一种高效远红外发热聚酰胺6纤维的制备方法与流程

本发明涉及化纤功能改性，具体涉及一种高效远红外发热聚酰胺6纤维的制备方法。

背景技术：

1、随着近年来人类在极寒条件下的活动增多、冬季寒潮的频发、冰雪运动的兴起等，人们对防寒服装需求愈加强烈。高效、轻薄的保暖服装不仅可以避免传统防寒服装的厚重问题，解放穿着者的运动和负重能力，还可以实现美观、舒适等目的。因此，具备高效保暖功能的纤维材料成为了研究热点。

2、在众多保暖纤维材料的研究中，具备主动发热功能的纤维材料因其独特的主动调节能力而备受关注。主动发热纤维材料通过将其他能量转换为热能来加热纤维和服装，主要有电能发热、光能发热、相变调温、吸湿发热、远红外发热等方式。但是其中大多数需要具备一定的条件，如电源、光源、潮湿环境等，才能实现主动加热，或是存在制备过程复杂、条件苛刻、耐候性较差等问题。而人体无时无刻都在向外辐射远红外线，且远红外线具备促进血管扩张、增强血液循环等保健功能，故而能够吸收人体辐射的远红外线转换为热能，并释放远红外线辐照人体的远红外发热纤维材料成为新型保暖纤维材料的研究热点。

3、公开号为cn109208327a的中国专利公开了一种导电远红外发热纤维及其制备方法，首先将纤维进行氧化或等离子体预处理，然后烘干并加热固化，再将纤维浸渍在导电材料涂层液中，使纤维表面附着一层导电涂层液，随后烘干使涂层液中的树脂在固化剂作用下于基体纤维表面固化形成导电涂层，得到导电远红外发热纤维。公开号为cn114164514a的中国专利公开了一种抗菌远红外锦纶6长丝的制备方法，将pa6切片经液氮深冷后粉碎得到pa6粉末，然后通过非均相沉淀法分别制备得到表面包膜有二氧化硅的抗菌剂和远红外粉体，其中抗菌成分为粒径为30-80nm的纳米氧化锌，远红外成分为粒径为30-60nm的纳米氧化铝。随后，按一定比例称取干燥的pa6粉体和所制得的远红外粉体、抗菌剂粉体，在低速混料机中混合得到复合粉体，经熔融混合后切粒得到抗菌远红外pa6母粒。最后将所得母粒与pa6切片混合，通过熔融纺丝工艺制得抗菌远红外锦纶6纤维。公开号为cn111778581a的中国专利公开了一种远红外发热、耐候性石墨烯锦纶丝及其制备工艺，首先通过熔融缩聚反应制备得到聚酰胺类抗老化剂，然后将所得抗老化剂、聚酰胺纤维、石墨烯纤维混合，通过双螺杆挤出机熔融混合得到熔体。熔体经水槽冷却后拉伸得到石墨烯锦纶丝。

4、上述专利为远红外发热纤维的制备提供了制备方法，但涂层法制得的纤维耐磨、耐水洗、耐弯折等性能较差，而通过母粒法或直接熔融共混法难以实现功能填料的良好分散及高效利用。为了克服上述难题，公开号为cn107698754a的中国专利公开了一种氧化石墨烯改性聚酰胺-6的制备方法，首先将氧化石墨烯粉体分散在开环溶液中，再将己内酰胺与分散液混合后进行开环反应，经切片、萃取、干燥后得到氧化石墨烯改性聚酰胺-6。通过原位开环聚合反应得到的改性聚酰胺-6切片中氧化石墨烯分散性良好，力学性能提升。为实现改性纤维中功能粉体的高效利用，公开号为cn202849611u的中国专利公开了一种皮芯结构远红外聚酰胺纤维的制备方法，该纤维的芯层是聚酰胺纤维，皮层为含有远红外发射功能粉体的聚酰胺纤维，其中皮层含量仅为5～20wt％。公开号为cn112011845a的中国专利公开了一种石墨烯/聚合物多重取向填充改性化纤及其制备方法，通过原位悬浮聚合提高石墨烯的分散性，利用石墨烯/聚合物复合微球的取向填充改性化纤，实现化纤强度和韧性的提高，有望增加石墨烯填料的填充效率。

5、这些工作为功能纳米粒子在纤维中的分散和高效利用提供了启发，但是这些方法会导致额外的造粒过程、设备更新、相容性不足等问题，关键是纤维原本的强韧性与功能性之间难以兼容，限制了远红外发热纤维的发展。

技术实现思路

1、本发明解决的关键问题在于提供一种高效远红外发热聚酰胺6纤维的制备方法，该方法制备过程简单易行，可大幅提高功能材料的利用效率并实现改性纤维的基础性能与功能性的兼容。

2、为实现这一目标，本发明包括以下步骤：

3、将共聚单体、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、过氧化苯甲酰、氢氧化镁、功能纳米粒子混合，搅拌后得到悬浮液并进行原位悬浮聚合，得到远红外吸光发热复合微球；

4、将干燥的远红外吸光发热复合微球和聚酰胺6切片混合后，用双螺杆挤出机进行熔融共混，经拉伸后得到高效远红外发热聚酰胺6纤维。

5、优选的，所述的原位悬浮聚合得到的复合微球结构为聚合物包覆功能纳米粒子，其中功能纳米粒子在微球内部分散并起到交联剂的作用。

6、优选的，所述的共聚单体为硬单体、耐热单体和功能单体三种组合，所述的硬单体为苯乙烯、丙烯腈或甲基丙烯酸甲酯；所述的耐热单体为丙烯腈；所述的功能单体为甲基丙烯酸缩水甘油酯。

7、优选的，所述的硬单体、耐热单体和功能单体三者质量比为50～90:5～25:5～25，进一步优选，所述的共聚单体之间的比例为60～80:10～20:10～20。

8、优选的，所述的过氧化苯甲酰的用量为共聚单体总质量的1～5wt％；所述的氢氧化镁的用量为共聚单体总质量的5～15wt％。进一步优选，过氧化苯甲酰和氢氧化镁的用量分别为单体总质量的2～3wt％和10wt％。

9、优选的，所述的功能纳米粒子为表面偶联有碳碳双键的还原氧化石墨烯粒子，所述的功能纳米粒子为共聚单体总质量的0.05～0.5wt％(进一步优选0.1～0.2wt％)。

10、优选的，所述的远红外吸光发热复合微球的干燥条件为室温下风干过夜，之后在真空烘箱中于30～70℃下干燥18～30h(进一步优选，在真空烘箱中于30～40℃下干燥24h)。

11、优选的，所述的远红外吸光发热复合微球与聚酰胺6的混合质量比为1:99～20:80，进一步优选，混合质量比为为5:95～15:75。

12、优选的，所述的熔融混合时挤出机的温度为230～280℃(进一步优选240～250℃)。

13、优选的，所述的热拉伸比为25～100，进一步优选，所述的热拉伸比为25～36。

14、优选的，所述的冷拉伸比为2～4，进一步优选，所述的纤维冷拉伸比为3～4。

15、本发明利用原位悬浮聚合包覆表面偶联改性双键的还原氧化石墨烯粒子，得到远红外吸光发热复合微球；再将该微球与聚酰胺6切片熔融共混纺丝，得到高效远红外发热聚酰胺6纤维。本发明利用表面接枝聚合反应实现功能粒子的分散及与微球相互作用力的增强，微球的微纤化过程使功能粒子在改性纤维内形成多层相互平行的取向结构，大幅增加对远红外光的直接吸收和层间发射路径，所制得改性纤维具有高效远红外发热性能并兼容了良好的综合力学性能。

16、本发明高效远红外发热聚酰胺6纤维的制备方法，其将具备远红外吸光发热功能的石墨烯作为交联剂，用于远红外吸光发热复合微球的制备过程，使共聚物分子链接枝在石墨烯片层表面并形成交联网络，增加了石墨烯与微球共聚分子链之间的相互作用，有利于微球的形变过程中应力传递至石墨烯片层表面，促进石墨烯取向重排行为，并能够增强微球刚性。构成微球的功能共聚单体甲基丙烯酸缩水甘油酯可与聚酰胺分子间发生反应，增强界面相互作用，有利于改性纤维力学性能并增加拉伸过程中微球的取向微纤化程度，使微球中包覆的石墨烯片层在改性纤维中分散且沿纤维轴向取向排列。这种结构可增加石墨烯对远红外线辐照的吸收面积，且大量相互平行的取向排列石墨烯能够多次反射远红外线，有效增加远红外线在纤维内部的传播路径，实现对远红外线的高效吸收。实验结果表明，高效远红外发热聚酰胺6纤维在红外灯下辐照30s后温度升高7.3℃，比常规共混方式和未改性pa6纤维分别高2.7℃和4.1℃。