一种竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维及其制备方法与应用 【技术领域】
本发明涉及一种涤纶纤维，特别涉及一种竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维及其制备方法和其应用。
背景技术
近几年科学技术的进步，推动着化纤产业的发展，许多国家投入大量的人力、物力和财力开发新的纤维产品，寻找新的高分子材料，各种功能性纤维的研发都有了突破性的进展，科技含量高的功能性纤维已成为引导市场和提高企业生存能力的重要因素。
涤纶纤维作为合成纤维中的三大主力纤维之一，因其优良的物理和化学特性而被广泛应用于服装面料以及其它非服装领域，涤纶产品自问世以来，以其悬垂性好、强度高而被下游用户当作主要纺织原料来织造成各类纺织品。但由于它的疏水特性，在对吸湿性或吸水性要求较高领域中的应用受到了限制。涤纶纤维服装穿着时吸湿排汗透湿性差，有闷热感，又有静电易于积累引起的种种麻烦，对这一疏水性涤纶纤维赋予其吸湿性，制成的纺织品能吸湿排汗的需求呼声逐渐高涨，已引起业界人士的关注。根据专家预测到2010年的时候，外出休闲服将引导运动休闲市场达30％的成长率，因此在运动服和休闲服方面，未来市场发展潜力无限。对纤维具有吸湿排汗的特性将进一步强化，需求也将进一步扩大，吸湿排汗纤维的前景也因此而看好。
未来，吸湿排汗聚酯纤维除了用在运动服、休闲服、内衣裤之外，将朝多用途发展，如衬衫、西装、军用品、医疗、家具、床上用品、鞋类等，可获得更加广阔的应用空间，可以预见，吸湿排汗聚酯纤维及其面料可以被拓展至中高端市场，提高纺织产品的市场定位，增强国内企业参与国际竞争的能力。
另外，随着吸湿排汗聚酯纤维应用领域的扩大，也带来了纤维多功能的要求，在现代生活中，排除天灾和战争外，主要的灾难就是由于人们疏忽而造成的火灾。而纺织品由于它本身的结构性质又是引发火灾的主要材料，根据统计由于纺织品而引起的火灾高达50％以上，因此对一部份纺织品进行阻燃处理势在必行。聚酯具有诸多优点，其纺织品应用广泛，已成为用途最广、耗量最大的品种，因此它的阻燃化更加引起了世界范围的广泛关注。
竹炭纤维，在日本市场有“黑钻石”的美誉。竹炭纤维是在纺丝过程中将超细竹炭粉末加入纺丝流体制成的新型纤维品种，采用该纤维制成的织物具有超强的吸附、除臭、吸湿排汗、蓄热保暖、抑菌防霉等功能和作用，竹炭纤维织物还具有良好的远红外和负离子发射、抗紫外线等功能，是高档内衣裤、贴身衣裤、运动休闲装及外套的良好面料。竹子有特殊的微孔构造，热解后形成的竹炭具有很强的吸附能力，是一种机能性的环境保护材料。
纤维及纺织品在使用中与人体皮肤接触，皮肤表面的汗液、皮脂等代谢产物及外部的污垢会附着在纤维上，容易滋生细菌，对人类的健康造成很大的危害。因此，具有抗菌功能的纤维成为市场迫切需要的纤维材料。
目前人们有在抗菌、阻燃或导湿领域发展产品开发，但是仅限于单方面的对纤维进行抗菌、导湿或者阻燃的改性，不能解决如何将三者工艺有机结合的问题。
【发明内容】
发明目的：本发明的所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，提供一种竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维，本发明另一个目的是提供一种制备该竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的方法，本发明的另外一个目的是提供该竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的应用。
技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维，由下列重量百分比的原料组成：5～10％的活性碳母粒、90～95％的共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂，所述的纤维截面为异形截面。
其中以上所述地活性碳母粒由重量百分比20～30％粒径为300至500nm的活性炭和70～80％的聚对苯二甲酸乙二醇酯组成。其中活性碳母粒制备的关键在于竹炭的粉化，目前这方面的技术包括瞬间纯氧高温和氮气阻隔工艺技术、纳米技术等，首先将竹炭进行粉碎，在这个过程既要保持活性炭的特性，又要不失去活性炭的性能，因此我们采用先进的气流吹拂富集方法将活性炭颗粒的粒径控制在300至500nm的范围。活性炭颗粒也不能够太小，过小容易团聚，也会减弱活性炭的性能，但是也不能太大，太大了造成纺丝困难，纤维强度也受到影响。将粉碎好的活性炭颗粒均匀地融入在聚酯载体中，加工成高含量的活性炭母粒，一般的含量在20～30左右。竹炭纤维制成的织物具有超强的吸附、除臭、吸湿排汗、蓄热保暖、抑菌防霉等功能和作用，竹炭纤维织物还具有良好的远红外和负离子发射、抗紫外线等功能，是高档内衣裤、贴身衣裤、运动休闲装及外套的良好面料。
本发明提供的抗紫外、抗菌、阻燃涤纶纤维，其中所述的涤纶成纤树脂为一种共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂，通过将磷化合物均匀地融入到聚酯载体中制备得到共聚型磷系阻燃聚酯。其中共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂含磷量一般为5000～7000ppm。利用磷化合物制成的聚酯纤维纺制而成的阻燃涤纶变形丝，不易起燃，本身不发生火焰，移开火源时，会自行熄灭，是安全性极高的防火素材。此外燃烧时不会产生卤素毒气，安全性佳，且阻燃剂融入聚酯内，其阻燃性不会因为反复洗涤而丧失或削弱，这是许多采用后处理阻燃方式的产品所不具备的。
本发明提供的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维，其中所述的异形截面可以根据实际需要通过异形孔纺丝板制备得到三角形、三叶形、四叶形、多叶形、菱形、中空形、异形中空形或十字形截面。一般的涤纶纤维分子结构缺少亲水基团，分子链刚硬，堆积紧密，结晶度较高，吸水能力差，不具有吸水排汗等功能，通过把纤维做成异形截面后，涤纶纤维孔隙率和表面积增大，吸水和导湿能力增强。
本发明提供的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的制备方法，具体包括如下步骤：
(1)首先将竹炭研磨成细粉，然后用压缩气体吹拂竹炭细粉，富集得到300nm至500nm的活性碳颗粒，然后将重量百分比20～30％粒径为300至500nm的活性炭和70～80％的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得活性碳母粒，备用，其中共混温度为250～270℃，螺杆转速为100～200rpm；
(2)按重量份数取步骤(1)得到的活性碳母粒和共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂共混，经异形孔纺丝板制得预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹涤纶变形丝，其中纺丝条件为：纺丝温度270～300℃，纺丝速度2500～3500m/min。
本发明提供的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维在制备阻燃服、室内装饰用阻燃织物、寝室用品、导湿排汗运动服、导湿排汗内衣、医院工作服和矿场工人服等中应用。
有益效果：本发明提供的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维和现有技术中的涤纶纤维相比具有如下优点：
(1)本发明所述的涤纶纤维，各组分配比科学合理，合理的将具有吸附、除臭、吸湿排汗、蓄热保暖、抑菌防霉功能的纳米级活性炭母粒和共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂有机结合，并通过异形孔纺丝板，制备得到预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹变形丝，得到具有长久抗菌、除臭、吸湿排汗且阻燃的多功能涤纶纤维，应用范围广泛。
(2)本发明提供的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的制备方法，可操作性强，工艺合理，生产效率高，可实现工业化大生产。采用先进的气流吹拂富集方法将活性炭颗粒的粒径控制在300至500nm的范围，可以有效的防止活性碳发生二次团聚，采用异形孔纺丝板制备得到具有异型截面的纤维，纤维的孔隙率和表面积增大，吸水和导湿能力增强，且纤维具有异性截面，提高了阻燃剂的作用面，进而有效的提高了纤维的阻燃性；
【具体实施方式】
实施例1
1、一种竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维，它由下列重量的原料组成：活性碳母粒50千克、共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂950千克。
2、竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的制备：
(1)首先将竹炭研磨成细粉，然后用压缩气体吹拂竹炭细粉，富集得到300nm至500nm的活性碳颗粒，然后将重量百分比20％粒径为300至500nm的活性炭和80％的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得活性碳母粒，备用，其中共混温度为250℃，螺杆转速为100rpm；
(2)按重量份数取步骤(1)得到的活性碳母粒50千克和共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂950千克，共混，经异形孔纺丝板制得纺丝截面为三叶形预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹涤纶变形丝，其中纺丝条件为：纺丝温度270℃，纺丝速度2500m/min。
其中，所述的共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂中含有的改性阻燃磷化合物的化学式为：
3、检测由2制备得到的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的抗菌等性能
按常规微生物检测方法检测本发明提供的涤纶纤维的抗菌效果，具体实验结果如表1所示：
表1涤纶纤维的性能检测结果
检测项目 单位 检验结果 金黄色葡萄球菌(ATCC 6538) ％ 抑菌率96 大肠杆菌(8099) ％ 抑菌率92 白色念珠菌(ATCC 10231) ％ 抑菌率79 负离子浓度 个/cm3 4810 远红外发向发射率 ％ 80
由表1所示的抗菌实验结果表明本发明提供的涤纶纤维具有较好的抗菌效果，其中对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)和大肠杆菌(8099)的抑菌效果分别达到了96％和92％，且远红外发向发射率达到了80％。
4、检测由2制备得到的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的阻燃性能和导湿吸水性能，检测单位：中国纺织科学研究院测试中心；国家纺织品质量监督中心。
检测功能指标：
A.阻燃实验：试样尺寸(mm)150×58，氧指数OI(％)为34。
B.透湿性：具体实验结果如表2所示：
表2涤纶纤维的导湿吸水性能检测结果
由表2实验结果表明本发明提供的涤纶纤维具有很好的阻燃和导湿吸水性能，符合国家标准的要求。
本发明提供的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的其它质量指标为：断裂强度在2.5CN/dtex，断裂伸长在130％，线密度变异系数CVb1.8％(FZ/T54003-2004)，线密度偏差率在±2.5％之间(FZ/T54003-2004)，染色均匀度，(灰卡)级≥4(GB/T6508-2001)，色牢度＞4.5级。
实施例2
1、一种竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维，它由下列重量的原料组成：活性碳母粒100千克、共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂900千克。
2、竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的制备：
(1)首先将竹炭研磨成细粉，然后用压缩气体吹拂竹炭细粉，富集得到300nm至500nm的活性碳颗粒，然后将重量百分比30％粒径为300至500nm的活性炭和70％的聚对苯二甲酸乙二醇酯共混，用螺杆挤压机挤出，切粒，制得活性碳母粒，备用，其中共混温度为270℃，螺杆转速为200rpm；
(2)按重量份数取步骤(1)得到的活性碳母粒100千克和共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂900千克，共混，经异形孔纺丝板制得纺丝截面为多叶形预取向丝，再经过加弹变形生产出低弹涤纶变形丝，其中纺丝条件为：纺丝温度300℃，纺丝速度3500m/min。
其中，所述的共聚型磷系阻燃涤纶成纤树脂中含有的改性阻燃磷化合物的化学式为：
3、检测由2制备得到的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的抗菌等性能
按常规微生物检测方法检测本发明提供的涤纶纤维的抗菌效果，具体实验结果如表3所示：
表3涤纶纤维的性能检测结果
检测项目 单位 检验结果 金黄色葡萄球菌(ATCC 6538) ％ 抑菌率98 大肠杆菌(8099) ％ 抑菌率96 白色念珠菌(ATCC 10231) ％ 抑菌率83 负离子浓度 个/cm3 4980 远红外发向发射率 ％ 84
由表3所示的抗菌实验结果表明本发明提供的涤纶纤维具有较好的抗菌效果，其中对金黄色葡萄球菌(ATCC 6538)和大肠杆菌(8099)的抑菌效果分别达到了98％和96％，且远红外发向发射率达到了84％。
4、检测由2制备得到的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的阻燃性能和导湿吸水性能，检测单位：中国纺织科学研究院测试中心；国家纺织品质量监督中心。
检测功能指标：
A.阻燃实验：试样尺寸(mm)150×58，氧指数OI(％)为33.8。
B.透湿性：具体实验结果如表4所示：
表4涤纶纤维的导湿吸水性能检测结果
由表4实验结果表明本发明提供的涤纶纤维具有很好的阻燃和导湿吸水性能，符合国家标准的要求。
本发明提供的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维的其它质量指标为：断裂强度在2.5CN/dtex，断裂伸长在130％，线密度变异系数CVb1.8％(FZ/T54003-2004)，线密度偏差率在±2.5％之间(FZ/T54003-2004)，染色均匀度，(灰卡)级≥4(GB/T6508-2001)，色牢度＞4.5级。
通过上述的实施方式，不难看出本发明提供的竹炭、阻燃、导湿涤纶纤维具有较好的阻燃、导湿、抗菌和防臭等功能，是一种多功能涤纶纤维，应用范围广泛。
以上实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人了解本发明内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所做的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。