本发明涉及复合材料技术领域，特别涉及一种砭石改性聚酯纤维及其制备方法和纤维织物。
背景技术：
棉纤维吸湿透气性好，柔软而保暖，易染，且热舒适性好，是极受消费者喜欢的服饰产品。目前，我国因庞大纺织工业的刚性需求，我国棉花供需矛盾相当突出。因此，需要合成纤维原料来替代棉纤维。
聚酯纤维商品名为涤纶，由聚对苯二甲酸乙二醇酯制备而成，是目前最大的合成纤维品种。聚酯纤维具有很多天然纤维不可比拟的良好特性，如断裂强度高，弹性好，耐热、耐磨、耐光性好，织物尺寸稳定，且回弹性适中，在较大温度范围内仍能保持优良的物理力学性能，织物具有良好的抗有机溶剂、氧化剂等性能。因此，聚酯纤维在现今纺织产品、农业领域具有广泛应用。然而，聚酯纤维本身具有一些不良性能，如吸湿性差等，导致纺织品的穿着舒适感较差。
为了改善聚酯纤维的性能，人们开始通过纤维改性技术，提高聚酯纤维产品的舒适度。聚酯纤维的改性方法主要有化学改性和物理改性的方法，其中，化学改性包括共聚和纤维表面改性处理，物理改性包括填充、共混、改进纺丝技术以及改变纤维形态等。但是，现有的改性聚酯纤维制成的纺织品舒适度与棉纤维制品相比仍然较差。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种砭石改性聚酯纤维及其制备方法和纤维织物。本发明提供的砭石改性聚酯纤维吸湿性好，制成的纺织品舒适度好。
本发明提供了一种砭石改性聚酯纤维，由包括如下质量含量的原料熔融纺丝得到：
聚酯70～95％
玄黄砭石粉1～20％
纳米远红外抑菌粉4～20％。
优选的，所述玄黄砭石粉的粒径为200～500nm。
优选的，所述纳米远红外抑菌粉包括纳米铜粉体、纳米氧化锌粉体和纳米椰炭粉体中的一种或多种。
优选的，其特征在于，所述砭石改性聚酯纤维的中空为20％以上。
本发明提供了一种上述技术方案所述砭石改性聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玄黄砭石粉、纳米远红外抑菌粉和部分聚酯混合后进行造粒，得到母粒；
(2)将所述步骤(1)得到的母粒与剩余聚酯熔融混合后进行纺丝，得到砭石改性聚酯纤维。
优选的，所述步骤(1)中玄黄砭石粉和部分聚酯的质量比为1:(2.5～3.5)。
优选的，所述步骤(1)中的混合和造粒的温度独立地为30～60℃。
优选的，所述步骤(2)中熔融混合和纺丝的温度独立地为240～280℃。
优选的，所述步骤(2)中纺丝的速度为1100～1600m/min。
本发明提供了一种纤维织物，由包括上述技术方案所述砭石改性聚酯纤维或按照上述技术方案所述制备方法制备的砭石改性聚酯纤维的纱线织造得到。
本发明提供的砭石改性聚酯纤维，由包括如下质量含量的原料熔融纺丝得到：聚酯70～95％，玄黄砭石粉1～20％，纳米远红外抑菌粉4～20％。本发明提供的砭石改性聚酯纤维通过添加一定量的玄黄砭石粉提高远红外发射率和热传导性，与一定量的纳米远红外抑菌粉配合发射远红外线，容易被人体吸收并在人体内使皮下温度上升，改善人体微循环，促进新陈代谢；同时还具有吸湿快干的功效；此外，玄黄砭石粉中含有的多种人体有益的微量元素成分(如锶、钛、铬、锰、锌等三十几种稀土和微量元素)及人体必需的钙、铁、磷、钾、钠等元素能够活化细胞，大大提高了穿着纺织品的舒适感。实验结果表明，本发明提供的砭石改性聚酯纤维远红外发射率为0.93，远红外辐射温升值1.6℃；吸湿发热性能为最高升温值达8.8℃；30min内平均升温值3.7℃。
此外，玄黄砭石粉与一定量的纳米远红外抑菌粉配合使砭石改性聚酯纤维具有良好的抑菌性能。实验结果表明，本发明提供的砭石改性聚酯纤维大肠杆菌(8099)抑菌率达到90％；金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)抑菌率＞99％。
本发明首先将玄黄砭石粉、纳米远红外抑菌粉和部分聚酯混合后进行造粒，得到具有功能的改性母粒，然后与剩余聚酯熔融混合后纺丝，与常规直接混合纺丝相比，玄黄砭石粉、纳米远红外抑菌粉和聚酯间的结合性能更好，能够进一步提高砭石对聚酯的改性效果。
具体实施方式
本发明提供了一种砭石改性聚酯纤维，由包括如下质量含量的原料熔融纺丝得到：聚酯70～95％，玄黄砭石粉1～20％，纳米远红外抑菌粉4～20％。在本发明中，所述玄黄砭石粉和纳米远红外抑菌粉的质量比优选为1:(1.5～2.5)，更优选为1:2。本发明对所述玄黄砭石粉和聚酯的比例没有特殊的限定，在上述范围内进行调整即可。
本发明提供的砭石改性聚酯纤维的原料包括聚酯70～95％，优选为75～90％，更优选为80～85％。本发明对所述聚酯的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的聚酯切片即可。
本发明提供的砭石改性聚酯纤维的原料包括玄黄砭石粉1～20％，优选为2～15％，更优选为3～10％。在本发明中，所述玄黄砭石粉的粒径优选为200～500nm，更优选为300～400nm。在本发明中，所述玄黄砭石粉为火山熔岩石，颜色为红间黄，密度和硬度较高，具有很高的远红外发射率和热传导性，含有多种人体有益的微量元素成分，如锶、钛、铬、锰、锌等三十几种稀土和微量元素，以及人体必需的钙、铁、磷、钾、钠等元素。在本发明中，所述玄黄砭石粉具有远红外线发射功能，发射的远红外线容易被人体吸收并在人体内使皮下温度上升，活化细胞，改善人体微循环，促进新陈代谢，同时还具有吸湿快干的功效，并具有抑菌的作用。
本发明对所述玄黄砭石粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，当所述玄黄砭石原料的粒径在上述范围时，本发明优选直接使用。在本发明中，当所述玄黄砭石原料的粒径不符合上述范围时，本发明优选将所述玄黄砭石原料进行粉碎。
本发明优选采用全封闭湿磨对玄黄砭石原料进行粉碎，更优选包括以下步骤：将玄黄砭石原料进行粗磨，得到玄黄砭石颗粒；将所述玄黄砭石颗粒进行除杂后精磨，得到玄黄砭石粉。
在本发明中，所述粗磨得到的玄黄砭石颗粒的粒径优选为5～10mm，更优选为6～8mm。在本发明中，所述粗磨有助于后续除杂过程中有机质的去除。
本发明对所述除杂的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的砭石除杂的技术方案即可。在本发明中，所述除杂优选依次包括冲洗和热处理。在本发明中，所述热处理的温度优选为800～1000℃，更优选为850～950℃；所述热处理的时间优选为10～20min，更优选为13～18min。在本发明中，所述除杂能够去除玄黄砭石中的有机质。
本发明提供的砭石改性聚酯纤维的原料包括纳米远红外抑菌粉4～20％，优选为10～15％，更优选为12～14％。在本发明中，所述纳米远红外抑菌粉的粒径优选为900～1500nm，更优选为1000～1200nm。在本发明中，所述纳米远红外抑菌粉优选包括纳米铜粉体、纳米氧化锌粉体和纳米椰炭粉体中的一种或多种。本发明对所述纳米远红外抑菌粉的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售产品即可。在本发明中，所述纳米椰炭粉体优选为椰子壳经过高温炭化形成。在本发明中，所述高温炭化的温度优选为800～1000℃，更优选为850～950℃，最优选为900℃。在本发明中，所述纳米远红外抑菌粉能够发射远红外线，并起到抑菌的作用。
在本发明中，所述砭石改性聚酯纤维的中空优选为20％以上，更优选为30～50％，最优选为35～45％。本发明对所述砭石改性聚酯纤维的规格没有特殊的限定，根据纺织品的需求进行调整即可。在本发明的实施例中，所述砭石改性聚酯纤维的规格优选为1.5D*38MM中空，所述中空的直径优选为0.2～0.3D。在本发明中，所述玄黄砭石粉和纳米远红外抑菌粉与聚酯基体融为一体，玄黄砭石粉和纳米远红外抑菌粉在基体中均匀分布。
本发明提供了一种上述技术方案所述砭石改性聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将玄黄砭石粉、纳米远红外抑菌粉和部分聚酯混合后进行造粒，得到母粒；
(2)将所述步骤(1)得到的母粒与剩余聚酯熔融混合后进行纺丝，得到砭石改性聚酯纤维。
本发明将玄黄砭石粉、纳米远红外抑菌粉和部分聚酯混合后进行造粒，得到母粒。在本发明中，所述玄黄砭石粉和部分聚酯的质量比优选为1:(2.5～3.5)，更优选为1:3。在本发明中，所述玄黄砭石粉和纳米远红外抑菌粉的质量比优选为1:(1.5～2.5)，更优选为1:2。
本发明对所述玄黄砭石粉、纳米远红外抑菌粉和部分聚酯混合和造粒的操作没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合和造粒的技术方案即可。在本发明中，所述混合和造粒的温度优选独立地为30～60℃，更优选为35～55℃，最优选为40～50℃。
在本发明中，所述造粒优选为热熔融冷却造粒。在本发明中，所述母粒的粒径优选为200～1000，更优选为500～700。本发明通过混合和造粒将玄黄砭石粉和纳米远红外抑菌粉复合于聚酯内，使各组分融为一体，提高了界面结合性能，避免制成的纤维织物在洗涤使玄黄砭石粉的脱落，保持各种性能的稳定。
得到母粒后，本发明将所述母粒与剩余聚酯熔融混合后进行纺丝，得到砭石改性聚酯纤维。在本发明中，所述熔融混合和纺丝的温度优选独立地为240～280℃，更优选为250～270℃，最优选为260℃。在本发明中，所述纺丝的速度优选为1100～1600m/min，更优选为1200～1500m/min，最优选为1300～1400m/min。
在本发明中，所述纺丝优选为干喷湿纺法。本发明对所述熔融混合和纺丝的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的熔融纺丝设备即可。在本发明中，所述纺丝优选采用异型中空的喷丝板。在本发明中，所述干喷湿纺法和异形中空的喷丝板能够进一步增强纤维的吸湿性和柔软度，使其具有更轻柔和保暖的作用，并且纳米砭石粉体均匀的分布在纤维内，使纤维具有远红外性能、抑菌、吸湿发热等性能。
纺丝完成后，本发明优选将所述纺丝的产品进行牵伸，得到砭石改性聚酯纤维。在本发明中，所述牵伸的倍数优选为2.7～4.2倍，更优选为3.2～4.0倍。本发明对所述砭石改性聚酯纤维的规格没有特殊的限定，根据纺织品的需求进行调整即可。在本发明的实施例中，所述砭石改性聚酯纤维的规格优选为1.5D*38MM中空，所述中空的直径优选为0.2～0.3D。
本发明提供了一种纤维织物，包括上述技术方案所述砭石改性聚酯纤维或按照上述技术方案所述制备方法制备的砭石改性聚酯纤维。在本发明中，所述纤维织物中砭石改性聚酯纤维的质量含量优选优选为30％以上，更优选为50～90％，最优选为60～80％。本发明对所述纤维织物中的剩余组分的种类没有特殊的限定，采用本领域常规的织物纤维即可。在本发明中，所述纤维织物中除砭石改性聚酯纤维以外的剩余组分优选为普通涤纶、氨纶、棉纤维和/或竹纤维。本发明对所述纤维织物的种类没有特殊的限定，本发明提供的砭石改性聚酯纤维能够用于任意种类的纤维织物。在本发明中，所述纤维织物优选包括内衣、运动服、床品、鞋垫、袜子、滑雪衣、手套、围巾以及其他身体各部位保暖护具。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的砭石改性聚酯纤维及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1:
其按照重量百分比制作：
玄黄砭石粉：3％，纳米铜粉体6％，聚酯切片：91％。
选用以上配比后，进行如下制备步骤：
玄黄砭石经过初步精选，利用纳米粉碎设备采用全封闭的湿磨技术，经过多次粉碎到5～6mm的颗粒，经冲洗、煮炼去除有机杂质，后经纳米设备粉碎成200～300nm的颗粒，制成玄黄砭石粉体；
将玄黄砭石粉体、聚酯切片和纳米远红外抑菌粉体按照1:3:2的比例进行充分均匀混合，然后采用封闭式母粒制造机，制造成功能性母粒，处理过程中需进行30℃的恒温，处理时间为1小时；
将功能性母粒和剩余聚酯切片在240℃下，使用融机将混合物融化制成溶液，通过纺丝机纺丝，纺丝速度为1100米/分钟，采用干喷湿纺法，采用异形中空的喷丝板，纤维高度中空可达20％以上，再经过牵伸，牵伸倍数为2.7倍，经过裁切后得到砭石改性聚酯纤维，纤维规格为1.5D*38MM。
实施例2:
其按照重量百分比制作：
玄黄砭石：2％，纳米氧化锌粉体：4％，聚酯切片：94％；
选用以上配比后，进行如下制备步骤：
玄黄砭石经过初步精选，利用纳米粉碎设备采用全封闭的湿磨技术，经过多次粉碎到6～8mm的颗粒，经冲洗、煮炼去除有机杂质，后经纳米设备粉碎成300～400nm的颗粒，制成玄黄砭石粉体；
将玄黄砭石粉体、聚酯切片和纳米远红外抑菌粉体按照1:3:2的比例进行充分均匀混合，然后采用封闭式母粒制造机，制造成功能性母粒，处理过程中需进行50℃的恒温，处理时间为1小时；
将功能性母粒和剩余聚酯切片在260℃下，使用融机将混合物融化制成溶液，通过纺丝机纺丝，纺丝速度为1400米/分钟，采用干喷湿纺法，采用异形中空的喷丝板，纤维高度中空可达20％以上，经过牵伸，牵伸倍数为3.2倍，经过裁切后得到砭石改性聚酯纤维，纤维规格为1.5D*38MM。
实施例3:
其按照重量百分比制作：
玄黄砭石：2.5％，纳米椰炭粉体5％，聚酯切片：92.5％；
选用以上配比后，进行如下制备步骤：
玄黄砭石经过初步精选，利用纳米粉碎设备采用全封闭的湿磨技术，经过多次粉碎到8～10mm的颗粒，经冲洗、煮炼去除有机杂质，后经纳米设备粉碎成400～500nm的颗粒，制成玄黄砭石粉体；
将玄黄砭石粉体、聚酯切片和纳米远红外抑菌粉体按照1:3:2的比例进行充分均匀混合，然后采用封闭式母粒制造机，制造成功能性母粒，处理过程中需进行60℃的恒温，处理时间为1小时；
将功能性母粒和剩余聚酯切片在280℃下，使用融机将混合物融化制成溶液，通过纺丝机纺丝，纺丝速度为1600米/分钟，采用干喷湿纺法，采用异形中空的喷丝板，纤维高度中空可达20％以上，经过牵伸，牵伸倍数为4.2倍，经过裁切后得到改性涤纶聚酯纤维，纤维规格为1.5D*38MM。
对实施例1～3中的砭石改性聚酯纤维进行性能测试，结果如下：
1、远红外性能：远红外发射率0.93，远红外辐射温升值(℃)1.6；依据GB/T 30127-2013；技术要求，远红外发射率≥0.88、远红外辐射温升值(℃)≥1.4。
2、大肠杆菌(8099)抑菌率(％)：达到90％；依据GB/T 20944.3-2008；标准≥70％。
3、金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)抑菌率(％)：＞99％；依据GC/T20944.3-2008；标准≥70％。
4、吸湿发热性能，最高升温值达8.8℃；30min内平均升温值3.7℃。
由以上实施例可以看出，本发明提供的砭石改性聚酯纤维具有远红外线发射功能，使温度上升，同时还具有吸湿快干的功效，同时具有抑菌的作用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。