一种吸湿发热纱线及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于纺织技术领域，具体涉及一种吸湿发热纱线及其制备方法和应用。

背景技术

随着人民生活水平的提高，服装的功能也在向着多元化发展，不仅是局限于单纯的蔽体和保暖，同时人们对于服装的舒适性、环保性等要求也越来越高。出于冬天防寒保暖同时利于活动的目的，保暖发热面料应运而生。吸湿发热面料的重点是吸湿发热纱线的制备。吸湿发热纱线属于新型的调温纱线，其原理主要为：(1)纱线分子上强亲水性的极性基团与空气中具有高动能的水蒸气分子通过氢键结合，使得高动能的水蒸气分子被纱线分子吸附而静止，由能量守恒定理可知，物体由动态变为静态，在没有势能变化的条件下，必将动能转化成热能，致使纱线材料具有吸湿发热性能；(2)利用相态变化时发生的能量变化，即水蒸气转化为液体时会向外界放热，纱线通过吸收空气中或者人体所散发的水蒸气，并将其转化成液体发热，致使该纱线具有吸湿发热功能。

目前，在人们常用服装面料中使用的纱线，吸水率最高的是羊毛，其吸水率为16％。在20℃、40％～90％R.H.Sample Size 20cm*20cm条件下，30min平均升温值由高到低依次为：羊毛(6.0℃)、棉(4.2℃)、TPEE(3.3℃)、尼龙(2.8℃)。因羊毛和粘胶纤维与常用的纱线相比具有较好的吸水性，故市场上吸湿发热产品，多选用如羊毛、粘胶等吸湿性较好的原料来制作具有发热功能面料，但羊毛面料易起球，保养要求较高，粘胶纤维面料弹性差并且容易褶皱，不耐水洗、容易起毛、不耐碱不耐酸。

发明内容

解决的技术问题：针对上述技术问题，本发明提供了一种吸湿发热纱线及其制备方法和应用，通过聚丙烯腈的水解交联使其具备吸湿发热功能，并通过混纺成线，在吸湿发热面料中具有良好的应用。

技术方案：一种吸湿发热纱线的制备方法，所述制备方法包括步骤如下：

(1)聚丙烯腈水解：将聚丙烯腈加入强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂包括有机溶剂、去离子水和碱金属化合物，所述聚丙烯腈占所述强碱溶剂质量的5～10％，所述碱金属化合物占所述强碱溶剂质量的6％～15％，所述水解反应的温度为80℃～100℃，水解反应的时间为3～5h；

(2)酸中和：向聚丙烯腈水解产物中加酸调节至pH 5.5～7.5；

(3)热交联：向酸中和后的产物中加入交联剂进行交联反应，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.03％～0.12％，所述交联反应的温度为120℃～140℃，所述交联反应的时间为1～2h；

(4)湿法纺丝：将上述交联产物加入纺丝溶剂后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为15～17m/min，牵伸倍数为2.4～3.8，卷绕速度为20～30m/min，烘干温度为130～150℃；

(5)混合纺纱：将湿法纺丝得到的纤维与羊毛纤维、棉纤维、粘胶纤维或蚕丝纤维混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

优选的，所述聚丙烯腈和碱金属化合物的质量比为1：(0.55～3)。

优选的，所述碱金属化合物为氢氧化钠或氢氧化钾，所述碱金属化合物占所述强碱溶剂质量的6％～10％。

优选的，所述有机溶剂为乙醇或丙酮，所述有机溶剂占所述强碱溶剂质量的5％～10％。

优选的，所述交联剂为三烯丙基三聚氰酸酯或聚乙烯亚胺。

优选的，所述纺丝溶剂为氯化锌水溶液或硫氰酸钠水溶液。

优选的，所述氯化锌水溶液的浓度为20wt.％～30wt.％，所述氰酸钠水溶液的浓度为20wt.％～30wt.％。

由上述制备方法制得的吸湿发热纱线。

优选的，所述纱线的公定回潮率为15％～28％，所述纱线在20℃、40％～90％RH条件下的30min平均升温值为4～5℃。

所述吸湿发热纱线在吸湿保暖面料中的应用。

有益效果：本发明的纱线具有很高的吸湿性，公定回潮率最高可达35.8％，且其发热性能优良在20℃、40％～90％RH条件下的30min平均升温值为4～5℃。该纱线能够吸收人体挥发出的水汽进行温度调节，因此在吸湿保暖面料上具有很好的应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

实施例1

将5g聚丙烯腈加入100g强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂为10mL乙醇、10g氢氧化钠和去离子水配置而成，在100℃下反应3h；水解产物中加硝酸调节至pH 5.5；再加入交联剂三烯丙基三聚氰酸酯在125℃下进行交联反应2h，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.03％。将交联产物加入浓度为20wt.％的氯化锌水溶液后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为15m/min，牵伸倍数为3.8，卷绕速度为25m/min，烘干温度为130℃；最后将湿法纺丝得到的纤维与羊毛纤维按混纺比20：80混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

实施例2

将5g聚丙烯腈加入100g强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂为12mL乙醇、15g氢氧化钠和去离子水配置而成，在85℃下反应4h；水解产物中加硝酸调节至pH 6.5；再加入交联剂三烯丙基三聚氰酸酯在120℃下进行交联反应1.5h，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.08％。将交联产物加入浓度为25wt.％的硫氰酸钠水溶液后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为15m/min，牵伸倍数为3.5，卷绕速度为20m/min，烘干温度为140℃；最后将湿法纺丝得到的纤维与羊毛纤维按混纺比20：80混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

实施例3

将5g聚丙烯腈加入100g强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂为15mL乙醇、2.8g氢氧化钠和去离子水配置而成，在80℃下反应5h；水解产物中加硝酸调节至pH 7.0；再加入交联剂聚乙烯亚胺在140℃下进行交联反应1h，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.10％。将交联产物加入浓度为30wt.％的硫氰酸钠水溶液后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为17m/min，牵伸倍数为2.5，卷绕速度为30m/min，烘干温度为150℃；最后将湿法纺丝得到的纤维与棉纤维按混纺比25：75混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

实施例4

将8g聚丙烯腈加入100g强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂为15mL乙醇、10g氢氧化钠和去离子水配置而成，在90℃下反应3.5h；水解产物中加硝酸调节至pH 7.5；再加入交联剂聚乙烯亚胺在135℃下进行交联反应1.5h，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.12％。将交联产物加入浓度为28wt.％的硫氰酸钠水溶液后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为16m/min，牵伸倍数为2.8，卷绕速度为30m/min，烘干温度为140℃；最后将湿法纺丝得到的纤维与棉纤维按混纺比25：75混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

实施例5

将10g聚丙烯腈加入100g强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂为12mL乙醇、15g氢氧化钠和去离子水配置而成，在85℃下反应5h；水解产物中加硝酸调节至pH 6.5；再加入交联剂三烯丙基三聚氰酸酯在120℃下进行交联反应2h，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.09％。将交联产物加入浓度为25wt.％的硫氰酸钠水溶液后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为15m/min，牵伸倍数为3.8，卷绕速度为20m/min，烘干温度为140℃；最后将湿法纺丝得到的纤维与粘胶纤维按混纺比20：80混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

实施例6

将8g聚丙烯腈加入100g强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂为10mL乙醇、8g氢氧化钠和去离子水配置而成，在85℃下反应3h；水解产物中加硝酸调节至pH 5.8；再加入交联剂聚乙烯亚胺在135℃下进行交联反应1.5h，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.06％。将交联产物加入浓度为20wt.％的氯化锌水溶液后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为15m/min，牵伸倍数为3.2，卷绕速度为25m/min，烘干温度为130℃；最后将湿法纺丝得到的纤维与粘胶纤维按混纺比20：80混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

实施例7

将8g聚丙烯腈加入100g强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂为12mL乙醇、8g氢氧化钠和去离子水配置而成，在85℃下反应3h；水解产物中加硝酸调节至pH 6.0；再加入交联剂三烯丙基三聚氰酸酯在120℃下进行交联反应1h，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.05％。将交联产物加入浓度为20wt.％的硫氰酸钠水溶液后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为16m/min，牵伸倍数为2.4，卷绕速度为20m/min，烘干温度为140℃；最后将湿法纺丝得到的纤维与蚕丝纤维按混纺比20：80混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

实施例8

将10g聚丙烯腈加入100g强碱溶剂中进行水解反应，所述强碱溶剂为15mL乙醇、15g氢氧化钠和去离子水配置而成，在85℃下反应4h；水解产物中加硝酸调节至pH 6.0；再加入交联剂聚乙烯亚胺在125℃下进行交联反应1.5h，所述交联剂的质量对所述聚丙烯腈的质量为0.08％。将交联产物加入浓度为20wt.％的硫氰酸钠水溶液后进行湿法纺丝，所述湿法纺丝的喷丝速度为16m/min，牵伸倍数为3.5，卷绕速度为20m/min，烘干温度为140℃；最后将湿法纺丝得到的纤维与蚕丝纤维按混纺比20：80混合，依次通过开清、梳棉、精梳、并条、粗纱和细纱工序得到吸湿发热纱线。

根据GB/T 9994-2018《纺织材料公定回潮率》测定标准，本发明各实施例的吸湿发热纱线的公定回潮率检测结果如下：

根据FZ/T 73036-2010测定标准，本发明各实施例的吸湿发热纱线在20℃、40％～90％RH条件下的30min平均升温值测定结果如下：

由上表可知，本发明的吸湿发热纱线在吸湿保暖面料中具有良好的应用，可广泛应用于针织内衣和各式家纺中。