一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法

本发明属于纤维，涉及一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法。

背景技术：

1、吸湿排汗过程包括吸湿过程和放湿过程。吸湿过程是纤维吸收人体皮肤蒸发的气态水的过程，放湿过程是纤维内部的毛细管、微孔、沟槽以及纤维之间的空隙所产生的毛细效应使水分在纤维材料内部及表面吸附、扩散和蒸发的过程。目前，制备吸湿排汗纤维主要有以下四种方法：

2、(1)利用异形板制备异形纤维，如日本帝人公司开发的wellkey纤维是聚酯中空纤维，杜邦研发的coolmaxr聚酯纤维截面呈“十”字管状，韩国晓星集团推出的aerocool聚酯纤维模仿“苜蓿草”，其截面为四叶子形状。利用异形纤维提高纤维及织物的吸湿排汗性能，是目前采用较多的方法，但是高异形度异形纤维的制备对工艺和设备要求较高，同时异形纤维表面的沟槽尺寸较大，难以形成较多的液体传输通道；

3、(2)纤维细旦化，当纤维趋于细旦化(纤度在0.5～1dtex之间)时，纤维的表面积也随之增大，和人体皮肤接触面也增大了，细旦化纤维制成织物时，纤维间可以形成无数个微小孔隙，相当于无数个毛细管，使织物可以快速地将水分运走，但纤维的细旦化对原料、加工工艺和设备等要求较高，由于细旦聚酯纤维截面为圆形，表面光滑，纤维与纤维之间也不能形成紧密的间隙，液体难以在表面润湿，难以形成较多的、连续性的液体运输通道。文献1(永久性和后整理性吸湿排汗面料的性能对比研究[j].山东纺织科技,2018,59(2):4.)中记载，普通细旦化(1dtex)聚酯纤维织物的芯吸高度在12cm；文献2(吸湿排汗异形聚酯变形丝工艺及其性能研究[d].苏州大学.)记载，常规细旦(1dtex)圆形聚酯纤维芯吸长度约2.52cm，文献3(surface modification of polyester fabric using polyvinyl alcoholin alkaline medium[j].indian journal of fibre&textile research,2012,37(3):287-291.)记载，常规细旦(1dtex)圆形聚酯纤维织物表面水接触角为124°。

4、(3)双组分复合纺丝，将聚酯和其他材料复合纺丝，制成具有皮芯结构的异形截面纤维，也可改善纤维的吸湿排汗性能；浙江恒逸高新材料有限公司提出了一种多功能双组份聚酯皮芯复合纤维及制备方法，纤维中芯层成分选自聚酯，皮层成分选自改性聚酯；广东省化学纤维研究所提出了一种吸湿排汗桔瓣型涤丙复合纤维的制备方法，该纤维的截面为桔瓣型骨架。双组分复合纺丝方法，需要额外涉及喷丝板，加工工艺也相对复杂，成品纤维仍以圆形界面为主，仍然存在难以在纤维间和纤维表面形成有效的液体输送通道；

5、(4)化学表面改性，化学纤维的原材料主要为聚酯、聚酰胺等疏水材料，可通过引入亲水基团(羧基、羟基、酰胺基等)或者在聚合时加入亲水物质使聚合物具备亲水性；或者对化学表面进行亲水处理，通过接枝、交联等方法来增加纤维表面的亲水基团，也可使纤维达到吸湿的目的，但是，纤维亲水性会随着水洗次数的增加而减弱，表面改性方法还存在，改性不均匀、成本高、存在可能的环境污染等问题。

6、因此，研究一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法，以解决目前吸湿排汗纤维制备难度大，难以实现舒适性和功能协调等问题，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法。现有技术通过设计纤维异形截面或降低纤度提高芯吸效应，本发明利用熔融共混纺丝的方法，在纺丝过程中通过调节拉伸力和界面力的平衡，在纤维表面制备具有自发输水效应的微通道，实现在熔融纺丝过程中，一步制备具有吸湿排汗效果的聚酯纤维。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，将聚酯和亲水性聚合物混合得到混合物后进行熔融共混纺丝，通过控制聚酯的粘度、亲水性聚合物的种类和纺丝温度控制亲水性聚合物和聚酯之间的界面张力不低于0.5×10-3n/m，控制凹槽的长径比>1000，同时控制凹槽在纤维横向上的长度大于0.1μm制得吸湿排汗聚酯纤维；

4、共混体系的界面张力通过实验方法测得，界面张力的测量方法结合嵌入纤维回缩法和形变液滴回缩法，通过观测嵌入纤维形状的回缩过程，利用小形变模型拟合，获得界面张力的数值，并通过测量不同分子量及分布和不同温度的界面张力，建立界面张力与温度、分子量及其分布的数据模型，用以研究更广泛温度和分子量及其分布范围内的界面张力；

5、吸湿排汗聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分；

6、凹槽的长径比为凹槽在纤维轴向上的长度与凹槽在纤维横向上的长度的比值。

7、作为优选的技术方案：

8、如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，凹槽的长径比以及凹槽在纤维横向上的长度的值是通过控制常数a>4并控制常数c>5控制的；

9、常数a的计算公式如下：

10、

11、

12、

13、式中，ηm为聚酯的粘度，单位为pa·s；为应力应变速率，单位为s-1；dd为聚合物共混物在流入喷丝孔前亲水性聚合物的初始直径，单位为m；γ为亲水性聚合物和聚酯之间的界面张力，单位为n/m；p为亲水性聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值；聚合物粘度由毛细管流变仪测量得到，利用毛细管流变仪入口区收敛流场流动的压力降δp0计算熔体在拉伸流场中的粘度；

14、常数c的计算公式如下：

15、

16、wa＝γd+γm-γ；

17、式中，f为熔融共混纺丝时纤维所受的拉伸应力，单位为n，f由在线张力仪测得；d为分散相的直径，单位为m；a为吸湿排汗聚酯纤维的横截面积，单位为m2；wa为聚酯与亲水性聚合物之间的界面结合功，单位为n/m；γd和γm分别为亲水性聚合物和聚酯的表面能，单位为n/m。

18、如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，常数a的取值是通过调节聚酯的粘度和分子量及其分布、亲水性聚合物的种类和分子量及其分布、熔体挤出的速度、纺丝温度、拉伸温度和纺丝速度来实现控制的；其中，聚酯的粘度和分子量及其分布、纺丝温度和决定ηm的取值，熔体的挤出速度和纺丝温度决定挤出过程中的取值，拉伸温度和纺丝速度决定在拉伸过程中的取值，纺丝温度、聚酯的粘度和亲水性聚合物的种类共同决定γ的取值，聚酯的粘度和亲水性聚合物的种类和分子量及其分布决定p的取值，ηm、γ共同决定dd的取值，此值的取值一般通过实际测量获得。

19、如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，常数c的取值是通过调节拉伸比、拉伸温度、纺丝速度、聚酯的粘度、亲水性聚合物的种类、纺丝温度和喷丝孔孔径来实现控制的；其中，拉伸比、拉伸温度和纺丝速度共同决定f的取值，拉伸比、纺丝速度、聚酯的粘度、亲水性聚合物的种类、纺丝温度和喷丝孔孔径共同决定d和a的取值，不同纺程位置的a值和d值可通过实验测量获得，d值也可基于共混物熔体出喷丝孔后的初始值，再基于仿射形变模型计算预测，聚酯的粘度、亲水性聚合物的种类、纺丝温度、拉伸温度共同决定wa的取值。

20、如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，混合物中亲水性聚合物的含量的取值范围为10～30wt％；

21、聚酯在所述纺丝温度下的零切粘度的取值范围为50～1000pa·s；

22、聚酯的数均分子量的取值范围为20000～30000，分子量分布指数的取值范围为2～5；

23、亲水性聚合物为聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺46、聚酰胺56，在所述纺丝温度下的零切粘度的取值范围为60～4000pa·s；零切粘度通过旋转流变仪测得的流变曲线，结合三参数bird-carreau-yasuda模型回归测得；

24、亲水性聚合物的数均分子量的取值范围为1000～300000，分子量分布指数的取值范围为1～5；

25、亲水性聚合物的粘度和聚酯的粘度的比值的取值范围为0.01～20；

26、熔体挤出的速度的取值范围为2.5×10-11～1.5×10-8m3/s；

27、纺丝温度的取值范围为280～310℃；

28、拉伸温度的取值范围为60～160℃；

29、纺丝速度的取值范围为800m/min以上；

30、拉伸比的取值范围为2～5；

31、喷丝孔孔径的取值范围为0.2×10-3～0.3×10-3m。

32、上述参数会影响常数a和常数c的计算公式中一些参数的取值，进而影响常数a和常数c的取值，例如上述参数导致聚合物共混物在流入喷丝孔前分散相聚合物的初始直径dd的取值范围为0.01×10-6～10×10-6m，上述参数导致吸湿排汗聚酯纤维的横截面积为特定值a(因为上述参数导致了纤维直径的取值范围为10×10-6～3000×10-6m)，上述参数导致亲水性聚合物和聚酯之间的界面张力γ的取值范围为0.7×10-3～7.6×10-3n/m，上述参数导致聚酯与亲水性聚合物之间的界面结合功wa的取值范围为1～20×10-2n/m，上述参数导致应力应变速率的取值范围为0～20000s-1。

33、本发明还提供一种吸湿排汗聚酯纤维，采用如上任一项所述的制备方法制得；吸湿排汗聚酯纤维由纤维本体以及分布在纤维本体表面的凹槽构成，凹槽为相对于纤维本体表面凹陷的部分。

34、作为优选的技术方案

35、如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维，吸湿排汗聚酯纤维的单丝纤度为1.0～2.0dtex，横截面形状为圆形。

36、如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下，吸湿排汗聚酯纤维的芯吸长度(测试时吸湿排汗聚酯纤维水平放置)为20～70mm，液体在水平悬空并自然伸直的纤维间的流动速率2～7mm/s1/2；由吸湿排汗聚酯纤维制得的经密为33根/cm、纬密为22根/cm的织物的芯吸高度(测试时织物竖直放置)为10～20cm，表面水接触角为60～85°。

37、本发明的原理如下：

38、纤维的吸湿排汗的主要机理是毛细芯吸效应，在纤维表面构造凹槽状的凹凸结构，有利于在纤维之间和纤维表面形成液体输送通道，从而在有渗透压等外力条件下，实现液体的自发流动，从而提升纤维及其织物的芯吸性能。在表面凹凸纤维的制备过程中，需要在满足界面张力在0.5×10-3n/m以上，才能发生较明显的相分离，界面张力值越大，相分离越明显，纤维表面凹槽越宽。理论上表面有较宽凹槽的存在可使纤维之间和纤维表面形成有效的芯吸通道，而较小的凹槽则不能形成有效的芯吸通道，本专利发现凹槽在纤维横向上的长度大于0.1μm时，才能形成有效的芯吸通道。保证液体在纤维之间和纤维表面稳定传输的另一因素是运输通道的连续性，即沟槽的连续性，因此控制凹槽长径比>1000是另一必要条件。

39、有益效果：

40、(1)本发明的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，工艺简单，简单熔融共混纺丝就可实现吸湿排汗功能纤维的制备；

41、(2)本发明制得的吸湿排汗聚酯纤维，相比纯聚酯纤维，具有优异的吸湿排汗性能，柔和的光泽，较好的染色性能，而且具有较好的舒适性能，在高档舒适型面料中具有较好的应用价值。