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一种高强度防褶皱的复合织物材料、面料及制备方法

申请号 CN202311697309.6 申请日 2023-12-12 公开(公告)号 CN117734247A 公开(公告)日 2024-03-22
申请人 北京大华天坛服装有限公司; 发明人 赵焱; 孔海燕; 秦娟; 黄永超; 轩静;
摘要 本 发明 属于织物面料技术领域,提供了一种高强度防褶皱的复合织物材料、面料及制备方法,所述复合织物材料包括依次层叠的 基层 、粘结层和 面层 ;所述基层由皮芯复合 纤维 编织形成,所述皮芯复合纤维包括内芯和包裹所述内芯的皮层,所述内芯为腈纶复丝,所述皮层为聚酯纤维;所述粘结层的材料为改性 碳 纤维/金属 氧 化 纳米粒子 复合的环氧 树脂 ;所述面层由经线和 纬线 横纵编织形成,所述经线为亚麻纤维,所述纬线为竹纤维。本发明提供的复合织物材料由基层、粘结层和面层层叠复合形成,制备得到的复合织物材料具备优异的 力 学强度,体感舒适度较高且在外力作用下不易产生褶皱等优势。
权利要求

1.一种高强度防褶皱的复合织物材料,其特征在于,所述复合织物材料包括依次层叠的基层、粘结层和面层
所述基层由皮芯复合纤维编织形成,所述皮芯复合纤维包括内芯和包裹所述内芯的皮层,所述内芯为腈纶复丝,所述皮层为聚酯纤维;
所述粘结层的材料为改性纤维/金属化物纳米粒子复合的环氧树脂
所述面层由经线和纬线横纵编织形成,所述经线为亚麻纤维,所述纬线为竹纤维。
2.根据权利要求1所述的高强度防褶皱的复合织物材料,其特征在于,所述皮芯复合纤维的编织密度为10‑20根/cm;
所述粘结层的厚度为100‑150μm;
所述经线的编织密度为30‑40根/cm;
所述纬线的编织密度为25‑35根/cm。
3.一种权利要求1或2所述的高强度防褶皱的复合织物材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
(Ⅰ)以腈纶复丝作内芯,以聚酯纤维作皮层进行包芯纺纱得到皮芯复合纤维,将皮芯复合纤维编织形成基层;
(Ⅱ)制备由改性碳纤维和金属氧化物纳米粒子复合形成的增强材料,将增强材料、环氧树脂固化剂和偶联剂混合,经螺杆挤出得到粘结材料;
(Ⅲ)以亚麻纤维作经线,以竹纤维作纬线,横纵编织形成面层;
(Ⅳ)在基层的一侧表面平铺粘结材料,在粘结材料上覆盖面层,经热压粘合得到所述复合织物材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅰ)中,所述皮芯复合纤维在包芯纺纱装置中制备得到;
所述皮芯复合纤维中,所述聚酯纤维与所述腈纶复丝的质量比为(1.5‑3):1;
所述包芯纺纱装置的纱线输出速度为20‑30m/min;
所述聚酯纤维的捻度为200‑300T/m。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅱ)中,所述增强材料采用如下方法制备得到:
(1)将碳纤维依次浸入氧化剂溶液和偶联剂溶液中,取出后得到改性碳纤维;将金属前驱体分散于去离子中,搅拌均匀得到金属前驱体溶液;
(2)将改性碳纤维与金属前驱体溶液混合后进行微波水热反应,反应结束后煅烧,得到所述增强材料。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述碳纤维为短切碳纤维;
所述碳纤维的短切长度为4‑5mm;
所述碳纤维的单丝直径为6‑7μm;
在所述氧化剂溶液中浸泡50‑60min;
所述氧化剂溶液的浓度为20‑30mmol/L;
所述氧化剂溶液为双氧水溶液、过氧乙酸溶液、过碳酸钠溶液、高锰酸溶液、硫酸氢钾溶液中的任意一种或至少两种的组合;
在所述偶联剂溶液中浸泡30‑40min;
所述偶联剂溶液中偶联剂的质量分数为2‑5wt%;
所述金属前驱体溶液中的金属前驱体的摩尔浓度为1‑2.5mol/L;
所述搅拌过程的环境温度为40‑60℃;
所述金属前驱体为氢氧化,制备得到的所述增强材料为改性碳纤维/纳米氧化铝复合材料
7.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述改性碳纤维与所述金属前驱体溶液中的金属前驱体的质量比为1:(30‑40);
所述微波水热反应在微波水热反应釜中进行;
所述微波水热反应的时间为20‑50min;
所述微波水热反应的温度为160‑190℃;
所述微波水热反应的压为1‑4MPa;
所述煅烧的温度为1000‑1200℃;
所述煅烧的时间为1‑2h。
8.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅱ)中,所述增强材料、环氧树脂、固化剂和偶联剂按照如下重量份投料:
增强材料 20‑30份;
环氧树脂 50‑70份;
固化剂 5‑15份;
偶联剂 1‑5份;
所述螺杆挤出过程在双螺杆挤出机中进行;
所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200‑300rpm;
所述双螺杆挤出机的温度为180‑200℃。
9.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(Ⅳ)中,所述热压粘合的温度为
170‑180℃;
所述热压粘合的压力为0.3‑0.4MPa。
10.一种高强度防褶皱面料,其特征在于,所述高强度防褶皱面料采用权利要求1或2所述的高强度防褶皱的复合织物材料经裁剪后得到。

说明书全文

一种高强度防褶皱的复合织物材料、面料及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于织物面料技术领域,涉及一种高强度防褶皱的复合织物材料、面料及制备方法。

背景技术

[0002] 随着经济社会的日益发展,人们对于衣食住行等生活各方面的质量要求也随之提高,其中,服装成为了人们生活中不可缺少的重要产品。面料作为服装三要素之一,不仅可以诠释服装的格和特性,而且直接决定了服装的色彩和造型的表现效果,这要求织物面料具备透气、舒适、不易变形和不易起静电等特性,尤其要求织物面料在洗涤之后不会产生褶皱,以防止面料褶皱破坏服装本身具备的美观度,但是现有的穿着舒适且透气性好的织物面料在洗涤或穿着过程中极易产生褶皱且很难恢复,而不易产生褶皱的织物面料在舒适度和透气性等方面又不满足人们的要求。
[0003] CN113123131A公开了一种针织物防缩防皱低甲树脂整理方法以及纺织物。上述的针织物防缩防皱低甲醛树脂整理方法包括如下步骤:对针织物进行过树脂整理处理,得到整理织物;对整理织物进行定型处理,得到定型织物;对定型织物进行循环风处理,对定型织物的下表面施加的循环风速度大于对定型织物的上表面施加的循环风速度。但该发明技术提供的纺织物整理方法工艺复杂,所用设备造价高,不易工业化推广,且无法同时兼顾面料的舒适性和高强度。
[0004] CN103572452A公开了一种防皱织物及其生产方法和用途,该织物至少由纤维素纤维及涤纶纤维所形成,组织为斜纹组织、缎纹组织或二重组织;纤维素纤维的含量在20 80~重量%之间;且该织物的防皱性能为3级以上。但该发明技术提供的防皱织物无法同时兼顾面料的舒适性和高强度。
[0005] 因此,亟需设计一种新的织物面料,既可以保证面料的透气性和舒适度,也可以满足人们对织物面料防褶皱的性能需求。

发明内容

[0006] 针对现有技术存在的不足,本发明的目的在于提供一种高强度防褶皱的复合织物材料、面料及制备方法,本发明提供的复合织物材料由基层、粘结层和面层层叠复合形成,制备得到的复合织物材料具备优异的学强度,体感舒适度较高且在外力作用下不易产生褶皱等优势。
[0007] 为达此目的,本发明采用以下技术方案:
[0008] 第一方面,本发明提供了一种高强度防褶皱的复合织物材料,所述复合织物材料包括依次层叠的基层、粘结层和面层;
[0009] 所述基层由皮芯复合纤维编织形成,所述皮芯复合纤维包括内芯和包裹所述内芯的皮层,所述内芯为腈纶复丝,所述皮层为聚酯纤维;
[0010] 所述粘结层的材料为改性纤维/金属化物纳米粒子复合的环氧树脂
[0011] 所述面层由经线和纬线横纵编织形成,所述经线为亚麻纤维,所述纬线为竹纤维。
[0012] 本发明提供的复合织物材料由基层、粘结层和面层层叠复合形成,制备得到的复合织物材料具备优异的力学强度,体感舒适度较高且在外力作用下不易产生褶皱。
[0013] 本发明提供的复合织物材料中的面层由亚麻纤维和竹纤维横纵编织形成,竹纤维赋予了复合织物材料优异的抗菌性,其作为亲肤面层可以大幅减少细菌的产生和传播,亚麻纤维则具有凉爽透气、滑爽硬挺的纺织特性,与人体皮肤直接接触后可以为使用者带来亲肤舒适的使用感受。但是,亚麻纤维和竹纤维都属于纤维素纤维,二者中均含有较多的木质素,木质素存在于纤维素分子的非结晶区内,由于木质素的存在导致亚麻纤维和竹纤维在受到外力作用后,非晶区内分子链段易产生拉伸和滑移。此外,由于纤维素分子交联形成了刚性网络结构,导致面层的变形伸长率较低、弹性较差且脆性较高,因此,虽然面层具备舒适透气,柔软亲肤等优点,但在穿着和使用过程中容易产生褶皱。因此,本发明在由竹纤维和亚麻纤维编织形成的面层的基础上复合了具有优良回弹能力的基层,通过粘结层将基层与面层粘结复合,从而获得了兼顾舒适度和防褶皱效果的复合织物材料。
[0014] 本发明提供的复合织物材料中的基层由皮芯复合纤维编织形成,主要作为复合织物材料整体的支撑框架,为复合织物材料提供一定的抗拉强度,也保障了皮芯复合纤维的可纺性,赋予了复合织物材料优异的形变恢复能力。其中,皮芯复合纤维的内芯为腈纶复丝,腈纶复丝具有优异的回弹能力,在20%延伸率的条件下,腈纶复丝的回弹率可保持在65%以上,采用腈纶复丝作为皮芯复合纤维的内芯可以极大地提高复合织物材料的弹性,从而赋予复合织物材料优异的防褶皱能力。聚酯纤维具有优异的耐酸、耐、耐磨、耐光、耐热、抗皱、高强度和高弹性等性能,不易虫蛀和发霉,因此将其作为基层的皮层材料使得复合织物面料经久耐穿,可以大幅提高复合织物材料的使用寿命和整体强度;此外,鉴于聚酯纤维的吸湿性和透气性较差,因此作为基层材料不与皮肤直接接触,在一定程度上规避了其吸湿性和透气性差所带来的舒适性较差的问题。
[0015] 在复合织物材料中,基层和面层之间的界面结合性能直接影响了织物材料的形变恢复效果,即便基层的形变恢复能力再优异,一旦与面层之间的结合效果不佳,也无法将基层的形变恢复能力顺利传递至面层,由此使得面层同样会产生褶皱。当基层和面层之间的界面结合强度较强时,基层作为织物材料的支撑框架,可以经由二者之间的粘结层将形变恢复能力快速传递至面层,使得面层产生的褶皱在形变恢复能力的作用下复原;反之,当基层与面层之间的界面结合强度较弱时,复合织物材料在受外力作用后,基层与面层之间发生相对位移甚至造成面层脱离,此时面层处因外力产生的褶皱则很难通过基层的支撑作用复原。为此,本发明特别改进了基层和面层之间的粘结层的组分,设计了一种由改性碳纤维和金属氧化纳米粒子复合的环氧树脂,不仅可以提高粘结层与基层和面层之间的界面结合强度,而且可以进一步增强复合织物材料整体的力学性能。
[0016] 作为本发明一种优选的技术方案,所述皮芯复合纤维的编织密度为10‑20根/cm,例如可以是10根/cm、11根/cm、12根/cm、13根/cm、14根/cm、15根/cm、16根/cm、17根/cm、18根/cm、19根/cm或20根/cm,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0017] 所述粘结层的厚度为100‑150μm,例如可以是100μm、105μm、110μm、115μm、120μm、125μm、130μm、135μm、140μm、145μm或150μm,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0018] 所述经线的编织密度为30‑40根/cm,例如可以是30根/cm、31根/cm、32根/cm、33根/cm、34根/cm、35根/cm、36根/cm、37根/cm、38根/cm、39根/cm或40根/cm,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0019] 所述纬线的编织密度为25‑35根/cm,例如可以是25根/cm、26根/cm、27根/cm、28根/cm、29根/cm、30根/cm、31根/cm、32根/cm、33根/cm、34根/cm或35根/cm,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0020] 面层的经线编织密度会直接影响复合织物材料的抗褶皱能力,本发明特别限定了经线的编织密度为30‑40根/cm,当经线的编织密度低于30根/cm时,导致面层结构过于稀松,刚性较低,力学性能不足;但当经线的编织密度超过40根/cm时,经线与纬线之间的摩擦力过大,影响了复合织物材料的形变恢复能力,最终导致复合织物材料的抗褶皱能力下降;同时还会导致面层的刚性增大,耐折磨性降低,手感粗糙。
[0021] 第二方面,本发明提供了一种第一方面所述的高强度防褶皱的复合织物材料的制备方法,所述制备方法包括:
[0022] (Ⅰ)以腈纶复丝作内芯,以聚酯纤维作皮层进行包芯纺纱得到皮芯复合纤维,将皮芯复合纤维编织形成基层;
[0023] (Ⅱ)制备由改性碳纤维和金属氧化物纳米粒子复合形成的增强材料,将增强材料、环氧树脂、固化剂和偶联剂混合,经螺杆挤出得到粘结材料;
[0024] (Ⅲ)以亚麻纤维作经线,以竹纤维作纬线,横纵编织形成面层;
[0025] (Ⅳ)在基层的一侧表面平铺粘结材料,在粘结材料上覆盖面层,经热压粘合得到所述复合织物材料。
[0026] 作为本发明一种优选的技术方案,步骤(Ⅰ)中,所述皮芯复合纤维在包芯纺纱装置中制备得到。
[0027] 所述皮芯复合纤维中,所述聚酯纤维与所述腈纶复丝的质量比为(1.5‑3):1,例如可以是1.5:1、1.6:1、1.7:1、1.8:1、1.9:1、2.0:1、2.1:1、2.2:1、2.3:1、2.4:1、2.5:1、2.6:1、2.7:1、2.8:1、2.9:1或3.0:1,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0028] 所述包芯纺纱装置的纱线输出速度为20‑30m/min,例如可以是20m/min、21m/min、22m/min、23m/min、24m/min、25m/min、26m/min、27m/min、28m/min、29m/min或30m/min,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0029] 所述聚酯纤维的捻度为200‑300T/m,例如可以是200T/m、210T/m、220T/m、230T/m、240T/m、250T/m、260T/m、270T/m、280T/m、290T/m或300T/m,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0030] 对于皮层使用的聚酯纤维而言,捻度可以将聚酯纤维聚集在一起并给予聚酯纤维一定程度的凝聚力,因此捻度直接决定了加工后皮芯复合纤维的力学性能以及由皮芯复合纤维编织形成的基层的力学性能。当聚酯纤维的捻度低于200T/m时,作用在聚酯纤维间的抱合力和摩擦力较小,聚酯纤维形成的皮层结构较为松散,在受到外力作用时,聚酯纤维之间容易产生相对位移,导致皮芯复合纤维出现不可恢复的形变,从而导致复合织物材料的折皱恢复能力降低。
[0031] 随着聚酯纤维的捻度增大,聚酯纤维的向心压力随之提高,导致聚酯纤维间的摩擦力和抱合力加强,较大的纤维间摩擦力和抱合力增强了纤维间的载荷传递能力,使得皮层具备较高的载荷承受能力。同时,聚酯纤维的捻增加,皮层的聚酯纤维变得更加倾斜,阻止了聚酯纤维在轴向拉力下的变形,延缓了聚酯纤维的断裂,使得聚酯纤维的断裂伸长率提高。
[0032] 当聚酯纤维的捻度高于300T/m时,聚酯纤维产生较大的扭转,聚酯纤维之间的抱合力过大导致聚酯纤维产生严重变形,在受到外力作用时,易导致聚酯纤维的抗弯刚度下降,从而导致复合织物材料的折皱恢复能力降低。此外,聚酯纤维的捻度过大,使得聚酯纤维排列紧密,此时,聚酯纤维的倾斜和变形因素占据主导地位,导致聚酯纤维的初始模量和断裂强度出现下降趋势。因此,具有良好抗褶皱性能的基层中的聚酯纤维的捻度应适中,皮层结构较为紧凑,才能具有一定的抱合力和抗弯刚度。
[0033] 作为本发明一种优选的技术方案,步骤(Ⅱ)中,所述增强材料采用如下方法制备得到:
[0034] (1)将碳纤维依次浸入氧化剂溶液和偶联剂溶液中,取出后得到改性碳纤维;将金属前驱体分散于去离子中,搅拌均匀得到金属前驱体溶液;
[0035] (2)将改性碳纤维与金属前驱体溶液混合后进行微波水热反应,反应结束后煅烧,得到所述增强材料。
[0036] 本发明借助粘结层将基层的形变恢复能力赋予面层,使得面层也具备一定的防褶皱效果,同时将面层受到的外力及时传递至基层以防止面层因长时间受外力影响而产生无法恢复的褶皱。基层与面层复合的本质就是将粘结材料形成完全浸润基层和面层且能传递应力载荷的粘结界面,因此基层与面层之间形成的粘结层需要确保其可以分别与基层和面层完全接触润湿,但由于基层和面层的表面较为粗糙,当采用环氧树脂作为粘结材料时,环氧树脂基体很难完全接触润湿基层和面层,由此导致固化后形成的粘结层与基层和面层之间存在较多空腔缺陷,这会直接影响基层、粘结层和面层之间的界面结合强度。
[0037] 为此,本发明在环氧树脂基体中加入了改性碳纤维和金属氧化纳米粒子组成的复合增强材料,由于碳纤维的直径很小,在与基层和面层复合热压的过程中可以填充至基层和面层的表面凹陷处,减少空腔缺陷的产生,提高了粘结层与基层和面层的浸润能力,增大了粘结层与基层和面层的连接区域的面积,最终增强了基层、粘结层和面层的结合强度。但由于碳纤维的表面惰性较大,表面能较低,同时,还缺乏化学活性的官能团,因此反应活性低,与环氧树脂基体之间的界面性能较差,导致碳纤维和环氧树脂基体的界面之间存在较多空穴缺陷,直接影响了粘结材料的浸润效果,因此,虽然通过加入碳纤维解决了粘结材料与基层和面层的浸润问题,但也导致粘结材料内部的碳纤维和环氧树脂基体之间出现了浸润问题,最终也会影响到粘结材料与基层和面层的浸润效果。因此,本发明为了改善碳纤维和环氧树脂基体的界面性能,充分利用界面效应的有利因素,通过对碳纤维进行氧化改性以提高其与环氧树脂基体之间的界面性能。
[0038] 本发明在粘结材料中掺杂了金属氧化物纳米粒子,可以提高粘结层的机械强度,当面层受到载荷冲击时,金属氧化物纳米粒子和环氧树脂基体之间的界面可以产生大量的微裂纹,金属氧化物纳米粒子之间的环氧树脂基体也会产生明显的塑性变形,能够吸收大量的冲击能,起到增韧效果,从而大幅度地提高了复合织物材料的冲击强度。此外,当粘结层接收到面层传递的外界应力时,粘结层内的金属氧化物纳米粒子能够让裂纹发生偏转和分离,使得粘结层的断裂能增加,从而进一步提高复合织物材料整体的冲击强度。
[0039] 本发明优选采用酸酯偶联剂对氧化改性后的碳纤维进行浸泡,碳纤维在浸泡铝酸酯偶联剂溶液后无需干燥,直接取出后与金属前驱体溶液混合后进行微波水热反应,此时原料中仍残留部分铝酸酯偶联剂溶液,此时与金属前驱体溶液混合,残留的铝酸酯偶联剂可以与金属前驱体发生键合,有利于制备粒径较小的金属氧化物纳米粒子,同时由于其可以包覆在金属氧化物纳米粒子的表面,起到了空间位阻效应,可以减少金属氧化物纳米粒子在煅烧实现晶型转变的过程中因烧结而产生的团聚问题。
[0040] 作为本发明一种优选的技术方案步骤(1)中,所述碳纤维为短切碳纤维。
[0041] 所述碳纤维的短切长度为4‑5mm,例如可以是4.0mm、4.1mm、4.2mm、4.3mm、4.4mm、4.5mm、4.6mm、4.7mm、4.8mm、4.9mm或5.0mm,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0042] 所述碳纤维的单丝直径为6‑7μm,例如可以是6.0μm、6.1μm、6.2μm、6.3μm、6.4μm、6.5μm、6.6μm、6.7μm、6.8μm、6.9μm或7.0μm,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0043] 在所述氧化剂溶液中浸泡50‑60min,例如可以是50min、51min、52min、53min、54min、55min、56min、57min、58min、59min或60min,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0044] 所述氧化剂溶液的浓度为20‑30mmol/L,例如可以是20mmol/L、21mmol/L、22mmol/L、23mmol/L、24mmol/L、25mmol/L、26mmol/L、27mmol/L、28mmol/L、29mmol/L或30mmol/L,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0045] 所述氧化剂溶液为双氧水溶液、过氧乙酸溶液、过碳酸钠溶液、高锰酸溶液、硫酸氢钾溶液中的任意一种或至少两种的组合。
[0046] 在所述偶联剂溶液中浸泡30‑40min,例如可以是30min、31min、32min、33min、34min、35min、36min、37min、38min、39min或40min,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0047] 所述偶联剂溶液中偶联剂的质量分数为2‑5wt%,例如可以是2.0wt%、2.2wt%、2.4wt%、2.6wt%、2.8wt%、3.0wt%、3.2wt%、3.4wt%、3.6wt%、3.8wt%、4.0wt%、4.2wt%、4.4wt%、
4.6wt%、4.8wt%或5.0wt%,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0048] 所述金属前驱体溶液中的金属前驱体的摩尔浓度为1‑2.5mol/L,例如可以是1.0mol/L、1.1mol/L、1.2mol/L、1.3mol/L、1.4mol/L、1.5mol/L、1.6mol/L、1.7mol/L、
1.8mol/L、1.9mol/L、2.0mol/L、2.1mol/L、2.2mol/L、2.3mol/L、2.4mol/L或2.5mol/L,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0049] 本发明特别限定了金属前驱体溶液中的金属前驱体的摩尔浓度为1‑2.5mol/L,在该浓度范围内可以确保金属前驱体在碳纤维和环氧树脂中能够较为均匀地分散。当金属前驱体的摩尔浓度超过2.5mol/L时,导致最终反应得到的金属氧化物纳米粒子的含量过高,对粘结层的连续性造成了破坏,进而导致粘结层的拉伸强度和弯曲强度出现了一定程度的下降。此外,当金属氧化物纳米粒子的含量过高易发生团聚,分散性变差,形成了粘结层的应力缺陷点,在受到外接应力的作用下易被破坏,导致复合织物材料的整体力学性能下降。
[0050] 所述搅拌过程的环境温度为40‑60℃,例如可以是40℃、42℃、44℃、46℃、48℃、50℃、52℃、54℃、56℃、58℃或60℃,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0051] 所述金属前驱体为氢氧化铝,制备得到的所述增强材料为改性碳纤维/纳米氧化铝复合材料
[0052] 作为本发明一种优选的技术方案,步骤(2)中,所述改性碳纤维与所述金属前驱体溶液中的金属前驱体的质量比为1:(30‑40),例如可以是1:30、1:31、1:32、1:33、1:34、1:35、1:36、1:37、1:38、1:39或1:40,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0053] 所述微波水热反应在微波水热反应釜中进行。
[0054] 所述微波水热反应的时间为20‑50min,例如可以是20min、22min、24min、26min、28min、30min、32min、34min、36min、38min、40min、42min、44min、46min、48min或50min,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0055] 所述微波水热反应的温度为160‑190℃,例如可以是160℃、162℃、164℃、166℃、168℃、170℃、172℃、174℃、176℃、178℃、180℃、182℃、184℃、186℃、188℃或190℃,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0056] 本发明采用微波水热反应制备金属氧化物纳米粒子,微波水热反应在微波水热反应釜的高温高压反应环境中进行,采用水作为反应介质,使得金属前驱体溶解并发生化学反应得到金属氧化物纳米粒子,在微波水热反应过程中,金属氧化物晶粒逐渐长大,晶格有序度和对称性逐渐提高。微波水热反应后得到的金属氧化物纳米粒子的孔径略有提高,这是由于微波水热处理具有扩孔效应,而温和的水热条件(160‑190℃)避免了晶体的过度生长和深度的扩孔现象,从而避免了金属氧化物纳米粒子比表面积的大幅降低。此外,微波水热处理后碳纤维表面的金属氧化物纳米粒子的排列方式也发生了变化,由小颗粒的密集堆积结构变为规则排列的纳米片状结构,从而使得碳纤维的表面性质发生显著变化,更有利于对面层传递的载荷进行消解转移。
[0057] 所述微波水热反应的压力为1‑4MPa,例如可以是1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa、2.5MPa、3.0MPa、3.5MPa或4.0MPa,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0058] 所述煅烧的温度为1000‑1200℃,例如可以是1000℃、1020℃、1040℃、1060℃、1080℃、1100℃、1120℃、1140℃、1160℃、1180℃或1200℃,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0059] 所述煅烧的时间为1‑2h,例如可以是1.0h、1.1h、1.2h、1.3h、1.4h、1.5h、1.6h、1.7h、1.8h、1.9h或2.0h,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0060] 作为本发明一种优选的技术方案,步骤(Ⅱ)中,所述增强材料、环氧树脂、固化剂和偶联剂按照如下重量份投料:
[0061] 增强材料20‑30份;
[0062] 环氧树脂50‑70份;
[0063] 固化剂5‑15份;
[0064] 偶联剂1‑5份。
[0065] 其中,增强材料的重量份可以是20份、21份、22份、23份、24份、25份、26份、27份、28份、29份或30份,环氧树脂的重量份可以是50份、52份、54份、56份、58份、60份、62份、64份、66份、68份或70份,固化剂的重量份可以是5份、6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、
14份或15份,偶联剂的重量份可以是1份、2份、3份、4份或5份,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0066] 本发明特别限定了增强材料的重量份为20‑30份,随着增强材料添加量的提高,粘结层的拉伸强度、弯曲强度和冲击强度呈现先增加后降低的趋势,这是由于增强材料的加入,提高了粘结材料的拉伸强度。增强材料以变形的颗粒均匀地分散在环氧基体中,当体系受到外力作用时,增强材料中的金属氧化物纳米粒子能够发挥应力集中作用,通过自身形变以吸收大量的外界能量,并有效地将能量消散转移,在与基层和面层复合后可以极大地提高复合织物材料整体的抗冲击性能和弯曲性能。此外,在后续的热压粘合过程中,增强材料中氧化改性后的碳纤维可以与环氧树脂相互作用,彼此相互渗透和穿插,形成半互穿网络结构。这种作用的存在,使得环氧分子链在受力过程中产生了一定程度的滑动变形,能够吸收部分载荷能量,从而进一步提高了复合织物材料的力学性能。但是,当增强材料的添加量超过30份,粘结材料体系的黏度过大,难以分散均匀且易产生气泡,与面层和基层的浸润效果也较差,使得固化后的粘结层中存在较多的气空腔缺陷,导致最终制备得到的粘结层的力学性能下降。
[0067] 所述螺杆挤出过程在双螺杆挤出机中进行。
[0068] 所述双螺杆挤出机的螺杆转速为200‑300rpm,例如可以是200rpm、210rpm、220rpm、230rpm、240rpm、250rpm、260rpm、270rpm、280rpm、290rpm或300rpm,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0069] 所述双螺杆挤出机的温度为180‑200℃,例如可以是180℃、182℃、184℃、186℃、188℃、190℃、192℃、194℃、196℃、198℃或200℃,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0070] 作为本发明一种优选的技术方案,步骤(Ⅳ)中,所述热压粘合的温度为170‑180℃,例如可以是170℃、171℃、172℃、173℃、174℃、175℃、176℃、177℃、178℃、179℃或180℃,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0071] 热压粘合温度在一定程度上也影响了基层和面层之间的界面性能,复合织物材料的热压粘合温度越高,基层和面层的界面结合强度越高,但同时会导致机械强度降低,因此为了兼顾复合织物材料的界面结合强度和机械强度,本发明特别限定了热压粘合的温度为170‑180℃。
[0072] 所述热压粘合的压力为0.3‑0.4MPa,例如可以是0.3MPa、0.31MPa、0.32MPa、0.33MPa、0.34MPa、0.35MPa、0.36MPa、0.37MPa、0.38MPa、0.39MPa或0.4MPa,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
[0073] 示例性地,本发明提供了一种高强度防褶皱的复合织物材料的制备方法,具体包括如下步骤:
[0074] (1)制备基层:
[0075] 将聚酯纤维和腈纶复丝按照(1.5‑3):1的质量比送入包芯纺纱装置进行包芯纺纱,纱线输出速度为20‑30m/min,聚酯纤维的捻度为200‑300T/m;包芯纺纱后得到内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维的皮芯复合纤维,将皮芯复合纤维编织形成基层,皮芯复合纤维的编织密度为10‑20根/cm;
[0076] (2)制备增强材料:
[0077] 将短切长度为4‑5mm,单丝直径为6‑7μm的短切碳纤维浸入20‑30mmol/L的氧化剂溶液中,浸泡50‑60min后取出干燥,得到氧化碳纤维;随后将氧化碳纤维浸入偶联剂溶液中,偶联剂溶液中偶联剂的质量分数为2‑5wt%,浸泡30‑40min后取出干燥,得到改性碳纤维;
[0078] 将金属前驱体分散于去离子水中,在40‑60℃温度下搅拌均匀得到金属前驱体溶液,金属前驱体溶液中的金属前驱体的摩尔浓度为1‑2.5mol/L;
[0079] 将改性碳纤维与金属前驱体溶液投入微波水热反应釜中,微波水热反应釜内的压力为1‑4MPa,在160‑190℃下进行微波水热反应,反应时间为20‑50min,改性碳纤维与金属前驱体溶液中的金属前驱体的质量比为1:(30‑40),反应结束后对反应产物在1000‑1200℃下煅烧1‑2h,得到改性碳纤维和氧化铝纳米粒子复合的改性增强材料;
[0080] (3)制备粘结材料:
[0081] 将20‑30份步骤(2)得到的增强材料、50‑70份的环氧树脂、5‑15份的固化剂和1‑5份的偶联剂投入双螺杆挤出机中,设定螺杆转速为200‑300rpm,挤出温度为180‑200℃,经螺杆挤出得到粘结材料;
[0082] (4)制备面层:
[0083] 以亚麻纤维作经线,以竹纤维作纬线,横纵编织形成面层,其中,经线的编织密度为30‑40根/cm,纬线的编织密度为25‑35根/cm;
[0084] (5)制备复合织物材料:
[0085] 在步骤(1)得到的基层的一侧表面平铺步骤(3)得到的粘结材料,在粘结材料上覆盖步骤(4)得到的面层,在170‑180℃的温度和0.3‑0.4MPa的压力下进行热压粘合,使得粘结材料熔化后固化形成100‑150μm厚的粘结层,得到所述复合织物材料。
[0086] 第三方面,本发明提供了一种高强度防褶皱面料,所述高强度防褶皱面料采用第一方面所述的高强度防褶皱的复合织物材料经裁剪后得到。
[0087] 与现有技术相比,本发明的有益效果为:
[0088] 本发明提供的复合织物材料由基层、粘结层和面层层叠复合形成,制备得到的复合织物材料具备优异的力学强度,体感舒适度较高且在外力作用下不易产生褶皱。
[0089] 本发明提供的复合织物材料中的面层由亚麻纤维和竹纤维横纵编织形成,竹纤维赋予了复合织物材料优异的抗菌性,其作为亲肤面层可以大幅减少细菌的产生和传播,亚麻纤维则具有凉爽透气、滑爽硬挺的纺织特性,与人体皮肤直接接触后可以为使用者带来亲肤舒适的使用感受。但是,亚麻纤维和竹纤维都属于纤维素纤维,二者中均含有较多的木质素,木质素存在于纤维素分子的非结晶区内,由于木质素的存在导致亚麻纤维和竹纤维在受到外力作用后,非晶区内分子链段易产生拉伸和滑移。此外,由于纤维素分子交联形成了刚性网络结构,导致面层的变形伸长率较低、弹性较差且脆性较高,因此,虽然面层具备舒适透气,柔软亲肤等优点,但在穿着和使用过程中容易产生褶皱。因此,本发明在由竹纤维和亚麻纤维编织形成的面层的基础上复合了具有优良回弹能力的基层,通过粘结层将基层与面层粘结复合,从而获得了兼顾舒适度和防褶皱效果的复合织物材料。
[0090] 本发明提供的复合织物材料中的基层由皮芯复合纤维编织形成,主要作为复合织物材料整体的支撑框架,为复合织物材料提供一定的抗拉强度,也保障了皮芯复合纤维的可纺性,赋予了复合织物材料优异的形变恢复能力。其中,皮芯复合纤维的内芯为腈纶复丝,腈纶复丝具有优异的回弹能力,在20%延伸率的条件下,腈纶复丝的回弹率可保持在65%以上,采用腈纶复丝作为皮芯复合纤维的内芯可以极大地提高复合织物材料的弹性,从而赋予复合织物材料优异的防褶皱能力。聚酯纤维具有优异的耐酸、耐碱、耐磨、耐光、耐热、抗皱、高强度和高弹性等性能,不易虫蛀和发霉,因此将其作为基层的皮层材料使得复合织物面料经久耐穿,可以大幅提高复合织物材料的使用寿命和整体强度;此外,鉴于聚酯纤维的吸湿性和透气性较差,因此作为基层材料不与皮肤直接接触,在一定程度上规避了其吸湿性和透气性差所带来的舒适性较差的问题。
[0091] 在复合织物材料中,基层和面层之间的界面结合性能直接影响了织物材料的形变恢复效果,即便基层的形变恢复能力再优异,一旦与面层之间的结合效果不佳,也无法将基层的形变恢复能力顺利传递至面层,由此使得面层同样会产生褶皱。当基层和面层之间的界面结合强度较强时,基层作为织物材料的支撑框架,可以经由二者之间的粘结层将形变恢复能力快速传递至面层,使得面层产生的褶皱在形变恢复能力的作用下复原;反之,当基层与面层之间的界面结合强度较弱时,复合织物材料在受外力作用后,基层与面层之间发生相对位移甚至造成面层脱离,此时面层处因外力产生的褶皱则很难通过基层的支撑作用复原。为此,本发明特别改进了基层和面层之间的粘结层的组分,设计了一种由改性碳纤维和金属氧化纳米粒子复合的环氧树脂,不仅可以提高粘结层与基层和面层之间的界面结合强度,而且可以进一步增强复合织物材料整体的力学性能。附图说明
[0092] 图1为本发明实施例1‑5提供的复合织物材料的制备工艺流程图
[0093] 图2为本发明实施例1‑5制备得到的复合织物材料的结构示意图;
[0094] 图3为本发明实施例1制备得到的复合织物材料的折痕回复角照片;
[0095] 图4为本发明对比例11制备得到的复合织物材料的折痕回复角照片;
[0096] 图5为本发明实施例1制备得到的复合织物材料在洗涤前的实物照片;
[0097] 图6为本发明实施例1制备得到的复合织物材料在洗涤后的实物照片;
[0098] 图7为本发明对比例11制备得到的复合织物材料在洗涤后的实物照片;
[0099] 图8为本发明实施例1制备得到的皮芯复合纤维的截面电镜照片。
[0100] 其中,1‑基层;2‑粘结层;3‑面层。

具体实施方式

[0101] 下面结合具体实施例及其附图,对本发明技术方案进行详细说明。在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式,用于说明本发明的构思;这些说明均是解释性和示例性的,不应理解为对本发明实施方式及本发明保护范围的限制。除在此记载的实施例外,本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书及其说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案,这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
[0102] 实施例1
[0103] 本实施例提供了一种高强度防褶皱的复合织物材料的制备方法,如图1所示,所述制备方法具体包括如下步骤:
[0104] (1)制备基层1:
[0105] 将聚酯纤维和腈纶复丝按照1.5:1的质量比送入包芯纺纱装置进行包芯纺纱,纱线输出速度为20m/min,聚酯纤维的捻度为200T/m;包芯纺纱后得到内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维的皮芯复合纤维(如图8所示,可以看到明显的皮芯结构),将皮芯复合纤维编织形成基层1,皮芯复合纤维的编织密度为10根/cm;
[0106] (2)制备增强材料:
[0107] 将短切长度为4mm,单丝直径为6μm的短切碳纤维浸入20mmol/L的双氧水溶液中,浸泡60min后取出干燥,得到氧化碳纤维;随后将氧化碳纤维浸入铝酸酯偶联剂溶液中,铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂的质量分数为2wt%,浸泡40min后取出干燥,得到改性碳纤维;
[0108] 将氢氧化铝分散于去离子水中,在40℃温度下搅拌均匀得到氢氧化铝溶液,氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的摩尔浓度为1mol/L;
[0109] 将改性碳纤维与氢氧化铝溶液投入微波水热反应釜中,微波水热反应釜内的压力为1MPa,在160℃下进行微波水热反应,反应时间为50min,改性碳纤维与氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的质量比为1:30,反应结束后对反应产物在1000℃下煅烧2h,得到改性碳纤维和氧化铝纳米粒子复合的改性增强材料;
[0110] (3)制备粘结材料:
[0111] 将20份步骤(2)得到的增强材料、60份的环氧树脂、15份的二乙烯三胺和5份的KH560偶联剂投入双螺杆挤出机中,设定螺杆转速为200rpm,挤出温度为200℃,经螺杆挤出得到粘结材料;
[0112] (4)制备面层3:
[0113] 以亚麻纤维作经线,以竹纤维作纬线,横纵编织形成面层3,其中,经线的编织密度为30根/cm,纬线的编织密度为25根/cm;
[0114] (5)制备复合织物材料:
[0115] 在步骤(1)得到的基层1的一侧表面平铺步骤(3)得到的粘结材料,在粘结材料上覆盖步骤(4)得到的面层3,在170℃的温度和0.4MPa的压力下进行热压粘合,使得粘结材料熔化后固化形成100μm厚的粘结层2,得到如图2所示的复合织物材料。
[0116] 如图2所示,本实施例制备得到的复合织物材料包括依次层叠的基层1、粘结层2和面层3。其中,基层由皮芯复合纤维编织形成,皮芯复合纤维包括内芯和包裹内芯的皮层,内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维。粘结层的材料为改性碳纤维/金属氧化物纳米粒子复合的环氧树脂。面层由经线和纬线横纵编织形成,经线为亚麻纤维,纬线为竹纤维。皮芯复合纤维的编织密度为10根/cm,粘结层的厚度为100μm,经线的编织密度为30根/cm,纬线的编织密度为25根/cm。
[0117] 实施例2
[0118] 本实施例提供了一种高强度防褶皱的复合织物材料的制备方法,如图1所示,所述制备方法具体包括如下步骤:
[0119] (1)制备基层1:
[0120] 将聚酯纤维和腈纶复丝按照2:1的质量比送入包芯纺纱装置进行包芯纺纱,纱线输出速度为23m/min,聚酯纤维的捻度为230T/m;包芯纺纱后得到内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维的皮芯复合纤维,将皮芯复合纤维编织形成基层1,皮芯复合纤维的编织密度为12根/cm;
[0121] (2)制备增强材料:
[0122] 将短切长度为4.2mm,单丝直径为6.3μm的短切碳纤维浸入23mmol/L的过碳酸钠溶液中,浸泡58min后取出干燥,得到氧化碳纤维;随后将氧化碳纤维浸入铝酸酯偶联剂溶液中,铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂的质量分数为2.5wt%,浸泡38min后取出干燥,得到改性碳纤维;
[0123] 将氢氧化铝分散于去离子水中,在45℃温度下搅拌均匀得到氢氧化铝溶液,氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的摩尔浓度为1.5mol/L;
[0124] 将改性碳纤维与氢氧化铝溶液投入微波水热反应釜中,微波水热反应釜内的压力为2MPa,在170℃下进行微波水热反应,反应时间为40min,改性碳纤维与氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的质量比为1:32,反应结束后对反应产物在1050℃下煅烧1.8h,得到改性碳纤维和氧化铝纳米粒子复合的改性增强材料;
[0125] (3)制备粘结材料:
[0126] 将30份步骤(2)得到的增强材料、50份的环氧树脂、15份的二乙烯三胺和5份的KH550偶联剂投入双螺杆挤出机中,设定螺杆转速为220rpm,挤出温度为195℃,经螺杆挤出得到粘结材料;
[0127] (4)制备面层3:
[0128] 以亚麻纤维作经线,以竹纤维作纬线,横纵编织形成面层3,其中,经线的编织密度为32根/cm,纬线的编织密度为25根/cm;
[0129] (5)制备复合织物材料:
[0130] 在步骤(1)得到的基层1的一侧表面平铺步骤(3)得到的粘结材料,在粘结材料上覆盖步骤(4)得到的面层3,在172℃的温度和0.38MPa的压力下进行热压粘合,使得粘结材料熔化后固化形成120μm厚的粘结层2,得到如图2所示的复合织物材料。
[0131] 如图2所示,本实施例制备得到的复合织物材料包括依次层叠的基层1、粘结层2和面层3。其中,基层1由皮芯复合纤维编织形成,皮芯复合纤维包括内芯和包裹内芯的皮层,内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维。粘结层2的材料为改性碳纤维/金属氧化物纳米粒子复合的环氧树脂。面层3由经线和纬线横纵编织形成,经线为亚麻纤维,纬线为竹纤维。皮芯复合纤维的编织密度为12根/cm,粘结层2的厚度为120μm,经线的编织密度为32根/cm,纬线的编织密度为25根/cm。
[0132] 实施例3
[0133] 本实施例提供了一种高强度防褶皱的复合织物材料的制备方法,如图1所示,所述制备方法具体包括如下步骤:
[0134] (1)制备基层1:
[0135] 将聚酯纤维和腈纶复丝按照2:1的质量比送入包芯纺纱装置进行包芯纺纱,纱线输出速度为25m/min,聚酯纤维的捻度为250T/m;包芯纺纱后得到内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维的皮芯复合纤维,将皮芯复合纤维编织形成基层1,皮芯复合纤维的编织密度为15根/cm;
[0136] (2)制备增强材料:
[0137] 将短切长度为4.5mm,单丝直径为6.5μm的短切碳纤维浸入25mmol/L的高锰酸钾溶液中,浸泡55min后取出干燥,得到氧化碳纤维;随后将氧化碳纤维浸入铝酸酯偶联剂溶液中,铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂的质量分数为3wt%,浸泡35min后取出干燥,得到改性碳纤维;
[0138] 将氢氧化铝分散于去离子水中,在50℃温度下搅拌均匀得到氢氧化铝溶液,氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的摩尔浓度为2mol/L;
[0139] 将改性碳纤维与氢氧化铝溶液投入微波水热反应釜中,微波水热反应釜内的压力为3MPa,在180℃下进行微波水热反应,反应时间为30min,改性碳纤维与氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的质量比为1:35,反应结束后对反应产物在1100℃下煅烧1.5h,得到改性碳纤维和氧化铝纳米粒子复合的改性增强材料;
[0140] (3)制备粘结材料:
[0141] 将25份步骤(2)得到的增强材料、64份的环氧树脂、10份的三乙烯四胺和1份的KH560偶联剂投入双螺杆挤出机中,设定螺杆转速为250rpm,挤出温度为190℃,经螺杆挤出得到粘结材料;
[0142] (4)制备面层3:
[0143] 以亚麻纤维作经线,以竹纤维作纬线,横纵编织形成面层3,其中,经线的编织密度为35根/cm,纬线的编织密度为30根/cm;
[0144] (5)制备复合织物材料:
[0145] 在步骤(1)得到的基层1的一侧表面平铺步骤(3)得到的粘结材料,在粘结材料上覆盖步骤(4)得到的面层3,在175℃的温度和0.35MPa的压力下进行热压粘合,使得粘结材料熔化后固化形成130μm厚的粘结层2,得到如图2所示的复合织物材料。
[0146] 如图2所示,本实施例制备得到的复合织物材料包括依次层叠的基层1、粘结层2和面层3。其中,基层1由皮芯复合纤维编织形成,皮芯复合纤维包括内芯和包裹内芯的皮层,内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维。粘结层2的材料为改性碳纤维/金属氧化物纳米粒子复合的环氧树脂。面层3由经线和纬线横纵编织形成,经线为亚麻纤维,纬线为竹纤维。皮芯复合纤维的编织密度为15根/cm,粘结层2的厚度为130μm,经线的编织密度为35根/cm,纬线的编织密度为30根/cm。
[0147] 实施例4
[0148] 本实施例提供了一种高强度防褶皱的复合织物材料的制备方法,如图1所示,所述制备方法具体包括如下步骤:
[0149] (1)制备基层1:
[0150] 将聚酯纤维和腈纶复丝按照2.5:1的质量比送入包芯纺纱装置进行包芯纺纱,纱线输出速度为28m/min,聚酯纤维的捻度为280T/m;包芯纺纱后得到内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维的皮芯复合纤维,将皮芯复合纤维编织形成基层1,皮芯复合纤维的编织密度为18根/cm;
[0151] (2)制备增强材料:
[0152] 将短切长度为4.8mm,单丝直径为6.7μm的短切碳纤维浸入28mmol/L的硫酸氢钾溶液中,浸泡53min后取出干燥,得到氧化碳纤维;随后将氧化碳纤维浸入铝酸酯偶联剂溶液中,铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂的质量分数为4wt%,浸泡32min后取出干燥,得到改性碳纤维;
[0153] 将氢氧化铝分散于去离子水中,在55℃温度下搅拌均匀得到氢氧化铝溶液,氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的摩尔浓度为2mol/L;
[0154] 将改性碳纤维与氢氧化铝溶液投入微波水热反应釜中,微波水热反应釜内的压力为3MPa,在180℃下进行微波水热反应,反应时间为30min,改性碳纤维与氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的质量比为1:38,反应结束后对反应产物在1150℃下煅烧1.2h,得到改性碳纤维和氧化铝纳米粒子复合的改性增强材料;
[0155] (3)制备粘结材料:
[0156] 将20份步骤(2)得到的增强材料、70份的环氧树脂、5份的三乙烯四胺和5份的KH570偶联剂投入双螺杆挤出机中,设定螺杆转速为280rpm,挤出温度为185℃,经螺杆挤出得到粘结材料;
[0157] (4)制备面层3:
[0158] 以亚麻纤维作经线,以竹纤维作纬线,横纵编织形成面层3,其中,经线的编织密度为38根/cm,纬线的编织密度为32根/cm;
[0159] (5)制备复合织物材料:
[0160] 在步骤(1)得到的基层1的一侧表面平铺步骤(3)得到的粘结材料,在粘结材料上覆盖步骤(4)得到的面层3,在178℃的温度和0.32MPa的压力下进行热压粘合,使得粘结材料熔化后固化形成140μm厚的粘结层2,得到如图2所示的复合织物材料。
[0161] 如图2所示,本实施例制备得到的复合织物材料包括依次层叠的基层1、粘结层2和面层3。其中,基层1由皮芯复合纤维编织形成,皮芯复合纤维包括内芯和包裹内芯的皮层,内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维。粘结层2的材料为改性碳纤维/金属氧化物纳米粒子复合的环氧树脂。面层3由经线和纬线横纵编织形成,经线为亚麻纤维,纬线为竹纤维。皮芯复合纤维的编织密度为18根/cm,粘结层2的厚度为140μm,经线的编织密度为38根/cm,纬线的编织密度为32根/cm。
[0162] 实施例5
[0163] 本实施例提供了一种高强度防褶皱的复合织物材料的制备方法,如图1所示,所述制备方法具体包括如下步骤:
[0164] (1)制备基层1:
[0165] 将聚酯纤维和腈纶复丝按照3:1的质量比送入包芯纺纱装置进行包芯纺纱,纱线输出速度为30m/min,聚酯纤维的捻度为300T/m;包芯纺纱后得到内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维的皮芯复合纤维,将皮芯复合纤维编织形成基层1,皮芯复合纤维的编织密度为20根/cm;
[0166] (2)制备增强材料:
[0167] 将短切长度为5mm,单丝直径为7μm的短切碳纤维浸入30mmol/L的过氧乙酸溶液中,浸泡50min后取出干燥,得到氧化碳纤维;随后将氧化碳纤维浸入铝酸酯偶联剂溶液中,铝酸酯偶联剂溶液中铝酸酯偶联剂的质量分数为5wt%,浸泡30min后取出干燥,得到改性碳纤维;
[0168] 将氢氧化铝分散于去离子水中,在60℃温度下搅拌均匀得到氢氧化铝溶液,氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的摩尔浓度为2.5mol/L;
[0169] 将改性碳纤维与氢氧化铝溶液投入微波水热反应釜中,微波水热反应釜内的压力为4MPa,在190℃下进行微波水热反应,反应时间为20min,改性碳纤维与氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的质量比为1:40,反应结束后对反应产物在1200℃下煅烧1h,得到改性碳纤维和氧化铝纳米粒子复合的改性增强材料;
[0170] (3)制备粘结材料:
[0171] 将22份步骤(2)得到的增强材料、68份的环氧树脂、7份的三乙烯四胺和3份的KH550偶联剂投入双螺杆挤出机中,设定螺杆转速为300rpm,挤出温度为180℃,经螺杆挤出得到粘结材料;
[0172] (4)制备面层3:
[0173] 以亚麻纤维作经线,以竹纤维作纬线,横纵编织形成面层3,其中,经线的编织密度为40根/cm,纬线的编织密度为35根/cm;
[0174] (5)制备复合织物材料:
[0175] 在步骤(1)得到的基层1的一侧表面平铺步骤(3)得到的粘结材料,在粘结材料上覆盖步骤(4)得到的面层3,在180℃的温度和0.3MPa的压力下进行热压粘合,使得粘结材料熔化后固化形成150μm厚的粘结层2,得到如图2所示的复合织物材料。
[0176] 如图2所示,本实施例制备得到的复合织物材料包括依次层叠的基层1、粘结层2和面层3。其中,基层1由皮芯复合纤维编织形成,皮芯复合纤维包括内芯和包裹内芯的皮层,内芯为腈纶复丝,皮层为聚酯纤维。粘结层2的材料为改性碳纤维/金属氧化物纳米粒子复合的环氧树脂。面层3由经线和纬线横纵编织形成,经线为亚麻纤维,纬线为竹纤维。皮芯复合纤维的编织密度为20根/cm,粘结层2的厚度为150μm,经线的编织密度为40根/cm,纬线的编织密度为35根/cm。
[0177] 对比例1
[0178] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(1)中聚酯纤维的捻度调整为150T/m,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0179] 对比例2
[0180] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(1)中聚酯纤维的捻度调整为350T/m,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0181] 对比例3
[0182] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(2)中氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的摩尔浓度调整为0.5mol/L,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0183] 对比例4
[0184] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(2)中氢氧化铝溶液中的氢氧化铝的摩尔浓度调整为3mol/L,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0185] 对比例5
[0186] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(3)中增强材料的添加量调整为15重量份,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0187] 对比例6
[0188] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(3)中增强材料的添加量调整为35重量份,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0189] 对比例7
[0190] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(4)中经线的编织密度调整为20根/cm,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0191] 对比例8
[0192] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(4)中经线的编织密度调整为50根/cm,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0193] 对比例9
[0194] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(5)中热压粘合的温度调整为160℃,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0195] 对比例10
[0196] 本对比例提供了一种复合织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,步骤(5)中热压粘合的温度调整为190℃,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0197] 对比例11
[0198] 本对比例提供了一种织物材料的制备方法,与实施例1的区别在于,本对比例省去了步骤(1)、步骤(2)、步骤(3)和步骤(4),仅以亚麻纤维和竹纤维编织形成织物材料,其他工艺参数和操作步骤与实施例1完全相同。
[0199] 为了更好地评价本发明制备得到的复合织物材料的综合性能,本发明对实施例1‑5以及对比例1‑11制备得到的复合织物材料进行如下测试:
[0200] (1)平整度测试:
[0201] 依据GB/T13769‑2009《评定织物经洗涤后外观平整度的试验方法》对实施例1和对比例11制备得到的复合织物材料进行平整度测试,对织物面料(如图5所示)进行反复洗涤10次后摊平晾干,晾干后的织物面料如图6和图7所示。
[0202] 由图6和图7可以直观看出,实施例1制备得到的复合织物材料在洗涤晾干后仍可保持较高的平整度,与清洗前的平整状态几乎一致;而对比例11制备得到的复合织物材料在洗涤晾干后出现了大量的褶皱,且经过抻平后仍很难完全复原,这表明本发明提供的制备方法制备得到的复合织物材料具备优良的抗褶皱能力。
[0203] (2)透气性能测试:
[0204] 依据GB/T5453‑1997《纺织品织物透气性的测定》,对实施例1‑5以及对比例1‑11制备得到的复合织物材料进行透气性能测试,测试结果见表1。
[0205] (3)拉伸性能测试:
[0206] 依据GB/T24218.102‑2022《纺织品非织造布试验方法第102部分:拉伸弹性的测定》,采用电子织物强力机对实施例1‑5以及对比例1‑11制备得到的复合织物材料进行拉伸弹性测试,测试织物面料在5%定伸长拉伸率下的弹性回复率,测试结果见表1。
[0207] (4)折痕回复角测试:
[0208] 依据GB/T3819‑1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》中的垂直法,采用织物折皱弹性仪对实施例1‑5以及对比例1‑11制备得到的复合织物材料进行折痕回复角测试,测试结果见表1。
[0209] 其中,实施例1和对比例11制备得到的复合织物材料的折痕回复角如图3和图4所示,由图3和图4对比可以看出,实施例1制备得到的复合织物材料的折痕回复角大于对比例11制备得到的复合织物材料的折痕回复角,折痕回复角越大,复合织物材料的抗褶皱能力越强。
[0210] (5)粘结强度测试:
[0211] 依据FZ/T01085‑2018《粘合衬剥离强力试验方法》标准,采用等速伸长实验仪对实施例1‑5以及对比例1‑11制备得到的复合织物材料进行剥离强力测试,测试结果见表1。
[0212] 表1实施例1‑5以及对比例1‑11制备得到的复合织物材料的性能测试结果[0213]
[0214] 由表1提供的测试数据可以看出,本发明实施例1‑5制备得到的复合织物材料具备优良的透气性、防褶皱效果和结合强度,可以极大地满足人们对服装面料的苛刻要求,具备极大地市场推广价值和广泛的应用场景。
[0215] 由实施例1、对比例1和对比例2的测试数据可以看出,对比例1中的弹性回复率和折痕回复角均小于实施例1,对比例2的弹性回复率和折痕回复角与实施例1相当,但透气率远低于实施例1,这是由于对比例1中聚酯纤维的捻度过低,聚酯纤维形成的皮层结构较为松散,在受到外力作用时,聚酯纤维之间容易产生相对位移,导致皮芯复合纤维出现不可恢复的形变,从而导致复合织物材料的折皱恢复能力降低。而对比例2中聚酯纤维的捻度过高,导致复合织物材料的初始模量和断裂强度下降,同时也会影响复合织物材料的透气性。
[0216] 由实施例1、对比例3和对比例4的测试数据可以看出,对比例3和对比例4的弹性回复率、折痕回复角和剥离强力均小于实施例1,尤其是剥离强力远小于实施例1,这是由于对比例3中金属前驱体的摩尔浓度过低,导致产生的金属氧化物纳米粒子的含量较少,无法有效发挥其力学增强作用,进而影响基层1和面层3之间的界面结合强度。而对比例4中金属前驱体的摩尔浓度过高,对粘结层2的连续性造成了破坏,进而导致粘结层2的拉伸强度和弯曲强度出现了一定程度的下降,此外,金属氧化物纳米粒子的含量过高易发生团聚,分散性变差,形成了粘结层2的应力缺陷点,在受到外接应力的作用下易被破坏,导致复合织物材料的界面性能下降,在受外力作用时基层1与面层3易脱离。
[0217] 由实施例1、对比例5和对比例6的测试数据可以看出,对比例5和对比例6的弹性回复率、折痕回复角和剥离强力均小于实施例1,尤其是剥离强力远小于实施例1,这是由于对比例5中增强材料的添加量过低,无法有效发挥增强材料的界面增强作用,进而影响基层1和面层3之间的界面结合强度。而对比例6中增强材料的添加量过高,使得粘结材料体系的黏度过大,难以分散均匀且易产生气泡,与面层3和基层1的浸润效果也较差,固化后的粘结层2中存在较多的气空腔缺陷,导致最终制备得到的粘结层2的力学性能下降。
[0218] 由实施例1、对比例7和对比例8的测试数据可以看出,对比例7和对比例8的透气性、弹性回复率和折痕回复角均小于实施例1,这是由于对比例7中经线的编织密度过低,导致面层3结构过于稀松,刚性较低,力学性能不足。而对比例8中经线的编织密度过高,经线与纬线之间的摩擦力过大,影响了复合织物材料的形变恢复能力,最终导致复合织物材料的抗褶皱能力下降。
[0219] 由实施例1、对比例9和对比例10的测试数据可以看出,对比例9和对比例10的弹性回复率和折痕回复角均小于实施例1,这是由于对比例9中热压粘合的温度过低,对比例10中热压粘合的温度过高,影响了基层1和面层3的界面结合强度和机械强度。
[0220] 由实施例1和对比例11的测试数据可以看出,对比例11的弹性回复率和折痕回复角远小于实施例1,这是由于本发明采用基层1、粘结层2和面层3的复合结构,借助粘结层2将基层1的形变恢复能力赋予面层3,使得面层3具备一定的防褶皱效果,同时将面层3受到的外力及时传递至基层1以防止面层3因长时间受外力影响而产生无法恢复的褶皱,因此在面层3自身具备的高强度的基础上又赋予了复合织物材料整体的抗褶皱效果。
[0221] 申请人声明,以上所述仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,所属技术领域的技术人员应该明了,任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
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