具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及制备方法，该絮片由底层纤网、中间层纤网和表层纤网构成，表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高。上下两层的中空微米纤维含量较多，可以储存大量静止空气，提升絮片保暖性能，同时具有骨架支撑作用，赋予纤维絮片力学性能；中间层的纳米纤维含量较多，起到减小絮片内部孔径，减少空气流动的作用，可以有效储存静止空气，提升保暖性能。对铺网得到的复合纤网层进行热粘合处理，使纤网与纤网之间、纤维与纤维之间发生粘合，赋予了纤维絮片优异的压缩回弹性能。

【技术实现步骤摘要】
具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及制备方法
本专利技术属非织造
，涉及一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及制备方法。
技术介绍
高寒天气不仅易导致人体冻伤，并易引发呼吸系统及心脑血管系统疾病。因此，需要穿着高效保暖服装抵御严寒天气。当前，常用的高效保暖材料主要为羽绒纤维，其具有接近空气的极低导热系数和超轻特性，但是其吸湿后性能急剧下降和价格昂贵限制了材料大范围的使用；近年来，美国3M公司、杜邦公司等推出了一系列合成纤维保暖絮片，其具有较好的回弹性，但其纤维直径均在微米数量级，导致其孔径较大，孔隙率难以提高，限制了保暖性能的进一步提升。静电纺纳米纤维具有直径小、孔径小、孔隙率高、轻质等优点，在防寒保暖领域表现出巨大的应用潜力。但静电纺纤维通常是无规沉积形成的致密纤维膜，其厚度多在1mm以下，且存在层间易剥离和压缩回弹性差的问题，极大影响了其在防寒保暖领域的实际应用。将纳米纤维引入纤维絮片，与微米纤维相互搭接可有效降低纤维絮片内部孔径，减少因空气流动造成的热量损失，提升絮片的保暖性能。有研究者通过将纳米纤维直接纺在梳理得到的微米纤维网上，随后通过热粘合等方式加固得到纤维絮片材料。纳米纤维力学性能较差，简单将纳米纤维贴合在微米纤网上使纳米纤维在絮片内不能均匀分布，且会使纳米纤维层在使用过程中被破坏，不利于使用性能的有效提升。另有研究者通过细菌纤维素的生长构造极小网孔结构，主干细菌纤维素自交联形成三维网孔结构的骨架，使分支细菌纤维素纳米在骨架上成网，得到小孔径的纳米纤维网，但这种方法主要是通过生化合成实现，过程较为缓慢，难以批量化制造，无法用于保暖纤维絮片的产业化应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片及其制备方法，纵向变密度主要是指在絮片的纵向剖面上，纳米纤维的含量上下两层较少，中间层最多，也即表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高。上下两层的中空微米纤维含量较多，可以起到储存大量静止空气和力学支撑的作用；中间层的纳米纤维含量较多，起到减小絮片内部孔径，减少空气流动，储存静止空气的作用。对铺网得到的复合纤网层进行热加固处理，使纤网与纤网之间、纤维与纤维之间发生粘合，赋予了纤维絮片压缩回弹性能。为达到上述目的，本专利技术提供的方案如下：本专利技术的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，由底层纤网、中间层纤网和表层纤网构成，所述底层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；所述中间层纤网中，微米级粗中空纤维占比15～25wt％，微米级细纤维占比40～50wt％，纳米纤维占比30～40wt％；所述表层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片内部最小孔径低至1～1.5μm，孔隙率高达99.8％，厚度为5～30mm；克重为70～250g/m2，压缩回弹性达90％以上，热阻值达0.8～1.2m2K/W。作为优选的技术方案：如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述微米级粗中空纤维直径为20～30μm，长度为30～40mm，中空度为70～80％；所述微米级细纤维直径为5～10μm，长度为30～40mm；所述纳米纤维直径为300～500nm，长度为30～40mm。如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述底层纤网和所述中间层纤网之间粘合，所述中间层纤网和所述表层纤网之间粘合；各层纤网内的纤维间产生粘结点，赋予纤维絮片压缩回弹性能。如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述粘合和产生粘结点的方式为热粘合处理，热粘合处理所用粘合材料为低熔点纤维或热粘合剂。如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述低熔点纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚乙烯/聚酯复合纤维；所述热粘合剂为丙烯酸酯胶粘剂、聚醋酸乙烯酯胶粘剂、聚氯乙烯粘合剂、丁二烯-苯乙烯共聚胶乳和丁二烯-丙烯腈共聚胶乳中的一种。如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述底层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm；所述中间层纤网密度为2～3mg/cm3，厚度为15～20mm；所述表层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm。如上所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，所述微米级粗中空纤维和所述微米级细纤维的种类包括有机材料或者无机材料；所述纳米纤维的材料为适于静电纺的有机材料或者无机材料；所述纳米纤维的形态包括直纤维或者卷曲纤维，结构包括实心、中空或者通体多孔结构。本专利技术还提供了一种具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片的制备方法，包括以下步骤：第一步：将初步开松的微米纤维和纳米纤维按照底层纤网、中间层纤网和表层纤网所需要的不同比例分别经预开松机和精开松机进一步开松混合均匀，得到三种不同配比的微纳米混合纤维原料；第二步：使用三台振动给棉机，将三种不同配比的混合纤维原料制成均匀密实的筵棉分别喂入梳理机，梳理得到三种纳米纤维含量不同的薄纤网；第三步：串联三台铺网机，按照底层、中间层和表层的顺序对应三种纳米纤维含量不同的薄纤网进行铺网，最终获得一种纵向具有变密度结构的微纳米复合纤网，其中表层和底层纤网的纳米纤维含量较低，中间层纤网纳米纤维含量较高，并通过多辊牵伸机得到表面平整的复合纤网层；第四步：经风冷却机强制冷却定型，并经二辊烫光机对絮片表面进行烫光平整，最后收卷切边。作为优选的技术方案：如上所述的制备方法，在所述第一步的初步开松的微米纤维和纳米纤维中还加入低熔点纤维，加入量为10～15wt％；并在所述第四步的强制定型之前，经热风处理熔融固化，使纤网与纤网间、纤维与纤维间产生粘结点，热风温度为90～200℃。如上所述的制备方法，在所述第三步还对得到的复合纤网层喷洒热粘合剂，喷洒量为15～30g/m2，并通过负压抽吸使粘合剂在纤网内分布均匀，负压通过输送帘下方的吸风装置产生，气流速度为0.5～2.5m/s，经加热处理使纤网与纤网、纤维与纤维间产生粘合点，加热温度为70～100℃。如上所述的制备方法，预开松机和精开松机的开松辊速度为800～1000r/min；梳理机的出网速度为20～40m/min；铺网机铺网速度为20～40m/min，出网速度为1～8m/min；多辊牵伸机的走步速度为1～8m/min。如上所述的制备方法，初步开松工序通过称重开包机按比例从压实的微米纤维包和纳米纤维包中抓取纤维，在混棉箱内充分混合后进行进一步开松。如上所述的制备方法，梳理为杂乱梳理，在单道夫双锡林杂乱梳理机上进行；梳理机内设有3～5组分梳区域，充分梳理，使纤网达到均匀。本专利技术通过将不同规格的微米纤维和纳米纤维混合均匀，梳理后得到具有纵向变密度结构的微纳米纤维絮片。其中，通过静电纺丝技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，由底层纤网、中间层纤网和表层纤网构成，其特征是：所述底层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；所述中间层纤网中，微米级粗中空纤维占比15～25wt％，微米级细纤维占比40～50wt％，纳米纤维占比30～40wt％；所述表层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片内部最小孔径低至1～1.5μm，孔隙率高达99.8％，厚度为5～30mm；克重为70～250g/m

【技术特征摘要】
1.具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，由底层纤网、中间层纤网和表层纤网构成，其特征是：所述底层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；所述中间层纤网中，微米级粗中空纤维占比15～25wt％，微米级细纤维占比40～50wt％，纳米纤维占比30～40wt％；所述表层纤网中，微米级粗中空纤维占比25～35wt％，微米级细纤维占比50～60wt％，纳米纤维占比15～25wt％；具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片内部最小孔径低至1～1.5μm，孔隙率高达99.8％，厚度为5～30mm；克重为70～250g/m2，压缩回弹性达90％以上，热阻值达0.8～1.2m2K/W。


2.根据权利要求1所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述微米级粗中空纤维直径为20～30μm，长度为30～40mm，中空度为70～80％；所述微米级细纤维直径为5～10μm，长度为30～40mm；所述纳米纤维直径为300～500nm，长度为30～40mm。


3.根据权利要求1所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述底层纤网和所述中间层纤网之间粘合，所述中间层纤网和所述表层纤网之间粘合；各层纤网内的纤维间产生粘结点，赋予纤维絮片压缩回弹性能。


4.根据权利要求3所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述粘合和产生粘结点的方式为热粘合处理，热粘合处理所用粘合材料为低熔点纤维或热粘合剂。


5.根据权利要求4所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述低熔点纤维包括聚丙烯纤维、聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚乙烯/聚丙烯复合纤维和聚乙烯/聚酯复合纤维；所述热粘合剂为丙烯酸酯胶粘剂、聚醋酸乙烯酯胶粘剂、聚氯乙烯粘合剂、丁二烯-苯乙烯共聚胶乳和丁二烯-丙烯腈共聚胶乳中的一种。


6.根据权利要求1所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述底层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm；所述中间层纤网密度为2～3mg/cm3，厚度为15～20mm；所述表层纤网密度为3～5mg/cm3，厚度为5～10mm。


7.根据权利要求1所述的具有纵向变密度结构的微纳米纤维保暖絮片，其特征在于，所述微米级粗中空纤维和所述微米级细纤维的种类包括有机材料或者无机材料；所述纳米纤维的材料为适于静电纺的有机材料或者无机材料；所述纳米纤维的形态包括直纤维或者卷曲纤维，结构包...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，吴红炎，王赛，田昱城，赵磊，郑作保，斯阳，印霞，刘一涛，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31