本發(fā)明涉及功能型纖維制備領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維及制備方法。

背景技術(shù)：

隨著地球氣候逐漸變暖，具有隔熱降溫的功能性織物逐漸受到人們重視。尤其是炎熱高溫的夏天，人們希望穿一些輕便的隔熱衣物以達(dá)到?jīng)鏊禍氐哪康?。為了減低纖維或織物的表面對(duì)熱輻射的吸收和透過(guò)，需要研發(fā)在太陽(yáng)光的近紅外光范圍內(nèi)具有高的反射率的纖維材料。研究表明，通過(guò)適當(dāng)?shù)姆瓷浣橘|(zhì)，有效反射陽(yáng)光攜帶的熱輻射，可以有效降低體表溫度，隨時(shí)享受“樹蔭”下的涼爽。

現(xiàn)有技術(shù)中公開了一種在聚酯纖維中添加0.1～1.0微米的六方晶形氮化硼無(wú)機(jī)粒子，以及在聚(對(duì)苯二甲酸丙二醇酯)纖維中添加20～80nm的氮化硼顆粒，通過(guò)熔融紡絲成功制得優(yōu)異的接觸冷感衣料。這種涼感纖維僅限于貼身織物的使用，主要借助氮化硼的高導(dǎo)熱率加快人體散熱，使用范圍較窄。此外，還提供了一種抗紫外線、抗可見光、抗近紅外為一體的特種功能纖維材料的制備，他們?cè)诰埘ダw維、錦綸纖維、滌綸纖維、丙綸纖維、粘膠纖維等纖維中添加粒度小于80nm的納米粉體KMg3(AlSi3O10)F2+α-Fe的納米材料，通過(guò)納米α-Fe粉體5％-25％的摻雜含量以調(diào)控紫外線—可見光—近紅外的反射率，制得以反射型為主的特種功能纖維。這種纖維據(jù)稱具有良好紫外線—可見光—近紅外反射率。但是這種纖維表面粗糙，力學(xué)性能差，可織性差，通用性不強(qiáng)。并且上述采用的納米材料很難獲得，尺寸也不適合作為高效的近紅外反射材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)現(xiàn)有反射近紅外線的織物纖維表面粗糙且可織性差的缺陷，提供一種通過(guò)采用核殼復(fù)合纖維技術(shù)制備的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維及制備方法，在復(fù)合聚酯纖維表面包裹一層聚酯，提高核殼復(fù)合纖維的表面平整度和力學(xué)性能，進(jìn)而提高復(fù)合纖維的可織性及通用性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維，采用核殼復(fù)合纖維紡絲工藝制備，包括核層和殼層：

所述核層包括添加有無(wú)機(jī)填料的第一纖維級(jí)聚酯；其中無(wú)機(jī)填料占核層的質(zhì)量百分比為5～40wt％，且所述無(wú)機(jī)填料的顆粒尺寸為100～1000nm；

所述殼層包括第二纖維級(jí)聚酯。在本發(fā)明所述的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維中，所述第一纖維級(jí)聚酯和第二纖維級(jí)聚酯從以下材料中選擇：聚對(duì)苯二甲酸乙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚對(duì)萘二甲酸乙二酯和聚乳酸。

在本發(fā)明所述的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維中，所述第一纖維級(jí)聚酯為半消光、全消光或者大有光的纖維級(jí)聚酯；所述第二纖維級(jí)聚酯為半消光、全消光或者大有光的纖維級(jí)聚酯。

在本發(fā)明所述的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維中，所述無(wú)機(jī)填料為折射率高于1.7的高折射率無(wú)機(jī)填料；所述無(wú)機(jī)填料從以下材料中選擇：二氧化鈦、氧化鋅、中空二氧化硅球、氧化鋁和氧化鋯。

在本發(fā)明所述的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的制備方法中，所述核層與殼層的擠出體積計(jì)量比為1/3～5/3，所得反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的內(nèi)徑與外徑之比為1/2～4/5。

在本發(fā)明所述的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的制備方法中，所述反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的近紅外線波長(zhǎng)范圍為700～2500nm。

本發(fā)明還提供了一種如上所述的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的制備方法，包括以下步驟：

S1、稱取干燥的無(wú)機(jī)填料和第一纖維級(jí)聚酯置于高速混料機(jī)共混，將共 混料經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出、造粒和干燥，制得復(fù)合聚酯母粒；

S2、以步驟S1所得復(fù)合聚酯母粒為核層，第二纖維級(jí)聚酯為殼層，采用核殼復(fù)合纖維紡絲工藝制得所述反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維。

在根據(jù)本發(fā)明所述的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的制備方法中，所述步驟S2中采用雙組份熔融復(fù)合紡絲機(jī)制得所述反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維。

在根據(jù)本發(fā)明所述的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的制備方法中，所述步驟S2中設(shè)置的核層與殼層的擠出體積計(jì)量比為1/3～5/3，所得反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的內(nèi)徑與外徑之比為1/2～4/5。

實(shí)施本發(fā)明的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維及制備方法，具有以下有益效果：本發(fā)明通過(guò)在核層的復(fù)合聚酯纖維中添加無(wú)機(jī)填料，并通過(guò)核殼復(fù)合纖維紡絲工藝在復(fù)合聚酯纖維表面包裹一層聚酯，提高了核殼復(fù)合纖維的表面平整度和力學(xué)性能，進(jìn)而提高復(fù)合纖維的可織性及通用性；此外其內(nèi)部核層的無(wú)機(jī)填料可以采用大尺寸的顆粒，含量高且分布均勻，大幅度提高了材料的反射率，可以選擇性反射來(lái)自陽(yáng)光的近紅外線及可見光，同時(shí)允許來(lái)自人體的中紅外線和遠(yuǎn)紅外線透過(guò)，從而達(dá)到阻隔外來(lái)熱量、釋放人體熱量降低體溫的目的。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的制備方法的流程圖；

圖2a和2b分別為雙組分熔融復(fù)合紡絲設(shè)備及其紡絲頭的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a和3b分別為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的核殼復(fù)合纖維的側(cè)面顯微圖和截面顯微圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的核殼復(fù)合纖維所得平紋機(jī)織物的近紅外線反射光譜。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例及附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明根據(jù)米氏散射的原理，構(gòu)造一種反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維，其采用核殼復(fù)合纖維紡絲工藝制備，包括核層和殼層。其中核層包括添加有無(wú)機(jī)填料的第一纖維級(jí)聚酯；其中無(wú)機(jī)填料占核層的質(zhì)量百分比為5～40wt％，且無(wú)機(jī)填料的顆粒尺寸為100～1000nm。而殼層則采用第二纖維級(jí)聚酯作為原料制備。

本發(fā)明還相應(yīng)提供了上述反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維的制備方法，如圖1所示包括以下步驟：

S1、復(fù)合聚酯母粒的制備：

按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱取一定量干燥的無(wú)機(jī)填料和第一纖維級(jí)聚酯，置于高速混料機(jī)共混，然后將共混料經(jīng)雙螺桿擠出機(jī)熔融共混、擠出、造粒和干燥，制得復(fù)合聚酯母粒。其中優(yōu)選地，無(wú)機(jī)填料占復(fù)合聚酯母粒的質(zhì)量百分比為5～40wt％，無(wú)機(jī)填料的顆粒尺寸為100～1000nm。并且優(yōu)選采用多級(jí)加熱雙螺桿擠出機(jī)制備復(fù)合聚酯母粒。

S2、核殼復(fù)合纖維的制備：

以步驟S1所得干燥的復(fù)合聚酯母粒作為核層原料，另選第二纖維級(jí)聚酯為殼層，采用核殼復(fù)合纖維紡絲工藝制得本發(fā)明的反射近紅外線的隔熱核殼復(fù)合纖維，又可簡(jiǎn)稱為核殼復(fù)合纖維。

具體地，上述第一纖維級(jí)聚酯和第二纖維級(jí)聚酯可以為消光級(jí)別相同或者不同的纖維級(jí)聚酯，也可以為聚酯種類相同或者不同的纖維級(jí)聚酯。例如，該第一纖維級(jí)聚酯和第二纖維級(jí)聚酯均可以從半消光、全消光或者大有光級(jí)別的材料中選擇：聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯(PTT)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對(duì)萘二甲酸乙二酯(PEN)和聚乳酸(PLA)。優(yōu)選地，該第一纖維級(jí)聚酯和第二纖維級(jí)聚酯中一種為全消光或者半消光的纖 維級(jí)聚酯，另一種為大有光的纖維級(jí)聚酯。

上述步驟S1中采用的無(wú)機(jī)填料為高折射率無(wú)機(jī)填料，即折射率高于1.7的無(wú)機(jī)填料。該高折射率無(wú)機(jī)填料可以但不限于從以下材料中選擇：二氧化鈦、氧化鋅、中空二氧化硅球、氧化鋁和氧化鋯。該無(wú)機(jī)填料的顆粒尺寸為100～1000nm，優(yōu)選為700-1000nm。

上述步驟S2可以通過(guò)雙組份熔融復(fù)合紡絲機(jī)，采用合適的復(fù)合紡絲工藝，精密計(jì)量，經(jīng)紡絲、牽伸及卷繞等工藝制得核殼復(fù)合纖維。請(qǐng)參閱圖2a和2b，分別為雙組分熔融復(fù)合紡絲設(shè)備及其紡絲頭的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2a所示，該雙組份熔融復(fù)合紡絲設(shè)備至少具有第一進(jìn)料器1、第二進(jìn)料器2、擠出機(jī)3、齒輪泵4、紡絲頭5和卷繞頭6。其中，將步驟S1制得的復(fù)合聚酯母粒從第一進(jìn)料器1進(jìn)料，將選用的第二纖維級(jí)聚酯從第二進(jìn)料器2進(jìn)料，通過(guò)各自的擠出機(jī)3擠出至紡絲頭5。如圖2b所示，紡絲頭5具有位于中心的核層進(jìn)料口52以及位于周圍的殼層進(jìn)料口51。在齒輪泵4的作用下，紡絲頭5以復(fù)合聚酯母粒為核層，第二纖維級(jí)聚酯為殼層進(jìn)行紡絲，得到長(zhǎng)絲7，再通過(guò)卷繞頭6牽伸及卷繞后得到核殼復(fù)合纖維。該步驟S2中在采用采用核殼復(fù)合纖維紡絲工藝時(shí)，核層與殼層擠出體積計(jì)量比為1/3～5/3，所得核殼復(fù)合纖維的內(nèi)徑與外徑之比為1/2～4/5。

經(jīng)過(guò)性能表征可知，通過(guò)本發(fā)明的方法制得的核殼復(fù)合纖維可選擇性地反射的近紅外線波長(zhǎng)范圍為700～2500nm，而允許更長(zhǎng)波長(zhǎng)的中紅外線及遠(yuǎn)紅外線透過(guò)。因此，通過(guò)本發(fā)明制得的核殼復(fù)合纖維經(jīng)過(guò)機(jī)織或針織獲得的布料，根據(jù)米氏散射原理，可以選擇性反射來(lái)自陽(yáng)光的近紅外線及可見光，同時(shí)允許來(lái)自人體的中紅外線和遠(yuǎn)紅外線透過(guò)，保持穿著布料的人體不受日光熱量的影響又能順利散出自身余熱，從而保持涼爽舒適避免中暑。

綜上，本發(fā)明通過(guò)在核層的復(fù)合聚酯纖維中添加無(wú)機(jī)填料，再采用核殼復(fù)合纖維紡絲工藝，在復(fù)合聚酯纖維表面包裹一層聚酯，提高核殼復(fù)合纖維的表面平整度和力學(xué)性能，進(jìn)而提高復(fù)合纖維的可織性及通用性。并且，由于外部有聚酯包裹，內(nèi)部核層的無(wú)機(jī)填料可以采用大尺寸的顆粒，其分散均勻且具有良好的熱穩(wěn)定性及可加工性，在大幅度提高材料的反射率同時(shí)又不會(huì)影響表面 的平整度。此外，本發(fā)明所采用的原材料來(lái)源方便，采用現(xiàn)有的雙組份復(fù)合紡絲設(shè)備和成熟的聚酯紡絲工藝，操作簡(jiǎn)單可靠。

實(shí)施例1

取一定量的纖維級(jí)全消光聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)和顆粒尺寸為100-300nm二氧化鈦(TiO₂)于130±5℃的烘箱中干燥時(shí)間24小時(shí)。稱取7.5kg干燥的PET和2.5kg干燥二氧化鈦置于高速混料機(jī)中攪拌共混，而后注入多級(jí)加熱雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混、擠出、造粒、干燥，擠出溫度為265℃。所得復(fù)合聚酯粒料中，二氧化鈦所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)約25wt％。以所得復(fù)合聚酯為核層，另一大有光PET為殼層，通過(guò)雙組份熔融復(fù)合紡絲機(jī)，經(jīng)紡絲、牽伸及卷繞等工藝制得核殼復(fù)合纖維。其中，核層擠出溫度為270℃，殼層擠出溫度為265℃，核層與殼層擠出計(jì)量比1:1。熱牽伸溫度為130℃，所得核殼復(fù)合纖維長(zhǎng)絲為4.5dtex，斷裂強(qiáng)度2.5cN/dtex，如圖3a和3b所示其纖維表面光滑，具有良好的可織性。如圖4所示，所得平紋機(jī)織物近紅外線反射率為92％，具有良好的近紅外線反射隔熱性。

實(shí)施例2

取一定量的纖維級(jí)半消光聚對(duì)苯二甲酸丙二酯(PTT)和顆粒尺寸為100-200nm氧化鋅(ZnO)于105±5℃的烘箱中干燥時(shí)間24小時(shí)。稱取6kg干燥的PTT和4kg干燥氧化鋅置于高速混料機(jī)中攪拌共混，而后注入多級(jí)加熱雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混、擠出、造粒、干燥，擠出溫度為235℃。所得納米復(fù)合聚酯粒料中，氧化鋅所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)約40wt％。以所得復(fù)合聚酯為核層，另一大有光PTT為殼層，通過(guò)雙組份熔融復(fù)合紡絲機(jī)，經(jīng)紡絲、牽伸及卷繞等工藝制得核殼復(fù)合纖維。其中，核層擠出溫度為235℃，殼層擠出溫度為230℃，核層與殼層擠出計(jì)量比1:3。熱牽伸溫度為100℃，所得核殼復(fù)合纖維長(zhǎng)絲為3.2dtex，斷裂強(qiáng)度1.5cN/dtex，纖維表面光滑，具有良好的可織性。所得緞紋機(jī)織物近紅外線反射率為95％，具有良好的紅外線反射隔熱性。

實(shí)施例3

取一定量的纖維級(jí)半消光聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(PBT)和顆粒尺寸為700-1000nm中空二氧化硅球于100±5℃的烘箱中干燥時(shí)間24小時(shí)。稱取4.75kg干燥的PBT和0.25kg干燥中空二氧化硅球置于高速混料機(jī)中攪拌共混，而后注入多級(jí)加熱雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混、擠出、造粒、干燥，擠出溫度為230℃。所得復(fù)合聚酯粒料中，二氧化硅所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)約5wt％。以所得復(fù)合聚酯為核層，另一大有光PBT為殼層，通過(guò)雙組份熔融復(fù)合紡絲機(jī)，經(jīng)紡絲、牽伸及卷繞等工藝制得核殼復(fù)合纖維。其中，核層擠出溫度為230℃，殼層擠出溫度為225℃，核層與殼層擠出計(jì)量比5:3。熱牽伸溫度為100℃，所得核殼復(fù)合纖維長(zhǎng)絲為4.2dtex，斷裂強(qiáng)度3.5cN/dtex，纖維表面光滑，具有良好的可織性。所得斜紋機(jī)織物近紅外線反射率為90％，具有良好的紅外線反射隔熱性。

實(shí)施例4

取一定量的纖維級(jí)大有光聚對(duì)萘二甲酸乙二酯(PEN)和顆粒尺寸為400-700nm氧化鋁(Al₂O₃)于135±5℃的烘箱中干燥時(shí)間24小時(shí)。稱取8.5kg干燥的PBT和1.5kg干燥氧化鋁置于高速混料機(jī)中攪拌共混，而后注入多級(jí)加熱雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混、擠出、造粒、干燥，擠出溫度為295℃。所得復(fù)合聚酯粒料中，氧化鋁所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)約15wt％。以所得復(fù)合聚酯為核層，另一半消光PEN為殼層，通過(guò)雙組份熔融復(fù)合紡絲機(jī)，經(jīng)紡絲、牽伸及卷繞等工藝制得核殼復(fù)合纖維。其中，核層擠出溫度為295℃，殼層擠出溫度為290℃，核層與殼層擠出計(jì)量比2:3。熱牽伸溫度為150℃，所得核殼復(fù)合纖維長(zhǎng)絲為3.2dtex，斷裂強(qiáng)度3.0cN/dtex，纖維表面光滑，可織性好。所得經(jīng)編針織物近紅外線反射率為85％，具有良好的紅外線反射隔熱性。

實(shí)施例5

取一定量的纖維級(jí)大有光聚乳酸(PLA)和顆粒尺寸為200-400nm氧化鋯(ZrO₂)于105±5℃的烘箱中干燥時(shí)間24小時(shí)。稱取8.5kg干燥的PLA 和1.5kg干燥氧化鋯置于高速混料機(jī)中攪拌共混，而后注入多級(jí)加熱雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行熔融共混、擠出、造粒、干燥，擠出溫度為190℃。所得復(fù)合聚酯粒料中，氧化鋯所占質(zhì)量百分?jǐn)?shù)約30wt％。以所得復(fù)合聚酯為核層，另一半消光PLA為殼層，通過(guò)雙組份熔融復(fù)合紡絲機(jī)，經(jīng)紡絲、牽伸及卷繞等工藝制得核殼復(fù)合纖維。其中，核層擠出溫度為190℃，殼層擠出溫度為185℃，核層與殼層擠出計(jì)量比1:3。熱牽伸溫度為90℃，所得核殼復(fù)合纖維長(zhǎng)絲為3.2dtex，斷裂強(qiáng)度1.5cN/dtex，纖維表面光滑，可織性好。所得緯編針織物近紅外線反射率為85％，具有良好的紅外線反射隔熱性。