一种功能性纳米纤维复合面料及制备方法与流程

1.本发明专利属于复合面料技术领域，尤其涉及多功能性纳米复合面料及其制备方法。


背景技术：

2.随着人们的生活水平提高，旅游、探险、休闲、极限运动已经成了生活重要的一部分，其服装更是不可缺少的重要装备。在阴暗潮湿、低温严寒、风吹雨淋、烈日爆晒、等恶劣环境下，普通面料服装显得力不从心，保暖、透气、防水、隔热、防紫外、抗菌、防静电、舒适的服装功能性复合面料便不可或缺了。对于医务工作者也亟需抗菌、保暖、透气的面料来应对烈日炎炎或是寒风凛冽的工作环境。
3.高分子纳米纤维，例如聚乳酸、聚酰亚胺、聚偏氟乙烯、聚氨酯等本身就具有抗菌、隔热、防水等优势。其次高分子纳米纤维是一种极好的载体，能够将很多纳米材料（例如：碳纳米管、纳米银等）附着在其表面上，使其成为一种复合多功能材料。并且纳米纤维膜因其极大的比表面积，极小的孔径和极高的孔隙率，使其天然就具有良好的过滤性能，透气性。因此将具有特定功能的纳米纤维膜材料附着在舒适的传统面料上就能形成功能性的纳米纤维复合面料，在当今很多复杂的环境中都能有着潜在的应用价值。
4.传统的静电纺丝加工工艺，虽然能够制备纳米纤维膜，但是其一直有着产能低的痛点。并且静电纺丝纳米纤维在传统面料的表面附着力差，很难经受住在恶劣环境中的长期使用，比如水洗以及干洗。
5.在目前的功能性纳米纤维复合面料及其制备方法中，如专利申请号为202110216388.9、专利申请号为201510505147.0、专利申请号为201210140424.9、专利申请号为201510504494.1等公开的技术，实现了具有某些功能性的纳米纤维复合面料的制备，但都存在着一些痛点，例如，现有纳米纤维与基底的复合工艺可能会导致功能性纳米纤维层不能太薄、功能性纳米纤维层与基底的复合强度不够、复合面料的透气量降低，另外现有的静电纺丝工艺而导致复合面料的产能低等。
6.申请号为202110216388.9的中国发明专利所公布的一种聚乳酸纳米纤维与基材复合形成的防水透气可机洗防钻绒复合面料及其制备方法不能适用于所有功能性纳米纤维复合面料的制备，尤其是功能性纳米纤维层较薄的面料。因为其使用的是将整体的静电纺丝形成的聚乳酸纳米纤维膜与基底进行复合。若功能性纳米纤维层较薄，例如厚度为1μm的情况下，因为纳米纤维膜自身强度很差，是没有办法独立支撑后再与基底进行复合的。另外其使用的胶合层采用的是在180℃下喷涂pur型热熔胶形成的。这样的热熔胶喷涂工艺形成的热熔胶胶点或热熔胶纤维都要求所粘合的对象具有一定的厚度，若功能性纳米纤维层厚度较低，热熔胶会渗透纳米纤维层表面。
7.申请号为201510505147.0的中国发明专利所公布的一种防水透气纸尿裤底膜的制备方法是通过多喷头高压静电纺丝设备的喷丝头直接将纺丝溶液喷丝堆积在无纺布纤维层上形成纳米纤维无纺布复合膜。受限于静电纺丝的工艺，直接在基底上进行静电纺丝
会极大的限制产品的产能。其次其利用压力辊对复合膜进行压光处理后直接得到纳米纤维无纺布底膜。直接压光或是热压的处理，并不能很好的增加功能性纳米纤维层与基底之间的复合强度，易导致在后续使用和加工过程中，功能性纳米纤维层与基底脱离。
8.申请号为201210140424.9的中国发明专利所公布的一种防水透湿多功能复合微纳米面料及其制备方法是通过将静电纺丝膜直接纺在经均匀点胶的面料上，再将经均匀点胶的面料与之热压粘合形成的复合面料。受限于静电纺丝的工艺，直接在基底上进行静电纺丝会极大的限制产品的产能。其次，采用热熔胶点胶粘合的方式，受限于点胶的胶粒会堵孔，将会极大的降低复合面料的透湿性能。
9.申请号为201510504494.1的中国发明专利所公布的一种基于纳米纤维堆积体的防水透气面料生产设备，实现了对纳米纤维复合面料的在线连续制备。但是其是通过静电纺丝将功能性纳米纤维膜直接纺在带有热熔胶纤维粘结层的基底上。同样受限于静电纺丝的工艺，直接在基底上进行静电纺丝会极大的限制产品的产能。其次，由于热熔胶纤维直径一般为10μm
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100μm，较大的热熔胶纤维直径将会极大的降低复合面料的透气性能。


技术实现要素：

10.应当理解的是前述理念和下面更详细讨论的另外的理念的全部组合（假定这样的理念不是相互矛盾的）被认为是此处公开的本发明主题的一部分。具体地，在本公开出现的所要求保护的主题的全部组合被认为是此处公开的本发明主题的一部分。还应当理解此处明确所用的术语可以出现于在此引入作为参考的任何公开中，其应当符合与此处公开的具体概念最一致的含义。
11.为了解决上述的现有功能性纳米纤维复合面料制备工艺中的痛点，实现功能性纳米纤维复合面料的稳定量产，并使其更广泛的应用在人们的日常生活中，尤其是在一些恶劣的条件下给予人们保护。本发明提供了一种功能性纳米纤维复合面料及制备方法。
12.本发明提供一种功能性纳米纤维复合面料具有如下特征，该功能性纳米纤维复合面料可具有防水透气、隔热、抗菌、防静电、防紫外线的作用，该功能性纳米纤维复合面料包括功能性纳米纤维膜，粘合涂层和基底。
13.上述的一种功能性纳米纤维复合面料具有如下特征，所述的功能性纳米纤维膜为防水透气纳米短纤维膜或隔热纳米短纤维膜或抗菌纳米短纤维膜或防静电纳米短纤维膜或防紫外线纳米短纤维膜，其纳米纤维直径为50
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800nm，长度为0.5mm-2mm，纳米短纤维膜厚度为1μm
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500μm。进一步的，该功能性纳米纤维膜可以是具有单个功能的功能性纳米纤维膜，也可以是具有多种功能的功能性纳米纤维膜，其功能性可以是防水透气、隔热、抗菌、防静电、防紫外线功能中任意多种功能的组合。
14.上述的一种功能性纳米纤维复合面料具有如下特征，所述的粘合涂层为通过静电喷雾将5wt%pa12/甲酸、5wt%tpu/dmf粘合剂溶液雾化后在基底上形成的胶点涂层，其胶点直径为0.5μm-2μm，厚度为1μm
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5μm。优选的，胶点的直径为0.5μm-1μm。胶点的直径越小，对于复合面料的透气性影响越小，且复合的越均匀。
15.上述的一种功能性纳米纤维复合面料具有如下特征，所述的基底为无纺布或纺织布，其厚度为200μm
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2000μm。过薄的基底会因为自身强度原因，在生产过程中会被拉伸变形，从而破坏其上附着的功能性纳米纤维膜。
16.本发明提供一种功能性纳米纤维复合面料制备方法具有如下特征，包括以下步骤：步骤1：制备功能性纳米长纤：将高分子材料，溶剂和添加剂混合制成功能性高分子溶液或乳液，对功能性高分子溶液或乳液进行静电纺丝，得到功能性纳米长纤维；步骤2：制备功能性纳米短纤浆料：将步骤1中制备所得的功能性纳米长纤维切断为短纤，并分散在分散剂中，制备成功能性纳米短纤浆料；步骤3：制备粘合剂溶液：将pa12或tpu溶于甲酸、dmf中配成浓度为5wt%的粘合剂溶液；步骤4：制备粘合涂层：使用非针式静电喷雾装置（400）对步骤3中所制备的粘合剂溶液进行静电喷雾，在面料的基底（300）上涂覆一层微纳米尺度的粘合剂胶点作为粘合涂层（200）。
17.步骤5：制备功能性纳米纤维复合面料：将步骤2制备出的功能性纳米短纤浆料用螺杆挤出到吹喷喷头（500）上，通过用高压高温气流（501）吹喷使其聚集到步骤4中制备的粘合涂层（200）上，形成功能性纳米纤维膜（100），最后经过热压辊（600）对复合材料进行热压，形成功能性纳米纤维复合面料。
18.上述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法还具有如下特征，所述的高分子材料为pu、pvdf、pa6、ca，溶剂为：dmf、thf、乙酸、甲酸，添加剂为：八乙烯基笼型半硅氧烷、碳纳米管、邻羟基环戊烯二酮、水杨酯苯酯。进一步的，可以将上述多种高分子材料，添加剂和溶剂进行混合，使功能性高分子溶液或乳液具有多种功能。
19.上述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法还具有如下特征，所述的功能性高分子溶液或乳液中高分子的含量为8wt%-30wt%。，添加剂的含量为0.1wt%-5wt%。
20.上述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法还具有如下特征，所述的分散介质为去离子水，分散剂为乙醇、亚甲基萘磺酸钠、甲基萘磺酸钠甲醛缩合物。分散剂在分散介质中的含量为5wt%-10wt%。
21.上述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法还具有如下特征，功能性纳米纤维浆料中功能性纳米短纤的固含量为20wt%-50wt%。优选的，固含量为40wt%-50wt%，固含量越高，产能越高。进一步的，功能性纳米纤维浆料的分散相可以是多种功能性纳米短纤的混合体，从而在后续工艺中能够将多种功能的纳米纤维一次性沉积在基底上，制备成具有多种功能的纳米纤维复合面料。
22.上述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法还具有如下特征，吹喷喷头（500）包含中间出丝多孔板（502）和两侧的高压高温气体出口槽（503），其中出丝多孔板（502）上的出丝孔直径为1cm，两侧的高压高温气体出口槽（503）中喷射出的高压高温气流（501）的压力为0.2
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0.8bar,温度为:60
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120摄氏度。
23.与现有技术相比，本发明专利的优点是：所述使用吹喷工艺将功能性纳米短纤浆料吹喷沉积在带有粘合涂层（200）的基底（300）上形成功能性纳米纤维膜（100）的工艺，能极大的提高纳米纤维复合面料的产能。
24.所述使用吹喷工艺将功能性纳米短纤浆料吹喷沉积在带有粘合涂层（200）的基底（300）上形成功能性纳米纤维膜（100）的工艺，能将多种功能的纳米纤维短纤制成混合功能性纳米短纤浆料，然后经过吹喷后在基底（300）表面上沉积具有多种功能的纳米纤维膜。
25.所述使用静电喷雾工艺来制备粘合层，能够使胶点的尺度极小，极大的减小了胶点对于复合面料透气性的影响。
26.所述使用静电喷雾工艺来制备粘合层，能够使单位面积上的胶点数量更多，使得功能性纳米纤维膜和基底的复合更均匀，复合强度更好。
27.所述制备工艺能将功能性纳米纤维膜（100）的形成和与基底（300）的复合在一条生产线上完成，因此能够使功能性纳米纤维膜（100）的厚度可以自由调整，从而能在基底（300）上复合极薄的功能性纳米纤维膜（100）。
附图说明
28.图1为本发明的一种功能性纳米纤维复合面料示意图。
29.图2为本发明的一种功能性纳米纤维膜成型与复合设备的结构示意图。
30.图3为图2中吹喷喷头结构示意图。
31.附图中：100.功能性纳米纤维膜；200.粘合涂层；300.基底；400.非针式静电喷雾装置；500.吹喷喷头；501.高压高温气流；502.出丝多孔板；503.高压高温气体出口槽；504.高压高温气体进口；600.热压辊；700.开卷主动辊；800.收卷主动辊。
具体实施方式
32.在下面的详细说明中，出于解释而非限制性目的，阐述了公开具体细节的代表性实施方案，以提供对于请求保护的发明的通透理解。但是，对于获益于本公开的本领域技术人员来说，显然根据本发明的教导的其他实施方案（其脱离了此处公开的细节）仍然处于附加的权利要求的范围内。此外，可能省略了对于公知的设备和方法的说明，以免模糊代表性实施方法的说明。这样的方法和设备很显然处于请求保护的本发明的范围内。
33.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
34.实例1本发明所述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法制备防水透气涤纶面料。由于布料后续加工需求，涤纶面料的厚度选择在500μm。
35.将高分子pvdf溶于dmf溶剂中，再加入拒水剂八乙烯基笼型半硅氧烷，配成疏水的pvdf溶液，其中pvdf的浓度为10wt%，八乙烯基笼型半硅氧烷浓度为5wt%。
36.通过静电纺丝，将上述溶液纺成防水的纳米纤维长纤维。防水纳米纤维的平均直径为50nm。
37.将上述得到的防水纳米长纤维切断为长度为0.5mm的防水纳米短纤。
38.将无水乙醇与水混合，配置成v:v=1:9的分散液。将上述得到的防水纳米短纤溶于分散液中，得到防水纳米短纤固含量为40wt%的防水纳米短纤浆料。
39.将tpu溶于dmf中制备成5wt%tpu/dmf粘合剂溶液。
40.将500μm厚的涤纶面料作为基底（300）经开卷主动辊（700）开卷后通过非针式静电喷雾装置（400）上胶。
41.使用非针式静电喷雾的工艺将上述得到的5wt%tpu/dmf粘合剂溶液雾化后在基底（300）上形成一层平均胶点直径为0.5μm，厚度为2μm的粘合涂层（200）。
42.基底（300）在复合上粘合涂层（200）后，通过吹喷喷头（500）复合上功能性纳米纤
维膜（100）。
43.上述配置的40wt%固含量的防水纳米短纤浆料经过螺杆挤出后，在0.8bar压力和60℃的高压高温气流（501）拉伸下，在粘合涂层（200）上沉积上一层干燥的厚度为10μm的防水纳米纤维膜。
44.基底（300），粘合涂层（200）和防水透气纳米纤维膜三层结构一起经过120℃的热压辊（600）热压后得到防水透气纳米纤维复合面料，再经过收卷主动辊（800）后得到防水透气涤纶面料的成品布卷。粘合层的tpu在120℃的条件下软化，成为了防水透气纳米纤维膜和涤纶面料的粘合剂。
45.由于纳米纤维膜具有极高的孔隙率，因此防水纳米纤维在涤纶面料表面形成了一层具有很好透气性能的防水膜。
46.实例2本发明所述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法制备隔热棉布。由于布料后续加工需求，棉布的厚度选择在2000μm。
47.将高分子ca溶于dmf溶剂中，配成ca溶液，其中ca的浓度为8wt%。
48.通过同轴静电纺丝，将上述8wt�/dmf溶液纺成中空的ca纳米纤维长纤维。ca纳米长纤维的平均直径为800nm。
49.将上述得到的ca中空纳米长纤维切断为长度为2mm的ca中空纳米短纤。
50.将亚甲基萘磺酸钠与水混合，配置成10wt%的分散液。将上述得到的ca中空纳米短纤溶于分散液中，得到ca中空纳米短纤固含量为50wt%的ca中空纳米短纤浆料。
51.将pa12溶于甲酸中制备成5wt%pa12/甲酸粘合剂溶液。
52.将2000μm厚的棉布面料作为基底（300）经开卷主动辊（700）开卷后通过非针式静电喷雾装置（400）上胶。
53.使用非针式静电喷雾的工艺将上述得到的5wt%pa12/甲酸粘合剂溶液雾化后在基底（300）上形成一层平均胶点直径为2μm，厚度为5μm的粘合涂层（200）。
54.基底（300）在复合上粘合涂层（200）后，通过吹喷喷头（500）复合上功能性纳米纤维膜（100）。
55.上述配置的50wt%固含量的ca中空纳米短纤浆料经过螺杆挤出后，在0.6bar压力和120℃的高压高温气流（501）拉伸下，在粘合涂层（200）上沉积上一层干燥的厚度为500μm的ca中空纳米纤维膜。
56.基底（300），粘合涂层（200）和ca中空纳米纤维膜三层结构一起经过180℃的热压辊（600）热压后得到ca中空纳米纤维与棉布的复合面料，再经过收卷主动辊（800）后得到隔热棉的成品布卷。粘合层的pa12在180℃的条件下软化，成为了ca中空纳米纤维膜和棉布的粘合剂。
57.由于ca中空纳米纤维膜包含有很多空气隔层，类似于北极熊的毛发，具有极好的隔热保暖的作用，因此ca中空纳米纤维在涤纶面料表面形成了一层隔热膜。
58.实例3本发明所述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法制备防静电透气pp无纺布面料。由于布料后续加工需求，pp无纺布面料的厚度选择在1000μm。
59.将高分子pa6溶于乙酸和甲酸（v:v=1:1）的混合溶剂中，再加入导电的碳纳米管，
配成pa6乳液，其中pa6的浓度为30wt%，碳纳米管的固含量为5wt%。
60.通过静电纺丝，将上述乳液纺成导电的纳米纤维长纤维。导电纳米长纤维的平均直径为400nm。
61.将上述得到的导电纳米长纤维切断为长度为2mm的导电纳米短纤。
62.将甲基萘磺酸钠甲醛缩合物与水混合，配置成v:v=1:19的分散液。将上述得到的导电纳米短纤溶于分散液中，得到导电纳米短纤固含量为50wt%的导电纳米短纤浆料。
63.将tpu溶于dmf中制备成5wt%tpu/dmf粘合剂溶液。
64.将1000μm厚的pp无纺布面料作为基底（300）经开卷主动辊（700）开卷后通过非针式静电喷雾装置（400）上胶。
65.使用非针式静电喷雾的工艺将上述得到的5wt%tpu/dmf粘合剂溶液雾化后在基底（300）上形成一层平均胶点直径为1μm，厚度为2μm的粘合涂层（200）。
66.基底（300）在复合上粘合涂层（200）后，通过吹喷喷头（500）复合上功能性纳米纤维膜（100）。
67.上述配置的50wt%固含量的导电纳米短纤浆料经过螺杆挤出后，在0.8bar压力120℃的高压高温气流（501）拉伸下，在粘合涂层（200）上沉积上一层干燥的厚度为100μm的导电纳米纤维膜。
68.基底（300），粘合涂层（200）和导电纳米纤维膜三层结构一起经过120℃的热压辊（600）热压后得到导电纳米纤维与pp无纺布复合面料，再经过收卷主动辊（800）后得到导电纳米纤维pp无纺布复合面料的成品布卷。粘合层的tpu在120℃的条件下软化，成为了导电纳米纤维膜和pp无纺布面料的粘合剂。
69.由于碳纳米管具有极好的导电性，其附着在纳米纤维的表面使的pa6的纳米纤维也具有良好的导电性能。而在纳米纤维膜中，导电的短纤之间相互交叠，从而在pp无纺布面料上形成了具有高导电率的导电膜。又因为纳米纤维膜具有极高的孔隙率，因此导电纳米纤维膜还具有极好的透气性能。
70.实例4本发明所述的一种功能性纳米纤维复合面料制备方法制备抗菌防紫外线的复合丝绸面料。由于布料后续加工需求，丝绸面料的厚度选择在200μm。
71.将高分子pu溶于thf溶剂中，再加入抗菌的添加剂邻羟基环戊烯二酮，配成抗菌pu乳液，其中pu的浓度为10wt%，邻羟基环戊烯二酮的固含量为0.1wt%。
72.将高分子pu溶于thf溶剂中，再加入防紫外线的添加剂水杨酯苯酯，配成防紫外线pu乳液，其中pu的浓度为10wt%，水杨酯苯酯的固含量为1wt%。
73.通过静电纺丝，将上述抗菌pu乳液纺成抗菌的纳米纤维长纤维。抗菌纳米长纤维的平均直径为100nm。
74.通过静电纺丝，将上述防紫外线的pu乳液纺成防紫外线的纳米纤维长纤维。防紫外线纳米长纤维的平均直径为100nm。
75.将上述得到的抗菌纳米长纤维切断为长度为0.5mm的抗菌纳米短纤。
76.将上述得到的防紫外线纳米长纤维切断为长度为0.5mm的防紫外线纳米短纤。
77.将亚甲基萘磺酸钠与水混合，配置成v:v=1:9的分散液。将上述得到的抗菌纳米短纤和防紫外线纳米短纤溶于分散液中，得到混合纳米短纤浆料，其中抗菌纳米短纤固含量
为20wt%，防紫外线纳米短纤固含量为20wt%。
78.将tpu溶于dmf中制备成5wt%tpu/dmf粘合剂溶液。
79.将200μm厚的丝绸面料作为基底（300）经开卷主动辊（700）开卷后通过非针式静电喷雾装置（400）上胶。
80.使用非针式静电喷雾的工艺将上述得到的5wt%tpu/dmf粘合剂溶液雾化后在基底（300）上形成一层平均胶点直径为0.5μm，厚度为1μm的粘合涂层（200）。
81.基底（300）在复合上粘合涂层（200）后，通过吹喷喷头（500）复合上功能性纳米纤维膜（100）。
82.上述配置的混合纳米短纤浆料经过螺杆挤出后，在0.2bar压力120℃的高压高温气流（501）拉伸下，在粘合涂层（200）上沉积上一层干燥的厚度为1μm的混合纳米纤维膜。
83.基底（300），粘合涂层（200）和混合纳米纤维膜三层结构一起经过120℃的热压辊（600）热压后得到具有抗菌和防紫外线功能的纳米纤维膜与丝绸复合面料，再经过收卷主动辊（800）后得到抗菌防紫外线丝绸面料的成品布卷。粘合层的tpu在120℃的条件下软化，成为了混合纳米纤维膜和丝绸面料的粘合剂。
84.由于混合纳米纤维膜由抗菌纳米纤维和防紫外线纳米纤维交织铺垫而成，混合纳米纤维膜具有抗菌和防紫外线的功能。其附在丝绸表面，赋予了丝绸面料抗菌和抗紫外线的功能，同时，由于混合纳米纤维层和粘合涂层的厚度极薄，不会影响丝绸的外观，对于其材质手感的影响也较小。又因为混合纳米纤维膜具有极高的孔隙率，因此复合丝绸面料还具有极好的透气性能。