所述可热定形长丝的玻璃化温度高于柔性拉胀面料的使用温度、以及洗涤或干洗的环境温度。

优选地，所述拉胀图案为内折叠结构的拉胀结构、手性旋转结构的拉胀结构、或内旋转结构的拉胀结构，将可热定形长丝、形状记忆长丝和第三组分纤维布置为此种拉胀图案并制成面料，借助结构的变形赋予面料拉胀性。

优选地，所述拉胀图案包括内凹六边形、星形网络、内凹菱形、正十二面体、三角格栅、中心旋转矩形、中心旋转三角形、中心旋转四面体、手性蜂窝、中心旋转多面体、铰接六角形、铰接四边形、铰接三角形等及其组合。

优选地，所述拉胀图案上铺有纱线，且纱线在拉胀图案的交点上形成物理固结，包括打结、套接、勾结及其组合。

优选地，所述可热定形长丝、形状记忆长丝和第三组分纤维包括拉胀纤维、非拉胀纤维。

优选地，所述可调尺度是指长度方向的伸长应变不小于60％，所述的柔性拉胀面料在可调尺度范围内具有拉胀效应。

优选地，所述形状记忆是指通过温度处理、或力处理，使纤维发生形变，并稳定在处理温度或力处理状态下的对应长度；所述形状记忆的柔性拉胀面料通过形状记忆整理后，长度方向的收缩应变不小于60％，所述柔性拉胀面料在收缩应变范围内具有拉胀效应。

本发明的另一个技术方案是提供了一种可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料，其特征在于，通过上述的方法形成的具有柔性、负泊松比效应、形状记忆回复、可调大小和结构稳定的柔性拉胀面料，所述柔性拉胀面料无需添加其他粘结剂，长度变长时径向变宽，长度收缩时径向变窄。

本发明的另一个技术方案是提供了一种上述的可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料的应用，其特征在于，用于服装，或用于包裹套、隔离防护垫、过滤材料、吸声或隔音材料、复合材料。

本发明采用多组分长丝与纤维制造具有可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料，不仅产品结构稳定，具有重复使用后的拉胀性，还兼具尺度可调和形状记忆功能，且由于使用不同组分制造，优势互补，织物总体风格良好。可以广泛应用于具有高性能的服装和特殊要求领域中。

本发明提供的一种可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料及其制造方法，采用由可热定形长丝、形状记忆长丝和第三组分纤维复合构成的纱线，制造成具有拉胀图案结构的柔性拉胀面料。该拉胀面料具有柔性，穿着舒适，可调尺度，该面料制备成的服装在长度变长时、周长也变宽，在长度变短时、周长也变窄；尤其是作为孕妇服的面料，根据孕妇服长度变长的需求，将拉胀面料逐渐调大、定形，孕妇服变长了，周长也变长，对人体没有压迫；现有的形状记忆孕妇服，变长了，但周长变小，对人体有压迫。另外，孕妇服需要变回缩小时，通过形状记忆回复，将拉胀面料逐渐回复到原来的长度，在长度变短时、周长也变小。本发明的特点在于柔性拉胀面料具有拉胀性和形状记忆性，可用于服装，尤其是孕妇服长度变长时，径向变宽，对孕妇和胎儿都没有压迫束缚；儿童服装随着年龄增长可以尺寸变大，既减少浪费、节省资源又省去父母们频繁为他们购买服装的困扰；也可以做成不同尺寸和用途的包裹套、隔离防护垫、过滤材料、吸声或隔音材料、复合材料等。

本发明的原理在于选择由可热定形长丝、形状记忆长丝和第三组分纤维复合构成的纱线，制造成拉胀图案，可以手工制作、也可以机械化批量生产；由纱线所形成的具有拉胀图案的拉胀面料，在制造过程中，纱线在拉胀图案的交点上通过物理方式进行固结；且拉胀图案是能够通过拉伸、弯曲、旋转、平移、铰接等力学变形机理作用形成拉胀效应的结构图形；对于拉胀面料尺度变大，形成可调尺度的柔性拉胀面料，可通过热定形工艺使热定形长丝定形、形状记忆长丝和短纤维松弛定形；将拉胀面料尺寸变小或至原来的尺寸，也通过高温使热定形长丝和形状记忆长丝应力松弛、并回缩原来的尺寸，接着冷却至热定形长丝和形状记忆长丝定形，再通过蒸汽处理使短纤维松弛定形，形成形状记忆的柔性拉胀面料。

本发明的特点和有益效果在于：

1)所制备的柔性拉胀面料具有尺寸可调和形状记忆的功能，避免了拉胀面料变形大，使用中尺寸不稳定的缺点，且形状记忆功能可以使其重复使用；

2)所制备的柔性拉胀面料无需添加其他粘结剂，即可具有柔性、负泊松比效应、形状记忆回复、可调大小和结构稳定的性能；

3)所述方法中第三组分纤维可以为天然纤维、再生纤维或化学纤维，可增加面料的触感和视觉风格、透通性及密度和紧度，改善面料结构的疏松；

4)所述的一种可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料的制造方法可以手工制作、也可以机械化批量生产；

5)本发明的特点在于柔性拉胀面料具有拉胀性和形状记忆性，可用于服装，尤其是孕妇服长度变长时，径向变宽，对孕妇和胎儿都没有压迫束缚，且变形后可回复；儿童服装随着年龄增长可以尺寸变大，既减少浪费、节省资源又省去父母们频繁为他们购买服装的困扰；也可以做成不同尺寸和用途的包裹套、隔离防护垫、过滤材料、吸声或隔音材料、复合材料等。

附图说明

图1是双箭头结构可调尺度与形状记忆柔性拉胀面料示意图；

图2(a)是双箭头结构可调尺度与形状记忆柔性拉胀面料变形前示意图；

图2(b)是双箭头结构可调尺度与形状记忆柔性拉胀面料变形后示意图；

图3(a)是双箭头结构可调尺度与形状记忆柔性拉胀面料图2(a)中局部放大示意图；

图3(b)是双箭头结构可调尺度与形状记忆柔性拉胀面料图2(b)中局部放大示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供了一种可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料的制造方法，采用如下制备工艺：

(a)由可热定形长丝、形状记忆长丝和第三组分纤维复合构成的纱线，从纱架上退绕，通过导纱器布置成拉胀图案，且在拉胀图案上通过物理方式进行固结，形成拉胀面料，其中：拉胀图案是能够通过力学变形机理作用形成拉胀效应的结构图形；

形状记忆长丝为具有多级玻璃化转变温度、以及对应多级高弹区的弹性长丝，；

所述形状记忆长丝为至少有2级玻璃化转变温度(多级玻璃化转变温度的最大值不高于拉胀面料的使用温度)、以及对应至少2级高弹区的弹性长丝，使面料在重复使用中拉胀效应具有形态保持性，包括形状记忆聚氨酯、形状记忆聚酯；

可热定形长丝的玻璃化温度高于柔性拉胀面料的使用温度、以及洗涤或干洗的环境温度；

第三组分纤维为天然纤维、再生纤维或化学纤维，用于增加面料的触感和视觉风格、透通性及密度和紧度；

可热定形长丝、形状记忆长丝和第三组分纤维包括拉胀纤维、非拉胀纤维；

拉胀图案为内折叠结构的拉胀结构、手性旋转结构的拉胀结构、或内旋转结构的拉胀结构，将可热定形长丝、形状记忆长丝和第三组分纤维布置为此种拉胀图案并制成面料，借助结构的变形赋予面料拉胀性，包括内凹六边形、星形网络、内凹菱形、正十二面体、三角格栅、中心旋转矩形、中心旋转三角形、中心旋转四面体、手性蜂窝、中心旋转多面体、铰接六角形、铰接四边形、铰接三角形等及其组合；

(b)将拉胀面料尺寸变大，拉伸面料至设定尺寸后，通过第一次热定形工艺使热定形长丝定形和使短纤维松弛定形，再通过设定温度下的第二次热定形工艺使形状记忆长丝处于第二次热定形工艺使用温度下对应的高弹区、且结构稳定，形成可调尺度的柔性拉胀面料；

或将拉胀面料尺寸变小，将面料平铺、并处于高温条件下，使热定形长丝和形状记忆长丝应力松弛、并回缩到对应高温下的尺寸，接着冷却至热定形长丝和形状记忆长丝定形，再通过蒸汽处理使短纤维松弛定形，形成形状记忆的柔性拉胀面料。

可调尺度是指长度方向的伸长应变不小于60％，所述的柔性拉胀面料在可调尺度范围内具有拉胀效应；

形状记忆是指通过温度处理、或力处理，使纤维发生形变，并稳定在处理温度或力处理状态下的对应长度；所述形状记忆的柔性拉胀面料通过形状记忆整理后，长度方向的收缩应变不小于60％，所述柔性拉胀面料在收缩应变范围内具有拉胀效应。

本发明还提供了一种可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料，通过上述的方法形成的具有柔性、负泊松比效应、形状记忆回复、可调大小和结构稳定的柔性拉胀面料，所述柔性拉胀面料无需添加其他粘结剂，长度变长时径向变宽，长度收缩时径向变窄。

形成的可调尺度与形状记忆的柔性拉胀面料可用于孕妇服、儿童服等服装，或用于包裹套、隔离防护垫、过滤材料、吸声或隔音材料、复合材料。