一种多功能聚酯复合纤维及其制备方法与流程

本发明属于功能纤维，涉及一种多功能聚酯复合纤维及其制备方法。

背景技术：

1、聚酯纤维凭借优异的力学性能、良好的尺寸稳定性、耐热性及低成本，成为合成纤维中产量最大、应用最广的品种，广泛用于服装、家纺及产业用纺织品。然而，其分子链结构紧密且缺乏亲水性基团，导致吸湿性差、回潮率低，穿着时易产生闷热感和静电，舒适性受限。同时，常规聚酯纤维缺乏抗菌、抗紫外、凉感等附加功能，难以满足消费者对多功能化、高舒适性及健康防护的需求。

2、为改善功能与舒适性不足，现有技术常通过共混纺丝向聚酯基体添加功能助剂，如专利cn102719932b、cn106757482b、cn118531522b所示。但此类方法存在关键缺陷：熔融纺丝过程中，功能助剂易向纤维表面迁移或分布不均，导致功能发挥不稳定，并损害纤维力学性能和纺丝稳定性。若需集成多种功能（如抗菌+抗紫外+凉感），技术难度剧增。专利cn103789868b、专利申请cn120041962a尝试共混多种助剂，但不同助剂在高温下相互干扰（反应、团聚或分解），功能易衰减甚至失效，难以实现多功能的稳定协同。

3、现有技术方案的核心问题集中体现为：首先，加工稳定性和力学性能问题突出，功能助剂种类繁多，容易在熔融纺丝过程中团聚或分解，破坏熔体流动性，导致纺丝中断或纤维强度下降；其次，功能协同性差，各组分缺乏空间分区设计，功能间相互制约（如抗菌剂与抗紫外剂相容性差），无法实现增效；最后，耐久性不足，共混或后整理引入的助剂与基体结合弱，经洗涤或使用后易流失，功能快速衰减。

4、因此，亟需开发新型多功能聚酯复合纤维，通过结构创新实现功能助剂的高效稳定负载、精准分布及协同作用，同时保障纺丝稳定性和力学性能，突破现有技术的瓶颈。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术存在的问题，提供一种多功能聚酯复合纤维及其制备方法。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种多功能聚酯复合纤维，具有皮芯复合结构，包括芯层和皮层；

4、芯层包含由具有端羟基的相变亲水聚醚改性剂共聚改性得到的第一聚酯，芯层用于提供吸湿调温功能；

5、皮层包含由反应型抗菌剂和反应型抗紫外剂共聚改性得到的第二聚酯，并分散有高导热无机填料，皮层用于提供抗菌、抗紫外及导热功能；

6、其中，反应型抗菌剂具有伯胺、叔胺或仲胺结构；

7、高导热无机填料的本征导热系数不低于80w/(m·k)。

8、本发明通过将反应型抗菌剂和反应型抗紫外剂共同共聚于皮层，同时将高导热无机填料分散于皮层，使抗菌基团和抗紫外基团以化学键合方式固定于纤维表面，不仅赋予持久的防护性能，而且反应型抗菌剂中的叔胺结构作为潜在的催化剂，在缩聚体系中通过亲核进攻或质子化被激活，进而催化聚酯大分子链上的酯基与端羟基发生酯交换反应，同时，伯胺或仲胺结构可与聚酯链上的酯基、聚醚链上的羟基形成氢键作用，结合酯交换反应生成的化学键交联，共同在分子链间构筑微交联网络，最终实现微交联的改性效果，催化酯交换反应和微交联均可补偿因高导热无机填料引入而导致的熔体强度下降和力学性能劣化，从而改善了纤维的可纺性与断裂强度。

9、与此同时，芯层采用具有端羟基的相变亲水聚醚改性剂共聚改性聚酯，该端羟基不仅提供相变调温与亲水吸湿功能，还能与皮层的聚酯基体及反应型抗菌剂和反应型抗紫外剂上的极性基团形成强氢键作用，使芯层与皮层之间形成具有梯度界面相容性的复合结构，从根本上解决了多层纤维易分层剥离的缺陷。

10、此外，纤维凉感并非单一机制实现，而是由皮层高导热填料的传导散热、芯层相变材料的相变吸热以及芯层亲水链段（即具有端羟基的相变亲水聚醚改性剂链段）协同促进汗液蒸发吸热这三重机制共同作用，实现了“即时接触凉感”与“持续热湿舒适”的协同增效。

11、本发明通过上述“反应型共聚-催化酯交换反应/微交联-界面氢键键合-多重凉感协同”的系统性设计，将原本相互制约的不同功能组分转化为相互增强的整体，克服了本领域技术人员在多功能纤维集成中普遍面临的技术偏见。

12、作为优选的技术方案：

13、如上所述的一种多功能聚酯复合纤维，多功能聚酯复合纤维的截面形状为十字形、y形或多沟槽形状，其中，多沟槽形状是纤维截面描述中的一个常见的术语，指纤维表面沿长度方向分布着多条凹槽，异形截面设计有利于促进汗液蒸发吸热。

14、如上所述的一种多功能聚酯复合纤维，具有端羟基的相变亲水聚醚改性剂为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃中的一种或多种，其数均分子量400~2000g/mol，其在芯层中的质量占比为5.0%~30.0%。

15、如上所述的一种多功能聚酯复合纤维，反应型抗菌剂为烷基二甲基叔胺或胍类化合物的一种或多种，其中，烷基二甲基叔胺为c8~c18烷基二甲基叔胺，胍类化合物为胍、氨基胍、双胍中的一种或多种；反应型抗菌剂在皮层中的质量占比为3.0%~5.0%。

16、如上所述的一种多功能聚酯复合纤维，反应型抗紫外剂为二苯甲酮类化合物（邻羟基二苯甲酮、4',4-二羟基二苯甲酮、2,4-二羟基二苯甲酮、2,2',4,4'-四羟基二苯甲酮中的一种或多种），其在皮层中的质量占比为3.0%~5.0%。

17、如上所述的一种多功能聚酯复合纤维，高导热无机填料的本征导热系数为80~400w/(m·k)；高导热无机填料为氮化硼、氧化铝、碳化硅纳米片、球形颗粒中的一种或多种，其平均粒径或平均片层尺寸为50~500nm，其在皮层中的质量占比为1.0%~5.0%。

18、如上所述的一种多功能聚酯复合纤维，多功能聚酯复合纤维的单丝直径为0.03~0.20mm，皮层厚度为单丝直径的5%~30%，皮层质量占比为20~50%，芯层质量占比为50~80%。

19、如上所述的一种多功能聚酯复合纤维，多功能聚酯复合纤维为由36根单丝构成的复丝，断裂强度为2.8~4.0cn/dtex，断裂伸长率为18%~30%，回潮率为1.2%~1.6%，upf值（紫外线防护系数）为45~55，抑菌率符合aaa级标准；并且，经过50次标准洗涤后，抑菌率仍保持aaa级，upf值下降率不超过5%。

20、本发明还提供了制备如上任一项所述的一种多功能聚酯复合纤维的方法，分别制备芯层原料和皮层原料后，通过双组分复合纺丝设备进行皮芯复合纺丝，经冷却、牵伸、卷绕，即得多功能聚酯复合纤维。

21、作为优选的技术方案：

22、如上所述的方法，芯层原料为聚酯切片1和吸湿调温功能母粒的混合物，其中，吸湿调温功能母粒的含量为1~10wt%；

23、皮层原料为聚酯切片2和抗菌抗紫外功能母粒的混合物，其中，抗菌抗紫外功能母粒的含量为1~10wt%；

24、聚酯切片1与聚酯切片2相同；

25、吸湿调温功能母粒的制备过程为：将具有端羟基的相变亲水聚醚改性剂、对苯二甲酸、乙二醇和催化剂1混合后，在氮气或惰性气体保护下于225~235℃下进行酯化反应，当出水量达到理论出水量的90%时，在真空度为50~100pa的条件下于265~275℃下缩聚反应1.5~3.0h，即得吸湿调温功能母粒；其中，对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比为1:1.1~1.4，催化剂1的质量为对苯二甲酸的质量的300~1000ppm；

26、抗菌抗紫外功能母粒的制备过程为：将反应型抗紫外剂、反应型抗菌剂、高导热无机填料、对苯二甲酸、乙二醇和催化剂2混合后，在氮气或惰性气体保护下于225~235℃下进行酯化反应，当出水量达到理论出水量的90%时，在真空度为50~100pa的条件下于265~275℃下缩聚反应1.5~3.0h，即得抗菌抗紫外功能母粒；其中，对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比为1:1.1~1.4，催化剂2的质量为对苯二甲酸的质量的300~1000ppm；

27、催化剂1和催化剂2各自独立地为二月桂酸二丁基锡、钛酸四丁酯、三氧化二锑、醋酸锑、乙二醇锑或1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯中的一种以上；

28、纺丝前，将吸湿调温功能母粒与抗菌抗紫外功能母粒分别在真空转鼓干燥机中于120℃干燥至含水率不超过50ppm；

29、纺丝温度为275~285℃，冷却采用环吹风，环吹风的温度为15~30℃，环吹风的风速为1.5~2.5m/s，牵伸倍数为1.5~3.5倍，牵伸温度为60~80℃，纺丝速度为800~1200m/min。

30、有益效果：

31、（1）本发明采用皮芯复合结构进行功能分区设计，将吸湿调温功能组分设置于芯层，将抗菌、抗紫外及导热功能组分设置于皮层，同时皮层采用反应型抗菌剂与反应型抗紫外剂和聚酯共聚，使功能基团以化学键合方式固定于纤维基体，有效避免了多种功能剂共存时的相互干扰，显著提升了纤维功能的耐久性与协同性。

32、（2）本发明采用具有伯胺、叔胺或仲胺结构的反应型抗菌剂，可催化酯交换反应或在聚酯缩聚体系中构筑微交联网络，补偿高导热无机填料引入导致的熔体强度下降与力学性能劣化，改善纤维的可纺性与力学性能，保证纺丝过程稳定可控。

33、（3）本发明芯层采用带有端羟基的相变亲水聚醚改性剂共聚改性聚酯，可与皮层聚酯基体及功能组分的极性基团形成氢键作用，提升芯层与皮层的界面相容性，避免复合纤维出现分层剥离的缺陷。

34、（4）本发明通过芯层的吸湿调温作用与皮层的导热作用相互配合，结合芯层的亲水吸湿特性，可实现多重散热机制的协同增效，提升纤维的热湿舒适性能。