一种抗菌型远红外发热玄武岩纤维保暖絮片及其制备方法与流程

本发明涉及纺织材料，具体为一种抗菌型远红外发热玄武岩纤维保暖絮片及其制备方法。

背景技术：

1、保暖絮片广泛应用于冬季服装、家用纺织品以及特种防护装备等领域。传统的保暖材料大多以聚酯纤维为主要原料，主要依靠纤维内部及纤维交织网络间的孔隙截留静止空气来实现被动保暖。这种保暖方式主要依赖材料的厚度、面密度和孔隙结构，功能相对单一，难以同时获得较高的保暖性能、远红外发射性能和规定条件下的温升性能。为了提升絮片的保暖效能，业内开始尝试将具有远红外发射特性的无机材料引入纺织品中。玄武岩纤维作为一种硅酸盐类无机纤维，不仅具有较好的力学性能，而且对热辐射具有吸收和再辐射特性，在规定波段内能够表现出相应的远红外发射性能，并在规定热源作用下产生相应的温升表现。

2、然而，在实际加工和应用中，由于原生玄武岩纤维属于刚性纤维，且表面平滑、化学性质偏惰性，当其直接与柔性的聚酯纤维混合制备絮片时，纤维之间的物理抱合力较差。这种表面特性和力学模量的差异，导致絮片在经历长期的日常揉搓、挤压或水洗后，玄武岩纤维很容易在絮片内部发生游离滑移和局部聚集，部分刚性纤维甚至会穿透并刺出絮片表层。这不仅破坏了絮片的整体结构稳定性，导致保暖性能下降，还会与皮肤接触产生明显的扎刺感，影响使用体验。同时，常规的纤维均匀混合工艺难以平衡絮片的柔软度与发热效能。若玄武岩纤维的添加量过高，会导致絮片整体手感发硬、易脆断，并在开松和梳理过程中产生较多静电，增加加工难度；若添加量过低，则难以达到理想的远红外发热效果。此外，现有的加工手段较难在不牺牲絮片自身蓬松度与抗压回弹性的基础上，赋予材料稳定持久的抗菌等附加功能。因此，如何通过改善纤维界面特性并优化絮片的空间结构，解决玄武岩纤维在柔性絮片中易滑移刺出以及功能难以兼顾的问题，是目前保暖絮片材料领域需要解决的技术难点。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种抗菌型远红外发热玄武岩纤维保暖絮片及其制备方法，解决了现有玄武岩纤维在保暖絮片材料中应用时，由于玄武岩纤维自身呈刚性且表面光滑，与其他柔性聚酯纤维的抱合力差，在长期使用和洗涤过程中容易发生纤维滑移、聚集，有时会刺出絮片表面引起皮肤不适；同时，常规的混合方式难以兼顾远红外发热效能与絮片整体的抗压回弹性的问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

3、第一方面，本发明提供一种抗菌型远红外发热玄武岩纤维保暖絮片，采用如下技术方案：

4、一种抗菌型远红外发热玄武岩纤维保暖絮片，包含表面改性玄武岩短切纤维、三维卷曲中空聚酯纤维、皮芯型低熔点粘合纤维以及任选的抗菌聚酯纤维。

5、所述表面改性玄武岩短切纤维占全部纤维总干质量的5.0%至25.0%，所述皮芯型低熔点粘合纤维占全部纤维总干质量的12.0%至20.0%，所述抗菌聚酯纤维占全部纤维总干质量的0至2.4%，所述三维卷曲中空聚酯纤维为余量，各纤维组分的质量百分含量之和为100%。

6、所述表面改性玄武岩短切纤维的表面附着有纳米二氧化硅和有机硅季铵盐。

7、所述保暖絮片由多层纤网交叉铺叠并经热风穿透粘合构成，在厚度方向上包括表层、过渡层和功能芯层。所述表层不含所述表面改性玄武岩短切纤维，所述过渡层和所述功能芯层均含有所述表面改性玄武岩短切纤维，且所述功能芯层中表面改性玄武岩短切纤维的质量占比高于所述过渡层中的质量占比。各纤维通过皮芯型低熔点粘合纤维在纤维接触部位形成的热粘合点相互连接。

8、通过采用上述技术方案，表面改性玄武岩短切纤维主要分布于过渡层和功能芯层，表层不含玄武岩短切纤维，从而减少刚性玄武岩短切纤维向絮片表层迁移和露出的可能性，改善絮片表面的接触舒适性。三维卷曲中空聚酯纤维形成蓬松的纤网及孔隙结构，皮芯型低熔点粘合纤维的皮层在受热后软化或熔融，并在纤维接触部位形成热粘合点，从而提高各纤维及各纤网层之间的连接稳定性，并有利于保持絮片受压后的厚度回复性能。

9、位于功能芯层和过渡层的玄武岩短切纤维对热辐射具有吸收和再辐射特性，使絮片在规定测试热源作用下表现出相应的远红外发射性能和温升性能。三维卷曲中空聚酯纤维利用其中空结构及纤维间孔隙保持静止空气，有利于降低对流换热和热传导，使絮片兼具温升性能和保暖性能。

10、优选地，所述表层包括上表层和下表层，所述上表层和所述下表层分别占全部纤维总干质量的15%；所述过渡层包括上过渡层和下过渡层，所述上过渡层和所述下过渡层分别占全部纤维总干质量的15%；所述功能芯层占全部纤维总干质量的40%。

11、所述表层中，皮芯型低熔点粘合纤维占表层总干质量的20%，抗菌聚酯纤维占表层总干质量的0至8%，其余为三维卷曲中空聚酯纤维。

12、所述过渡层中，表面改性玄武岩短切纤维占过渡层总干质量的2.5%至15.0%，皮芯型低熔点粘合纤维占过渡层总干质量的16%，其余为三维卷曲中空聚酯纤维。

13、所述功能芯层中，表面改性玄武岩短切纤维占功能芯层总干质量的10.625%至51.25%，皮芯型低熔点粘合纤维占功能芯层总干质量的12%，其余为三维卷曲中空聚酯纤维。

14、通过采用上述技术方案，表层保持较高比例的三维卷曲中空聚酯纤维，有利于保持絮片表面的柔软性；功能芯层中设置较高比例的玄武岩短切纤维，有利于获得相应的远红外发射性能和温升性能；过渡层中的玄武岩短切纤维含量低于功能芯层，有利于缓和功能芯层与表层之间的组成差异，并减少玄武岩短切纤维向表层迁移。

15、优选地，所述表面改性玄武岩短切纤维依次经纳米二氧化硅表面处理和有机硅季铵盐功能化处理。

16、通过采用上述技术方案，纳米二氧化硅颗粒附着于玄武岩短切纤维表面，有利于调节纤维表面的微观形貌和有效接触面积，提高玄武岩短切纤维与周围聚酯纤维之间的接触稳定性。

17、有机硅季铵盐中的甲氧基硅烷基团水解后形成硅醇基团，所述硅醇基团可与玄武岩短切纤维及纳米二氧化硅表面的羟基发生至少部分缩合，并可能伴随有机硅季铵盐分子之间的自缩合，从而提高有机硅季铵盐在玄武岩短切纤维表面的固着程度。所述有机硅季铵盐中的季铵盐基团能够赋予处理后玄武岩短切纤维相应的接触抗菌性能。

18、优选地，所述表层包含抗菌聚酯纤维，所述抗菌聚酯纤维占表层总干质量的8%，并占全部纤维总干质量的2.4%。所述抗菌聚酯纤维为添加有磷酸锆载银抗菌剂的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维。

19、通过采用上述技术方案，抗菌聚酯纤维主要分布于与外部环境接触的表层，能够与表面改性玄武岩短切纤维上的有机硅季铵盐共同产生复合抗菌作用，从而提高絮片的初始抗菌性能及洗涤后的抗菌性能。

20、优选地，所述上表层和所述下表层的表面附着有阴离子型水性聚氨酯成膜层，所述阴离子型水性聚氨酯成膜层的干增重为所述保暖絮片总干质量的0.5%。

21、通过采用上述技术方案，阴离子型水性聚氨酯分散体中的水分挥发后，聚氨酯粒子发生聚结，并在部分表层纤维及纤维接触部位形成聚合物膜，对表层纤维端部进行包覆和连接，从而提高表层在摩擦条件下的结构稳定性。

22、第二方面，本发明提供一种抗菌型远红外发热玄武岩纤维保暖絮片的制备方法，采用如下技术方案：

23、一种抗菌型远红外发热玄武岩纤维保暖絮片的制备方法，包括以下步骤：

24、将玄武岩短切纤维通过浸渍挤液方式施加含有纳米二氧化硅的第一处理液，干燥后采用滚筒喷雾方式施加含有有机硅季铵盐的第二处理液，经干燥固化和低剪切再开松后，得到表面改性玄武岩短切纤维；所述低剪切再开松，是指在减少玄武岩短切纤维断裂和局部聚集的条件下，对干燥固化后的纤维进行再开松，使纤维能够重新分散并满足后续配料、开松和梳理要求。

25、按照质量比例分别准备表层纤维组、过渡层纤维组和功能芯层纤维组；

26、将各组纤维分别进行开松和梳理，形成单层纤网；

27、利用交叉铺网机对所述单层纤网进行铺叠，由下至上依次形成下表层、下过渡层、功能芯层、上过渡层和上表层，相邻纤网的纤维主取向之间的夹角为80°至90°，形成多向交叉铺网层叠结构；

28、将多向交叉铺网形成的层叠纤网连续喂入包括预热排湿区、主热粘合区和冷却区的热风穿透粘合设备，依次进行预热排湿、热风穿透粘合和冷却定型，最后切边收卷。

29、通过采用上述技术方案，多向交叉铺网使相邻纤网的纤维主取向之间形成80°至90°的夹角，有利于降低单一梳理方向所造成的力学性能方向差异，提高絮片在纵向和横向上的结构稳定性。

30、优选地，所述第一处理液由酸性纳米二氧化硅水溶胶经去离子水稀释配制而成，所述第一处理液中二氧化硅的固含量为1.5wt%至2.5wt%。

31、所述第二处理液由十八烷基二甲基-（3-三甲氧基甲硅烷基丙基）氯化铵经去离子水稀释配制而成，所述第二处理液中有机硅季铵盐的有效成分质量分数为1.0wt%至1.8wt%，并采用乙酸将第二处理液的ph值调节至4.8至5.0。

32、施加所述第一处理液后，纳米二氧化硅的实际干增重为处理前玄武岩短切纤维绝干质量的0.5%至1.0%；施加所述第二处理液后，有机硅季铵盐有效成分的实际干增重为处理前玄武岩短切纤维绝干质量的0.3%至0.8%。

33、通过采用上述技术方案，第一处理液和第二处理液采用两步顺序施加，可以避免酸性纳米二氧化硅水溶胶与有机硅季铵盐溶液在施加前直接混合而发生絮凝或沉淀。第一处理液中的纳米二氧化硅能够附着于玄武岩短切纤维表面；第二处理液在ph值为4.8至5.0的条件下，有利于有机硅季铵盐中甲氧基硅烷基团发生水解，并减少有机硅季铵盐在处理液中的过度自缩合，从而有利于其在玄武岩短切纤维表面的施加和固着。

34、优选地，所述热风穿透粘合设备包括预热排湿区、主热粘合区和冷却区。所述层叠纤网首先在预热排湿区于90℃处理2min，随后进入主热粘合区，在温度为135℃、热风表观速度为2.0m/s的条件下进行热风穿透粘合3min，再进入温度为25℃的冷却区进行冷却定型1.5min。

35、通过采用上述技术方案，预热排湿步骤用于除去纤维原料及表面改性处理过程中残留的水分。135℃的主热粘合温度高于皮芯型低熔点粘合纤维皮层的熔融峰温度，并低于其芯层以及三维卷曲中空聚酯纤维的熔融峰温度，使皮芯型低熔点粘合纤维的皮层发生软化或熔融，并在纤维接触部位产生润湿。经冷却后，在纤维接触部位形成热粘合点，从而提高纤维之间以及各纤网层之间的连接稳定性。

36、优选地，在所述热风穿透粘合之后且在所述冷却定型之前，采用喷雾方式将固含量为1.5wt%的阴离子型水性聚氨酯分散体施加于所述上表层和所述下表层，控制施加于上表层和下表层的阴离子型水性聚氨酯的合计实际干增重为保暖絮片总干质量的0.5%，并在115℃条件下进行干燥成膜。

37、通过采用上述技术方案，阴离子型水性聚氨酯分散体施加于上表层和下表层后，在115℃条件下水分挥发，聚氨酯粒子发生聚结，并在部分表层纤维和纤维接触部位形成聚合物膜，从而对表层纤维端部进行包覆和连接，提高絮片表层在摩擦条件下的结构稳定性。

38、本发明提供了一种抗菌型远红外发热玄武岩纤维保暖絮片及其制备方法。具备以下有益效果：

39、1、本发明通过将表面改性玄武岩短切纤维呈梯度分布集中在絮片的过渡层与功能芯层，使得表层基本不含有刚性的玄武岩纤维。这种在厚度方向上的分层设计结合多层纤网交叉铺叠结构，在物理层面降低了刚性纤维刺穿絮片表层的概率，改善了实际使用时的接触舒适度；同时，芯层集中的玄武岩纤维与三维卷曲中空聚酯纤维相互交织，经低熔点粘合纤维热熔固定后，形成具有厚度方向梯度分布的多层纤网结构，有利于提高絮片在规定压缩条件下的结构保持和厚度回复性能。

40、2、本发明采用纳米二氧化硅和有机硅季铵盐对原始玄武岩短切纤维进行表面改性处理。纳米二氧化硅颗粒在玄武岩短切纤维表面的附着有利于调节纤维表面的微观形貌和有效接触面积；有机硅季铵盐水解形成的硅醇基团可发生至少部分缩合，从而提高表面处理组分的固着程度。上述两步顺序表面改性处理有利于改善玄武岩短切纤维与聚酯纤维之间的接触稳定性，减少玄武岩短切纤维的相对滑移和脱落，并赋予絮片相应的抗菌性能。

41、3、本发明将玄武岩纤维的远红外发热特性与中空聚酯纤维的保温结构相配合。功能芯层内配置较高含量的表面改性玄武岩短切纤维，使絮片在人体热辐射、环境热源或规定测试热源作用下表现出相应的远红外发射性能和温升性能；表层和过渡层中的三维卷曲中空聚酯纤维利用其中空结构及纤维间孔隙保持静止空气，有利于降低对流换热和热传导，从而兼顾温升性能与保暖性能。