专利名称：功能性纤维、制造方法及由该功能性纤维编织的织物的制作方法
技术领域：
本发明涉及纺织科学领域，具体而言，涉及一种功能性纤维及其制造方法，以及由该功能性纤维编织的织物。
背景技术：
功能性纤维是指除一般纤维所具有的物理机械性能以外，还具有某种特殊功能的新型纤维。功能性纤维的出现是材料科学革命性的标志，它的发展和进步促进了传统纺织工业向高科技产业的跃升。功能性纤维在物理、化学、医学和生物学等方面具有特殊性能， 已广泛应用于多种领域。物理性功能方面，包括电学功能的抗静电性、导电性、电磁波屏蔽性等；在热学功能方面，具有耐高/低温性、隔热性、阻燃性、热敏性、蓄热性等；光学功能有光导性、光折射性、光干涉性、耐光耐候性、偏光性以及光吸收性等；在物理形态功能方面， 具有异形截面形状、超微细、多孔和表面微细加工性；在表面物理化学性能方面，具有选择性吸附、分离性能等特性；在化学性功能方面，有光降解性、自清洁、消除异味、净化有机物污染物、催化活性功能等。医学和生物学性能方面，如防护性、抗菌性、抗病毒、生物适应性等；在生物学功能方面，如人工透析性、生物吸收性和生物相容性等。现有纺制功能性合成纤维的技术有两种一是成纤过程实现功能化；二是通过后整理实现功能化。第一种现有技术通常是采用熔融法纺丝法和静电纺丝法。熔融法纺丝法先用螺杆将聚合物切片与功能性物质加热、分散、混合、挤出造粒生成功能性的母粒，然后采用功能性的母粒与聚合物切片混合熔融纺丝生产功能性纤维。采用功能性物质母粒通过熔融法纺制功能性纤维，大多数比例的功能性物质被包埋在纤维基材中，只有少数比例的功能性物质存在于纤维表面。对于必须与外界环境接触实现特定功能的情况如实现抗菌、抗病毒、净化和催化等功能，显然现有技术生产存在功能性物质利用率低、功能强化提高困难的问题；同时在纺丝工艺中添加功能性物质将降低可纺性。第二种技术是纤维后整理。中国专利授权公告号100344824 “一种织物功能整理助剂及其制备和应用方法”，公开了通过含纳米级天然纤维粉末助剂对纤维织物进行整理的方法，以纳米级天然纤维颗粒作为主要成分的功能试剂制备配方以及一些无机纳米功能材料可以提高织物抗紫外线、红外增强和抗菌等性能。中国公开专利号CN101525836A “一种纳米抗菌负离子整理剂的制备方法”，公开了一种将负离子发生材料同纳米氧化物的前驱体预混，以超声分散技术来制备整理剂悬浮液，得到纳米抗菌负离子整理剂，通过浸轧、 烘、焙工艺对天然纤维及合成纤维进行整理，使纤维获得负离子和抗菌性功能。纤维后整理工艺能够适应不同品种的纤维和面料，且受后续加工工艺影响小，工艺简单。但是存在功能性物质在纤维或织物上负载量受限问题，即纤维或织物上的功能性物质含量少，功能效果不佳；另外如果功能性物质与纤维结合不牢固，将产生纤维功能性失效问题。
发明内容
本发明旨在提供一种功能性纤维及其制造方法，以解决现有功能性纤维中功能性物质利用率低，添加功能性物质后纤维的可纺性降低的技术问题。为了实现上述目的，本发明提供了一种功能性纤维，包括纤维本体，该功能性纤维进一步包括通孔，沿纤维本体的轴向设置在纤维本体中，并在纤维本体的表面形成开口， 开口宽度为Dl ；以及直径为D9tl的功能性物质，该功能性物质填充在通孔中；其中，开口宽度 Dl小于功能性物质的直径D9Q。进一步地，纤维本体由热塑性聚合物构成，热塑性聚合物选自聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸、聚苯硫醚组成的组中的一种或多种。进一步地，功能性物质具有分子、微胶囊或粒子状，选自由具有产生负氧离子、抗紫外线辐射、激发远红外线、抗静电、抗菌、抗病毒、除臭、消除甲醛、消除有机污染物、脱色、 消除NOx及SOx功能的金属、非金属、无机盐、无机复合盐、金属氧化物、半导体氧化物、复合金属氧化物、复合半导体氧化物、有机物、高分子聚合物组成的组中一种或多种化合物。进一步地，通孔通过制备容器功能纤维的喷丝板制成，该喷丝板上设置有喷丝孔道，喷丝孔道的喷丝端的端壁上形成有喷丝孔，该喷丝孔由一个或多个喷丝微孔组成，喷丝微孔是由一条或多条喷丝微孔段围成的环形，喷丝微孔段的末端之间至少形成一个用于形成容器功能纤维轴向表面开口的第一缺口。进一步地，喷丝微孔为多个，成一行、两行或环形排列，且第一缺口在每个喷丝微孔中的位置设置为朝向由该多个喷丝微孔形成的几何图形的外侧。进一步地，纤维本体是长丝纤维或短纤。根据本发明的另一个方面，提供了一种制造上述功能性纤维的方法，包括在功能性纤维的纤维本体上沿轴向设置通孔，通孔在纤维本体的表面形成宽度为D2的开口 ；将具有直径D9tl的功能性物质填充到通孔中，直径D9tl小于开口宽度D2 ；以及拉伸和/或扭转纤维本体，使得开口宽度由D2缩小为D1，其中，开口宽度D1小于直径D9tl。进一步地，宽度D2为0. 05 10 μ m,宽度Dl为0. 01 5 μ m。进一步地，采用上油或上助剂工艺将功能性物质填充到通孔中。根据本发明的再一个方面，提供一种织物。该织物由上述任一种功能性纤维编织而成。采用本发明的技术方案，因为纤维本体具有轴向的通孔结构，所以具有非常大的比表面积和大孔隙率，能够容纳更多功能性物质；功能性物质采用了“封装”形式，具有更高的功能活性和更好的效果；而且这种特殊结构不会影响光、热、电子和反应物等进入纤维孔道内，这将显著强化扩散、流动、传质、能量交换和多物场偶合作用；另外，本发明提供的功能性纤维具有纤维结构与功能性物质一体化的特性，将进一步地强化了功能效果和处理效率，克服了现有功能性纤维可纺性降低的缺陷，使纤维应用的领域得到进一步拓展。
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图1示出了本发明具体实施方式
的功能性纤维局部结构示意4
图2示出了本发明具体实施例1的功能性纤维热拉伸和/或扭转前的纤维局部截面图；图3示出了本发明具体实施例1的功能性纤维热拉伸和/或扭转后的纤维局部截面图；图4示出了本发明实施例1-8中所用的制备容器功能纤维的喷丝板的结构示意图；以及图5示出了根据图4的制备容器功能纤维的喷丝板的喷丝孔道的结构示意图；图6示出了根据图4的喷丝微孔的结构及排列方式示意图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但如下实施例和附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。本发明提供的功能性纤维，包括沿轴向设置在纤维本体，并在纤维本体的表面上形成开口的通孔，该通孔中填充并固定有功能性物质。因为功能性物质的引入及与纤维结构的一体化，使得功能性纤维获得了功能性物质的物理、化学、医学、生物学等功能。如图1所示，本发明提供的纤维通孔结构是“笼形”纤维孔结构，不同以往的“中空孔”或“表面孔”，是集合两者特点的新型孔结构，其特点是长径比较大，通孔7沿纤维轴方向贯穿纤维本体3，同时通孔7在纤维本体3的表面具有开口 5，开口 5的宽度为Dl。如图 3所示，在通孔7中填充有功能性物质1。该功能性物质的直径为D9tl，由于开口宽度Dl小于直径D9tl，所以功能性物质1被“封装”在纤维本体3的通孔7中。由于这种封装结构，使得功能性物质1在通孔7的内表面富集并与牢固地结合，具有耐洗和抗冲击性的效果。优选地，本发明提供的功能性纤维可设置1 9个通孔7，形成多维通孔结构。通孔7在纤维本体3截面上的分布可以是均勻，也可以是非均勻的，更优选地，所有通孔7的直径相当。在纤维本体上形成的通孔越多，所提供的纤维比表面和空隙率越大，但通孔的数量如果超过9个后，可能会导致纤维强度显著下降，影响后续可纺和可织性能。在本发明提供的具体实施方式
中，纤维本体3由热塑性聚合物制成，热塑性聚合物可以选自聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸、聚苯硫醚组成的组中的一种或多种。在本发明提供的具体实施方式
中，功能性物质选自具有分子、微胶囊或粒子状，具有产生负氧离子、抗紫外线辐射、激发远红外线、抗静电、抗菌、抗病毒、除臭、消除甲醛、消除有机污染物、脱色、消除N0x&S0x功能的金属、非金属、无机盐、无机复合盐、金属氧化物、 半导体氧化物、复合金属氧化物、复合半导体氧化物、有机物、高分子聚合物组成的组中一种或多种化合物。上述功能性物质可以是抗紫外线的纳米微粒，放射远红外线的陶瓷微粒， 含有微量放射性的稀土类矿石或天然矿物质，金属粉末、碳等无机物抗静电剂，硅氧烷类表面活性剂，含有Ag+、Cu2+、Zn2+等的无机抗菌剂，具有催化活性的纳米陶瓷抗菌剂，大比表面吸附剂，具有催化活性的除臭剂，在还原剂如NH3或尿素得存在情况下能够分解NOx和SOx 的金属氧化物、复合金属氧化物。优选地是银离子类抗菌剂、纳米氧化锌、纳米三氧化二钛、 二氧化钛、含有氧化铝的陶瓷颗粒、电气石、蛋白石、氧化镁纳米氧化物、Co/MnOjI化剂粒子、活性碳等。在本发明的具体实施方式
中，根据实际需要，纤维可以加工成长丝或短纤。纺丝可以经熔融、挤压和卷绕后，再上油或助剂、拉伸及热定型制得长丝。纺丝也可以经熔融挤压、 卷绕或落筒后，再集束、上油或助剂、拉伸、卷曲、热定形及切断制得短纤。本发明还提供了一种制造功能性纤维的方法，包括第一步在纤维本体上构建通孔，使得该通孔贯穿整个纤维本体，并且在纤维本体的表面形成开口，开口宽度为D2 ；如图2所示，根据本发明的实施例，形成的开口具有宽度D2，并且D2大于功能性物质1的直径D9(i。具体而言，通过喷丝板型和纺丝工艺的控制，控制通孔的结构、形状、尺寸。 优选地，使用如图4所示的喷丝板，如图5所示，该喷丝板上的喷丝孔道20包括上端和下端分别设置有引导漏斗结构的导孔21和设置在导孔21的下端漏斗结构的下方的喷丝孔22。 因为导孔21具有引导漏斗结构，使得聚合物熔体进入喷丝板时的阻力较小，而喷丝时的力度较大，从而可以增加纤维的强度，提高纤维的品质。如图6所示，喷丝孔22由一个或多个喷丝微孔221组成，优选地，由1 9个喷丝微孔221组成，这样既保证了容器功能纤维负载功能性物质的能力，又确保了容器功能纤维的可纺性。该喷丝微孔221是由一条或多条喷丝微孔段222围成的环形，喷丝微孔段222的末端之间至少形成一个第一缺口 dl。其中， 第一缺口 dl是指能够使通过本发明的喷丝板生产出的容器功能纤维具有轴向的表面开口的距离，通常，第一缺口 dl为0. 01 3mm，大于将负载于容器功能纤维中的功能性颗粒的直径，这样生产出来的容器功能纤维便于功能性物质的装入。随后拉伸和/或扭转容器功能纤维，使得通孔在容器功能纤维表面开口缩小，将功能性物质封装在通孔中。喷丝微孔221 为多个时，可以成一行、两行或环形排列，且第一缺口 dl在每个喷丝微孔221中的位置设置为朝向由该多个喷丝微孔221形成的几何图形的外侧，便于功能性质进入容器功能纤维的内部。相邻的喷丝微孔221邻近边缘之间的距离可以在0.01 Imm之间，便于喷丝板10 的加工及防止喷出的纤维丝粘连。喷丝微孔段222的末端之间还可以形成一个或多个第二缺口 d2，其中，第二缺口 d2是指当聚合物熔体从相邻的喷丝微孔段222喷出后，由于聚合物熔体具有一定的膨胀系数，能够使相邻喷丝微孔段222喷出的聚合物熔体粘连在一起的距离。设置第二缺口 d2可以防止聚合物熔体喷出后由于第一缺口 dl的存在而导致的纤维不对称变形，进而可以防止纤维轴向的通孔结构尺寸和轴向的表面开口尺寸变差；相邻喷丝微孔221的第二缺口 d2可以错开一定的距离，防止形成的容器功能纤维时相邻纤维丝间的粘连。根据形成纤维的聚合物熔体的特性，喷丝微孔221外接圆直径与环形宽度之比可以为2 30 1，喷丝微孔221外接圆直径与第一缺口 dl的长度之比为0.5 30 1，第一缺口 dl与第二缺口 d2的几何中心间最长与最短距离之比为1 30 1，一方面可以使容器功能纤维拥有较大的容器功能，另一方面保证了容器功能纤维的强度，使其具有可纺性。 进一步地，喷丝微孔221的轮廓线可以是圆形、椭圆形或多边形。第二步将直径为D9tl的功能性物质填充到通孔中；本发明提供的具体实施方式
，均采用上油或助剂的工艺将功能性物质填充到通孔中。将功能性物质与油剂或其他助剂混合在一起，通过油嘴上油或油轮上油的方式，将功能性物质填充到通孔中。优选地，使用含有1 20wt%功能性物质的油剂和/或助剂进行填充。为了改善功能性物质在油剂中的分散，可以采用表面活性剂对功能性物质颗粒进行预分散，或者在功能性物质和油剂混合的过程中采用超声波辅助分散。可以理解的是，本领域技术人员完全可以根据具体的工艺要求，采用其他的填充工艺，在这里就不再赘述了。
第三步拉伸和/或扭转纤维本体，使得通孔在纤维本体表面上的开口宽度由D2 缩小为Dl，Dl小于直径D9tl，使得功能性物质封装在通孔中。优选地，通孔在纤维本体表面上的开口在纺丝熔融后的宽度D2为0. 05 10 μ m，经过拉伸或扭转后的宽度Dl为0. 01 5 μ m，而功能性物质的直径D9tl为0. 02 7 μ m。图2示出了本发明提供的功能性纤维在拉伸或扭转之前的横截面图，由于功能性物质1的直径D9tl小于纺丝熔融后开口 5的宽度D2，经过上油或助剂工艺进入孔道7中；图 3示出了本发明提供的功能性纤维在拉伸或扭转之后的横截面图，通过牵伸或扭转进行“收口 ”，使通孔7在纤维表面的开口宽度变为D1，功能性物质颗粒被“封装”在“笼形”纤维通孔7中。本发明的功能性纤维制备方法具有通用性，适用于采用熔融纺丝的纤维品种；方法简便并能满足熔融纺丝工艺，不需格外增加复杂工序和添置设备。本发明还提供了一种由上述功能性纤维编织的织物，例如，采用抗菌功能性物质制成的功能性纤维，可以编织成抗菌面料及其他织物。实施例1将干燥后的聚酯切片用螺杆加热挤压熔融，螺杆温度280°C，转速100转/分。熔体送入纺丝箱体各纺丝位，由计量泵精确计量和过滤后，从喷丝板中喷出。喷丝孔的直径为 100 μ m。熔体细流喷出后经冷却气流冷却凝固成丝条。纤维截面有1个孔，孔在纤维表面开口大小为40 60 μ m,即喷丝板异形孔的进料缺口设置在40 60 μ m。采用平均粒径为 20 30 μ m的银离子类抗菌剂为功能性物质，经超声波振荡分散后配制含量为10wt%功能性物质的纺丝机油。凝固成形的丝条经给湿上油后，以500米/分左右的速度卷绕在筒管上。待油剂充分浸润到纤维孔内后，卷绕丝在热拉伸机上拉伸倍数4. 0条件下，孔在纤维表面开口大小变为10 15 μ m，得到抗菌功能性长丝。含银离子抗菌剂的抗菌功能性PET平纹织物和不含抗菌剂的PET平纹织物，采用 GB/T20944. 2-2007《纺织品抗菌性能的评价-第2部分吸收法》。评价结果如表一表一
权利要求
1.一种功能性纤维，包括纤维本体，其特征在于，所述功能性纤维进一步包括 通孔，沿轴向设置在所述纤维本体内并在其表面形成开口，开口宽度为Dl ；功能性物质，具有直径D9tl并填充在所述通孔中； 其中，所述开口宽度Dl小于所述直径D9tl。
2.根据权利要求1所述的功能性纤维，其特征在于，所述纤维本体由热塑性聚合物制成，所述热塑性聚合物选自聚酯、聚丙烯、聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸、聚苯硫醚组成的组中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的功能性纤维，其特征在于，所述功能性物质具有分子、微胶囊或颗粒状，选自由具有产生负氧离子、抗紫外线辐射、激发远红外线、抗静电、抗菌、抗病毒、 除臭、消除甲醛、消除有机污染物、脱色、消除N0x&S0x功能的金属、非金属、无机盐、无机复合盐、金属氧化物、半导体氧化物、复合金属氧化物、复合半导体氧化物、有机物、高分子聚合物组成的组中一种或多种化合物。
4.根据权利要求1所述的功能性纤维，其特征在于，所述通孔是通过制备容器功能纤维的喷丝板(10)制成，所述喷丝板(10)上设置有喷丝孔道(20)，所述喷丝孔道00)的喷丝端的端壁上形成有喷丝孔(22)，其特征在于，所述喷丝孔0 由一个或多个喷丝微孔 (221)组成，所述喷丝微孔021)是由一条或多条喷丝微孔段022)围成的环形，所述喷丝微孔段022)的末端之间至少形成一个用于形成容器功能纤维轴向表面开口的第一缺口 (dl)。
5.根据权利要求4所述的功能性纤维，其特征在于，所述喷丝微孔021)为多个，成一行、两行或环形排列，且所述第一缺口(dl)在每个所述喷丝微孔021)中的位置设置为朝向由该多个喷丝微孔021)形成的几何图形的外侧。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的功能性纤维，其特征在于，所述功能性纤维为长丝或短纤。
7.—种权利要求1-6中任一项所述功能性纤维的制备方法，其特征在于，包括在所述功能性纤维的纤维本体上沿轴向设置通孔，所述通孔在所述纤维本体的表面形成宽度为D2的开口 ；将具有直径D9tl的功能性物质填充到所述通孔中，所述直径D9tl小于所述开口宽度D2 ；以及拉伸和/或扭转所述纤维本体，使得所述开口宽度由D2缩小为Dl。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述宽度D2为0.05 10 μ m，所述宽度Dl为0. 01 5μπι。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，采用上油或上助剂工艺将所述功能性物质填充到所述通孔中。
10.一种织物，其特征在于，由权利要求1-6中任一项所述功能性纤维编织而成。
全文摘要
本发明公开了一种功能性纤维及其制造方法，以及由该功能性纤维编织的织物。该功能性纤维包括纤维本体，进一步包括通孔，沿轴向设置在纤维本体中并在纤维本体的表面形成开口，开口宽度为D1；以及功能性物质，具有直径D90并填充在通孔中；其中，D1小于直径D90。本发明提供的功能性纤维，因为纤维本体具有的轴向通孔结构，形成了较大的比表面积和孔隙率，能够容纳更多的功能性物质，而且功能性物质“封装”在通孔中，具有更高的功能活性和更好的效果。
文档编号D06M23/08GK102433763SQ20111024979
公开日2012年5月2日 申请日期2011年8月26日 优先权日2011年8月26日
发明者姜峰, 李健, 李鑫 申请人:中国纺织科学研究院