一种具有抗菌和抗静电功能的复合纱线及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于功能性纱线的生产技术领域，具体涉及一种具有抗菌和抗静电功能的复合纱线及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着生活水平的不断提高，人们对于织物面料的要求也在不断提高，尤其是功能多样化方面。目前，市场上的功能性面料大受欢迎，但是其实现方式主要通过浸渍、涂覆各种功能性助剂，以及与各种功能性纱线混合加捻来完成。然而，浸渍、涂覆极大地影响了面料的柔韧性和透气性，而且容易在织造或使用过程中脱落；混合加捻的方式虽然在一定程度上避免了浸渍、涂覆方式所带来的问题，但是当需要多种功能性同时兼具时，不同功能性纱线之间的结合能力难以保证，容易造成复合纱线的力学性能下降，或者在使用过程中力学性能陡降。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种改进的兼具具有抗菌和抗静电功能的复合纱线的制备方法，该方法制成的复合纱线在具备较为优异的抗菌和抗静电功能基础上，还具备优异的耐久性，各功能在织造或使用过程中不易失效。
4.本发明同时还提供了一种上述方法制成的具有抗菌和抗静电功能的复合纱线。
5.本发明同时还提供了一种上述方法制成的具有抗菌和抗静电功能的复合纱线在制备户外服饰等领域，如冲锋衣、睡袋中的应用。
6.为达到上述目的，本发明采用的一种技术方案是：一种具有抗菌和抗静电功能的复合纱线的制备方法，所述制备方法包括：
7.在熔融纺丝过程中，采用共轭静电纺丝方法将抗静电纺丝溶液纺制成的抗静电纳米纤维包覆在采用熔融纺丝方法纺出且未完全冷却的芯丝上，所述抗静电纳米纤维部分或全部黏着在所述芯丝上，制成中间纱；
8.然后将天然抗菌纱线或包含天然抗菌纱线的多组分纱线包覆在所述中间纱上，制成所述具有抗菌和抗静电功能的复合纱线。
9.根据本发明的一些优选且具体的方面，所述抗静电纺丝溶液包含氧化石墨烯、水和聚乙烯醇。化学纤维很容易积累静电，通过静电纺丝将氧化石墨烯纺在尼龙丝上不仅达到输送电子的效果，同时使纱线具备一定的抗红外理疗的特性。
10.进一步地，所述抗静电纺丝溶液中，氧化石墨烯的浓度为2-4mg/ml，以质量百分含量计，聚乙烯醇的质量百分数为8％-12％。
11.在本发明的一些优选实施方式中，氧化石墨烯的片径为500nm～5μm，厚度为1～5nm。
12.根据本发明的一些优选方面，所述熔融纺丝的纺丝速度为20-40m/min。
13.根据本发明的一些优选方面，所述芯丝的材质为尼龙，通过熔融纺丝制备的尼龙
纱线只需将聚合物颗粒高温熔融拉成丝即可，其工艺相较与溶液干纺和溶液湿纺相比无凝固浴和溶剂，大大缩减了原料成本和生产成本，且制备过程无毒无污染，有利于连续制备。
14.根据本发明的一些优选方面，所述天然抗菌纱线的材质为甲壳素纤维和/或壳聚糖纤维，所述包含天然抗菌纱线的多组分纱线由甲壳素纤维和/或壳聚糖纤维、棉纤构成。
15.在本发明的一些实施方式中，当所述芯丝的材质为尼龙时，熔融纺丝过程中，采用双螺杆纺丝机进行，且纺丝温度为：三温区温度分别为50-70℃、250-300℃、220-250℃。
16.在本发明的一些实施方式中，熔融纺丝过程中，可以将聚合物原料与助剂混合加入双螺杆纺丝机进行纺丝，助剂包括但不限于抗氧剂、热稳定剂等，聚合物原料、助剂的添加质量之比为100∶1-5。
17.根据本发明的一些优选且具体的方面，所述制备方法采用如下生产装置进行所述中间纱的制备：
18.所述生产装置包括设置有纺丝出口且用于纺出所述芯丝的双螺杆纺丝机、转动地设置在所述纺丝出口处的金属靶、电源，以及分别设置在所述金属靶两侧的第一喷丝针头、第二喷丝针头，所述第一喷丝针头与所述电源的正极连接，所述第二喷丝针头与所述电源的负极连接，所述抗静电纺丝溶液分别通入所述第一喷丝针头、所述第二喷丝针头中进行共轭静电纺丝；
19.其中，所述金属靶内部形成有穿孔，所述芯丝穿过所述穿孔后从所述第一喷丝针头、所述第二喷丝针头之间穿过。
20.根据本发明的一些优选方面，所述电源的电压为10-30kv。
21.根据本发明的一些优选方面，所述第一喷丝针头、所述第二喷丝针头各自与所述金属靶的距离为15-20cm。
22.在本发明的一些实施方式中，共轭静电纺丝过程中的环境相对湿度为30～60％。
23.根据本发明的一些优选方面，所述第一喷丝针头、所述第二喷丝针头中的纺丝液推进速率分别为0.6-1.2ml/h。
24.根据本发明的一些优选方面，所述金属靶的材质为铜，所述金属靶为直径6-10cm的圆形靶，所述金属靶的转速为120-360r/min。
25.根据本发明的一些优选方面，将天然抗菌纱线或包含天然抗菌纱线的多组分纱线包覆在所述中间纱上之后，所述制备方法还包括向包覆后所获纱线上滴加有机溶剂的工序，然后烘干，获得所述具有抗菌和抗静电功能的复合纱线。
26.本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的制备方法制成的具有抗菌和抗静电功能的复合纱线。
27.本发明提供的又一技术方案：一种上述所述的具有抗菌和抗静电功能的复合纱线在制备户外服饰等领域，如冲锋衣、睡袋中的应用。
28.由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
29.本发明基于现有技术在制备具有抗菌和抗静电功能的复合纱线时存在的问题，创新地提供了一种将熔融纺丝与静电纺丝相结合的新方法，在实践过程中，发明人研究分析知晓，经过熔融纺丝纺出的丝线，在初始具备一定的温度，现有在制备出丝线后通常是冷却后然后收集存放，本发明发明人创新地提出：不对纺出的丝线进行降温，而是直接通过可与熔融纺丝方法进行连续性生产配合的静电纺丝方法将纺出的功能性纤维即抗静电功能纳
米纤维直接包覆在具备一定温度的丝线即芯丝上，此时，芯丝由于刚熔融纺制而出，表层较软，静电纺出的抗静电纳米纤维包覆时，两者可以结合更紧密，相互粘粘，并且存在一定程度的相互镶嵌，极大地提升了两者的结合强度，规避了现有技术中复合纱线在使用或织造过程中可能造成的功能性缺失问题，而且再与其他功能性纱线相混合加捻时，由于芯丝与抗静电纳米纤维相结合的非常牢固，当需要达到同等程度的强度时，可以有效降低各纤维之间加捻的强度，避免过分强捻对纱线造成的伤害，同时本发明方法还实现了对纳米纤维的有效利用，常规方法是将纳米纤维制备收集后再去参与制备织造，对于设备以及工艺均具有极高的要求，本发明方法降低了工艺操作难度，降低了生产成本，同时适于连续性生产，有利于工业化生产。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
31.图1为本发明实施例制备中间纱的过程示意图；
32.图2为本发明实施例中金属靶和连接器的连接结构示意图；
33.图3为本发明实施例中将多组分纱线包覆在中间纱上的过程示意图；
34.图4为本发明实施例中具有抗菌和抗静电功能的复合纱线的其中一种截面示意图；
35.其中，1、双螺杆纺丝机；2、送料口；3、螺杆；4、电机；5、轴承；6、皮带轮；7、连接器；8、金属靶；9、第一喷丝针头；10、横杆；11、锥面；12、石墨烯丝束；13、有机溶剂；14、烘箱；100、尼龙丝；200、中间纱；300、棉纱；400、甲壳素纱；500、具有抗菌和抗静电功能的复合纱线。
具体实施方式
36.以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明；应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
37.下述实施例中未作特殊说明，所有原料均来自于商购或通过本领域的常规方法制备而得。氧化石墨烯购于苏州碳丰石墨烯科技有限公司，规格(片径为500nm～5μm，厚度为1～5nm)，棉纱购于山东潍坊浩纺织有限公司，规格(99％棉纱，40s)；甲壳素纱购于潍坊华峰纺织有限公司(规格：40s)。
38.实施例1
39.本例提供了一种具有抗菌和抗静电功能的复合纱线的制备方法及其制成的复合纱线。该复合纱线兼具抗静电和抗菌等功能。
40.具体地，该具有抗菌和抗静电功能的复合纱线通过如下方法制备而得：
41.在熔融纺丝过程中，采用共轭静电纺丝方法将抗静电纺丝溶液纺制成的抗静电纳
米纤维包覆在采用熔融纺丝方法纺出且未完全冷却的芯丝上，抗静电纳米纤维部分或全部黏着在芯丝上，制成中间纱；其中，熔融纺丝的纺丝速度为30m/min，芯丝的材质为尼龙，熔融纺丝过程中，可以将尼龙原料颗粒与热稳定剂(具体为pvc热稳定剂，购自广东炜林纳新材料科技股份有限公司，型号wwp-g03b)混合加入双螺杆纺丝机进行纺丝，尼龙原料颗粒、热稳定剂的添加质量之比为100∶1，采用双螺杆纺丝机进行，且纺丝温度为：三温区温度分别为60℃、250℃、230℃；
42.抗静电纺丝溶液包含氧化石墨烯、水和聚乙烯醇(分子量为400000～500000，型号1788，购自上海稳颜化工科技有限公司)，氧化石墨烯的浓度为2mg/ml，以质量百分含量计，聚乙烯醇的质量百分数为10％；
43.然后将两股三组分的棉纱和两股三组分的甲壳素纱分别依次交替包覆到中间纱上，随后经过乙醇浸入、烘箱烘干，制成具有抗菌和抗静电功能的复合纱线。
44.下面结合附图对本实施例作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但不作为对本发明的限定。
45.如图1至图3所示，其中图1示例性地给出了制备中间纱200的过程示意图，图2为示例性给出了金属靶8和连接器7的连接结构示意图，该中间纱200的制备过程采用的生产装置包括设置有纺丝出口且用于纺出芯丝的双螺杆纺丝机1、转动地设置在纺丝出口处的金属靶8、电源，以及分别设置在金属靶8两侧的第一喷丝针头9、第二喷丝针头，第一喷丝针头9与电源的正极连接，第二喷丝针头与电源的负极连接，抗静电纺丝溶液分别通入第一喷丝针头9、第二喷丝针头中进行共轭静电纺丝；
46.其中，金属靶8内部形成有穿孔，芯丝穿过穿孔后从第一喷丝针头9、第二喷丝针头之间穿过，金属靶8的材质为铜，金属靶8为直径8cm的圆形靶，转速为180rpm；电源的电压为20kv，第一喷丝针头9、第二喷丝针头中的纺丝液推进速率均为0.8ml/h，第一喷丝针头9、第二喷丝针头各自与金属靶8的距离为15cm，纺丝的环境相对湿度为40％；
47.具体地，双螺杆纺丝机1通过送料口2送入物料，然后经过螺杆3混合并最终从纺丝出口挤出，而设置在纺丝出口的金属靶8为转动地设置，且转速可调，金属靶8通过连接器7设置在从动轴上，而从动轴通过皮带轮6与横杆10连接，横杆10转动地设置在轴承5上且通过电机4赋予一定转速，随后，由于皮带轮6的连通驱动作用，使金属靶8和连接器7也随之转动，而第一喷丝针头9、第二喷丝针头分别与金属靶8形成一个稳定的电场，进行共轭静电纺丝，转动的金属靶8使静电纺丝的石墨烯丝束12随着牵伸而形成一个锥面11，旋转包覆在芯丝即尼龙丝100上，制备出中间纱200；由于经过双螺杆纺丝机1挤出的尼龙丝100刚从纺丝出口出来，此时并未冷却，尼龙丝100的表面甚至表层内均处于较为软化的状态，此时粘着性较强，当将石墨烯丝束12(抗静电纳米纤维)包覆在尼龙丝100上时，石墨烯丝束12可以黏着在尼龙丝100上，两者结合的非常紧密，甚至还会发生一定程度的相互嵌入，极大地提升了两者的结合强度，规避了现有技术中复合纱线在使用或织造过程中可能造成的功能性缺失问题。
48.进一步地，如图3所示，该图示意性地给出了将多组分纱线包覆在中间纱200上的过程：将两股三组分的棉纱300和两股三组分的甲壳素纱400分别依次交替包覆到中间纱200上(中间纱200由包覆石墨烯丝束12(抗静电纳米纤维)的尼龙丝100构成)，随后经过有机溶剂13(乙醇)浸入、烘箱14烘干，制成具有抗菌和抗静电功能的复合纱线500(其截面示
意图如图4所示)。
49.实施例2
50.本例提供了一种具有抗菌和抗静电功能的复合纱线的制备方法及其制成的复合纱线。
51.其基本同实施例1，区别仅在于：尼龙原料颗粒、热稳定剂的添加质量之比为75∶1，纺丝温度为：三温区温度分别为60℃、260℃、240℃；
52.将三股三组分的棉纱和三股三组分的甲壳素纱分别依次交替包覆到中间纱上，随后经过乙醇浸入、烘箱烘干，制成具有抗菌和抗静电功能的复合纱线。
53.实施例3
54.本例提供了一种具有抗菌和抗静电功能的复合纱线的制备方法及其制成的复合纱线。
55.其基本同实施例1，区别仅在于：将四股三组分的棉纱和四股三组分的甲壳素纱分别依次交替包覆到中间纱上，随后经过乙醇浸入、烘箱烘干，制成具有抗菌和抗静电功能的复合纱线。
56.性能测试
57.对上述实施例1-3所制备的具有抗菌和抗静电功能的复合纱线进行抗菌性能、强力性能、静电半衰期、质量损失测试，测试标准如下，具体测试结果参见表1和表2所示。
58.强度性能测试指标：gb/t 3916-2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》；
59.抗菌性能测试指标：gb/t 20944.3-2008《纺织品抗菌性能的评价第3部分：振荡法》；
60.静电半衰期测试指标：gb/t 12703.1-2008《静电压半衰期法》；
61.质量损失的测定指标：gb/t 21196.3-2007《纺织品马丁代尔法织物耐磨性的测定第3部分》。
62.表1
[0063][0064]
表2
[0065][0066][0067]
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
[0068]
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。