本发明涉及纺织加工，尤其涉及一种热防护型玄武岩纤维增强液流纺复合成纱方法和应用。
背景技术：
1、随着现代工业、军事和应急救援等领域对极端高温环境下人体防护需求的日益增长，开发高效、轻量化且智能化的热防护材料已成为纺织领域的关键研究方向。传统热防护织物通常通过增加材料厚度或引入阻燃、隔热层来实现防护功能，但这些方法往往以牺牲织物的透气性、灵活性及穿着舒适性为代价。例如，传统热防护织物通常由外包层、防水透湿层、隔热层和舒适层组成，这种多层结构虽然能够提供一定的热防护性能，但在动态热冲击或长时间高温暴露下，传统材料的被动防护机制存在热蓄积效应显著等问题，难以满足复杂工况下的热防护需求。
2、近年来，相变材料作为一种高效热能存储介质，因其能够在特定温度下吸收或释放大量潜热而受到广泛关注。相变材料的加入可以赋予热防护材料主动调温能力，实现热能的动态吸收与释放，从而有效缓解热蓄积问题。然而，如何将相变材料与纺织材料有机结合，使其在实际应用中发挥最佳性能，仍是热防护研究领域的一大难题。
3、与此同时，玄武岩纤维因其高强度、高模量以及优异的耐极端低温、耐极端高温、隔热绝缘等特性，在新能源、环保、军事等领域的应用逐渐增多。我国已将玄武岩纤维列为重点发展的四大纤维之一，并实现了工业化生产。然而，玄武岩纤维存在模量大、易脆断、服用性能较差等问题，限制了其在极端热防护服装中的广泛应用。因此，迫切需要开发一种连续制造方法，用于制造兼备超强热防护性能以及透湿/透气/柔软的穿着舒适性的纱线及织物，以满足军工、消防和航天等领域的需求。
4、中国发明专利申请cn118372526a公开了一种具备过滤、高热防护、阻燃的舒适型组合面料及其制备方法。该面料由防护外层、三合一复合层和空气层组成，其中三合一复合层包括防护内层、过滤层和舒适层。该组合面料兼具阻燃、透气透湿、过滤性能以及高热防护性能，适用于应急消防领域，如阻燃头套类产品。通过多层复合结构，实现了多种功能的集成，但整体结构较为复杂，且各层之间的协同性可能不足。
5、另一项中国发明专利申请cn116423938a公开了一种多维复合结构的热防护织物及其制备方法。该织物由无机纤维一级防护层、热湿舒适性调控层和气凝胶热二级防护层组成。无机纤维层与热湿舒适性调控层通过勾连交错形成整体，气凝胶层通过间隔式排列保障透气透湿性。该织物通过多层协同提高了对外界高温的阻隔能力。但结构复杂，且在实际应用中可能面临加工难度大、成本高的问题，难以实现高效、轻量化和低成本的热防护解决方案。
6、综上所述，现有技术中缺乏一种能够有效结合相变材料和玄武岩纤维的热防护材料，既能提供优异的热防护性能，又能保持良好的透气性、灵活性和穿着舒适性。因此，开发一种新型的热防护型复合纱线及其制备方法，对于提升热防护材料的整体性能具有重要意义。
技术实现思路
1、为克服上述缺陷，本发明提供了一种热防护型玄武岩纤维增强液流纺复合成纱方法和应用，通过将相变材料与玄武岩纤维有机结合，利用液流纺纱技术构建出具有独特芯鞘结构的复合纱线，实现了高效、轻量化且低成本的热防护解决方案，同时兼顾了透气性、灵活性和穿着舒适性。
2、一种热防护型玄武岩纤维增强液流纺复合纱，包括芯层、内包层、外包层；芯层为封装相变溶液的中空管；内包层为玄武岩纤维螺旋包覆层；外包层为粗纱纤维摩擦纺包覆层。
3、所述热防护型玄武岩纤维增强液流纺复合成纱方法如下：
4、步骤1、采用中空管作为芯层材料；采用玄武岩纤维通过花式捻线机进行螺旋包覆，得到包覆纱；
5、步骤2、采用摩擦纺纱机，将粗纱纤维经刺辊开松后，输送至摩擦辊楔形区；将步骤1得到的包覆纱作为摩擦纺芯纱，经过摩擦纺后得到复合纱；向复合纱的中空硅胶管中注满相变溶液，注入后封闭微管两端，形成封装相变流体的功能芯层，得到热防护型玄武岩纤维增强液流纺复合纱。
6、所述步骤1中的中空管为但不限于中空硅胶管、聚四氟乙烯管、氟橡胶管、合金管、聚醚醚酮管、聚氨酯管、尼龙管、丁腈橡胶管中的一种。
7、所述步骤1中的包覆为分别采用上、下两个锭子进行两次包覆；所述芯线罗拉与输出罗拉速度各自独立地为1-3m/min。
8、所述上、下两个锭子的锭转速各自独立地为2000~3000rpm。
9、所述步骤2中粗纱纤维为但不限于聚酰亚胺纤维、芳纶纤维、粘胶纤维、碳纤维、聚丙烯纤维中的一种。
10、所述步骤2中摩擦纺纱机的分梳辊转速3000-4000r/min，摩擦辊转速1500-2500r/min；喂入速度1-3m/min，输出速度5-10m/min，卷取速度5-15m/min。
11、所述步骤2中封闭微管两端为采用170-190℃、0.2-0.6mpa热压钳持续1-5秒。
12、所述步骤2中相变溶液为但不限于石蜡、正十八烷、正二十烷、月桂酸甲酯、棕榈酸乙酯中的一种。
13、所述热防护型玄武岩纤维增强液流纺复合纱能应用于热防护类纺织品的制备。
14、所述热防护类纺织品包括但不限于太空帐篷、军用炮衣、消防灭火毯、核电站防护服、电弧作业服、消防服、炼钢炉前围裙、航空隔热套。
15、本发明旨在开发一种兼具高热防护性能、舒适性和透气性的新型复合纱线，以满足现代工业、军事和应急救援等领域对极端高温环境下人体防护的复杂需求。通过将相变材料与包覆纤维等高性能材料有机结合，利用液流纺纱技术，构建出具有独特芯鞘结构的复合纱线。该设计不仅突破了传统热防护材料厚重、不透气、舒适性差的局限，还实现了热能的动态吸收与释放，为热防护服装及纺织品的制造提供了高效、轻量化且智能化的解决方案。
16、首先，选择中空管（如中空硅胶管）作为芯层材料，用于封装相变溶液，以实现热能的动态吸收与释放；选用玄武岩纤维等高性能纤维作为内包层的包覆纤维，利用其高强度、高模量特性增强纱线的力学性能；再选择聚酰亚胺纤维等短纤维作为外包层摩擦纺包覆层，以进一步提升纱线的耐磨性和透气性。
17、采用花式捻线机，通过上下两个锭子对包覆纤维进行螺旋包覆，精确控制锭子转速和芯线罗拉与输出罗拉速度，确保玄武岩纤维能够紧密均匀地缠绕在中空管上，形成稳定的内包层，同时避免纤维断裂或中空管变形。
18、利用摩擦纺纱机，将粗纱纤维经刺辊开松后输送至摩擦辊楔形区，将得到的包覆纱作为摩擦纺芯纱，通过摩擦力矩驱动纤维束加捻并形成连续纱体。精确调控摩擦纺纱机的分梳辊转速、摩擦辊转速、喂入速度、输出速度和卷取速度，使外包层纤维均匀包覆在内包层上，形成具有三维交错网络与多层孔隙结构的复合纱线，增强隔热性和透气性。
19、通过微空流泵将相变溶液（如正十八烷）注射进中空管内，确保溶液均匀填充后，采用热压钳封闭微管两端，形成封装相变流体的功能芯层，从而完成热防护型玄武岩纤维增强液流纺复合纱的制备。相变溶液的加入赋予了纱线主动调温能力，使其在热防护性能上更具优势。
20、最后通过对比不同锭子转速、包覆方向等条件下的复合纱性能，确定最佳工艺参数组合，优化纱线的结构和性能。转速平衡了包覆紧密度与纤维完整性，反向包覆结构延长了辐射热反射路径，提升了隔热性能，为产业化应用提供了稳定可靠的工艺基础。
21、与现有技术相比，具有以下几个有益效果：
22、1）本发明通过在中空管内封装相变材料，赋予了纱线主动调温能力，有效缓冲温升，避免热蓄积效应，显著提升了热防护性能。同时，采用多层结构设计，结合玄武岩纤维的高强度和高模量特性，进一步增强了隔热性能和力学性能，使纱线能够更好地抵御高温环境下的机械损伤。
23、2）本发明结合了花式捻线和摩擦纺纱技术，通过精确控制锭子转速、芯线罗拉速度、分梳辊转速等参数，实现了高性能纤维的紧密包覆和均匀复合，工艺操作简单、成本低且易于推广。此外，创新的包覆结构设计（如反向包覆或非对称转速包覆）优化了热反射路径，增强了隔热性能，同时降低了加工损伤风险，提高了纱线的整体性能。
24、3）本发明通过在纱线中引入多层孔隙结构，增强了空气滞留效应，显著提升了纱线的透气性，能够满足人体在高温环境下的舒适性需求。同时，采用热塑性弹性体和高性能纤维的复合设计，使纱线在保持高强度的同时，兼具柔软性和灵活性，极大地改善了穿着舒适性。