一种纺织纤维材料、其制备方法及其应用.pdf

本发明涉及一种纺织纤维材料、其制备方法及其应用。本发明所述的纺织纤维材料内部为纤维材料层，外部包覆木塑复合材料层和氧化锌纳米材料涂层，其制备方法包括：首先制备木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层，然后通过包覆技术，将所述木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层先后包覆在纤维材料层上，从而得到本发明的纺织纤维材料，该材料可缠绕成线卷或直接制成纺织品。本发明通过将纤维材料和木塑复合材料和氧化锌纳米材料共同纺织，制得了一种透气性好、机械强度高并且抗静电的纺织纤维材料，其还具有耐磨、耐黄变、防霉抗菌等优点。

权利要求书
1.  一种纺织纤维材料，其特征在于，其内部为纤维材料层，外部依次包覆木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层。

2.  如权利要求1所述的纺织纤维材料，其特征在于，所述的纺织纤维材料按重量份包括以下组分：纤维材料58-80；木塑复合材料20-35；氧化锌纳米材料10-16；助剂8-18。

3.  如权利要求1或2所述的纺织纤维材料，其特征在于，所述纤维材料为无机纤维和/或有机纤维；
优选地，所述的无机纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或玄武岩纤维中的任意一种或至少两种的混合；
优选地，所述的有机纤维为粘胶纤维、锦纶、涤纶或芳纶中的任意一种或至少两种的混合。

4.  如权利要求1-3任一项所述的纺织纤维材料，其特征在于，木塑复合材料按重量百分含量包括如下组分：木粉60-90％、塑料10-30％、中空二氧化硅1-5％和改性剂0.1-5％；
优选地，所述木粉含水量<2.5wt％；优选地，所述木粉为树木粉、锯末粉、木材废料粉、果壳粉或农作物粉中的1种或至少2种的组合；
优选地，所述中空二氧化硅由粒径分别为110nm-280nm、340nm-500nm和580-720nm的中空二氧化硅组成；其中，所述粒径为110nm-280nm的中空二氧化硅含量为15-40vol％；粒径为340nm-500nm的中空二氧化硅含量为50-70vol％；粒径为580-720nm的中空二氧化硅含量为5-30vol％。

5.  如权利要求1-4任一项所述的纺织纤维材料，其特征在于，所述氧化锌纳米材料按重量百分含量包括以下组分：高分子树脂50-70％、氧化锌纳米线0.1-10％、分散剂0.1-4％、溶剂29-40％；
优选地，所述高分子树脂为环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、有机硅树脂或醇酸树脂中的一种或者至少两种的组合；优选为环氧树脂、聚酯树脂或丙烯酸树脂中的一种或者至少两种的组合；
优选地，所述氧化锌纳米线的直径为1-8nm；长度为32-70μm。

6.  如权利要求1-5任一项所述的纺织纤维材料的制备方法，其特征在于，所述的方法包括首先制备木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层，然后将所述木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层包覆在纤维材料层上，从而得到所述的纺织纤维材料。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，其包括以下步骤：
(1)制备木塑复合材料层：先将木粉和改性剂溶液混合，得到预处理后的木粉；再将得到的预处理后的木粉、塑料粉料和中空二氧化硅混合，得到混料；将得到的混料挤出，得到所述木塑复合材料层；
(2)制备氧化锌纳米材料层：先将高分子树脂与溶剂按比例均匀混合，得混合液Ⅰ；然后向混合液Ⅰ中加入氧化锌纳米线、分散剂，搅拌均匀，得混合液Ⅱ；再将混合液Ⅱ在40℃-60℃下超声分散0.5-2h；将超声分散后的混合液Ⅱ加热至40℃-100℃，搅拌20-60min，进一步混合均匀；冷却至室温，得到氧化锌纳米材料层；
(3)通过使用缠绕单元将由多根纤维材料平行排列而成的纤维层及步骤(1)和(2)得到的木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层螺旋状地连续缠绕到可旋转的鼓上，从而形成纤维材料排列体在半径方向上的内外表面被包覆的圆筒状的缠绕体；切断所述缠绕体，形成纺织纤维材料。

8.  如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)制备木塑复合材料层：将体积分数为5-50％的改性剂溶液喷洒处理木粉，转速为300-2000rpm，然后加入高速混合机中进行预混合至少0.5h，温度30-100℃；按照比例依次把得到的木粉、塑料粉料和中空二氧化硅加入高速混合机中，温度控制在50-100℃，高速混合至少10min；将混料置于125-270℃的双螺杆挤出机中混合挤出；
(2)制备氧化锌纳米材料层：将高分子树脂与溶剂按比例均匀混合，得混合液(Ⅰ)；向混合液(Ⅰ)中加入氧化锌纳米线、分散剂、固化剂，搅拌均匀，得混合液(Ⅱ)；将混合液(Ⅱ)在40℃-60℃下、功率为200-500W超声分散0.5-2h；将超声分散后的混合液(Ⅱ)加热至40℃-100℃，搅拌20-60min，进一步混合均匀；冷却至室温，得到氧化锌纳米材料层；
(3)通过使用缠绕单元将由多根纤维材料平行排列而成的纤维层及步骤(1)和(2)得到的木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层螺旋状地连续缠绕到可旋转的鼓上，从而形成纤维材料排列体在半径方向上的内外表面被包覆的圆筒状的缠绕体；切断所述缠绕体，形成纺织纤维材料。

9.  如权利要求1-5任一项所述的纺织纤维材料在纺织品中的应用。

说明书一种纺织纤维材料、其制备方法及其应用
技术领域
本发明属于纺织纤维材料制备领域，尤其涉及一种纺织纤维材料、其制备方法及其应用。
背景技术
木塑复合材料集木材和塑料的优点于一身，具有质量轻、强度高、成本低和绿色环保、效益明显的优点，凭借成本和性能上的双重优势，近几年来得到世界上许多国家，特别是欧美及日本等发达国家的普遍重视，各国的科研人员都在积极地进行木塑复合材料及其加工设备的研究开发工作。木塑复合材料的应用领域不断扩大，越来越多地替代其它传统材料。
虽然木塑复合材料具有上述优点但是在实际应用中，由于极性的木质纤维和非极性的塑料相容性较差，给材料造成力学及其它性能上的缺陷。随着材料技术的发展，木塑材料应用日益广泛，并在许多功能性领域展现出良好的应用前景，但同时也暴露出材料本身的性能缺陷，需要进一步优化，如隔热性能等。
目前常用的高分子材料制备的涂层通常导电能力较差，若在高分子材料中掺入导电填料，则可使之具备一定的传导电流和消散电荷的能力，从而消除静电带来的危害，延长涂料的使用寿命，例如导电涂料，抗静电涂料等。
目前，常用的导电填料包括金属系填料、碳系填料、金属氧化物系填料等。金属系填料的导电性能好，但密度大易发生沉降，且由于价格昂贵其应用受到一定限制。而碳系填料虽然由于良好的导电性、耐腐蚀性以及低廉的成本而被广泛使用，但是由于颜色深、难清洗、易发生龟裂等原因而在某些领域无法选用。金属氧化物系填料中的导电氧化锌因具备一定的导电性能且可以制备浅色 导电涂料，获得了较为广泛的应用。
因此，寻找一种透气性好、机械强度高、隔热并且防静电的纺织纤维材料以应用于鞋材、服饰等领域是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供了一种纺织纤维材料、其制备方法及其应用，特别是一种透气性好、隔热、机械强度高并且抗静电的纺织纤维材料、其制备方法及其应用。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种纺织纤维材料，其内部为纤维材料层，外部依次包覆木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层。
本发明通过在纤维材料上依次包覆木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层，不仅增强了纺织纤维材料的机械性能，而且实现了隔热、防静电的效果。
本发明中，所述的纺织纤维材料按重量份包括以下组分：纤维材料58-80；木塑复合材料20-35；氧化锌纳米材料10-16；助剂8-18。
本发明中所述的纤维材料为50-80重量份，例如可以是50份、55份、60份、65份、70份、75份、80份。
本发明中所述的木塑复合材料为20-35重量份，例如可以是20份、22份、25份、28份、30份、32份、33份、35份。
本发明中所述的氧化锌纳米材料为10-16重量份，例如可以是10份、11份、12份、13份、14份、15份、16份。
本发明中所述的助剂选自相容剂、抗氧剂、润滑剂或阻燃剂等，其中，助剂为相容剂、抗氧剂和润滑剂时，各组分的重量份数分别为相容剂5-10份，抗氧剂2-5份，润滑剂为1-3份。
本发明中所述的助剂为8-18重量份，例如可以是8份、9份、10份、12份、 14份、15份、18份。
本发明中，所述纤维材料为无机纤维和/或有机纤维。
优选地，所述的无机纤维为玻璃纤维、碳纤维、硼纤维或玄武岩纤维中的任意一种或至少两种的混合。
优选地，所述的有机纤维为粘胶纤维、锦纶、涤纶或芳纶中的任意一种或至少两种的混合。
本发明中，木塑复合材料按重量百分含量包括如下组分：木粉60-90％、塑料10-30％、中空二氧化硅1-5％和改性剂0.1-5％。
本发明中所述木塑复合材料中，木粉的重量百分含量为60-90％，例如可以是60％、62％、65％、68％、70％、75％、78％、80％、85％、90％。
本发明中所述木塑复合材料中，塑料的重量百分含量为10-30％，例如可以是10％、12％、15％、20％、25％、26％、28％、30％。
本发明中所述木塑复合材料中，中空二氧化硅的重量百分含量为1％、1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％、4％、4.5、5％。
本发明中所述木塑复合材料中，改性剂的重量百分含量为0.1％、0.5％、1％、2％、3％、4％、5％。
优选地，所述木粉含水量<2.5wt％；优选地，所述木粉为树木粉、锯末粉、木材废料粉、果壳粉或农作物粉中的1种或至少2种的组合。
优选地，所述中空二氧化硅由粒径分别为110nm-280nm、340nm-500nm和580-720nm的中空二氧化硅组成；其中，所述粒径为110nm-280nm的中空二氧化硅含量为15-40vol％；粒径为340nm-500nm的中空二氧化硅含量为50-70vol％；粒径为580-720nm的中空二氧化硅含量为5-30vol％。
本发明中，所述氧化锌纳米材料按重量百分含量包括以下组分：高分子树 脂50-70％、氧化锌纳米线0.1-10％、分散剂0.1-4％、溶剂29-40％。
优选地，所述高分子树脂为环氧树脂、聚酯树脂、丙烯酸树脂、水性环氧树脂、水性聚氨酯树脂、水性丙烯酸树脂、有机硅树脂或醇酸树脂中的一种或者至少两种的组合；优选为环氧树脂、聚酯树脂或丙烯酸树脂中的一种或者至少两种的组合。
优选地，所述氧化锌纳米线的直径为1-8nm；长度为32-70μm。
第二方面，本发明还提供了如第一方面所述的纺织纤维材料的制备方法，所述的方法包括首先制备木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层，然后将所述木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层包覆在纤维材料层上，从而得到所述的纺织纤维材料。
作为本发明优选的技术方案，所述纺织纤维材料的制备方法包括以下步骤：
(1)制备木塑复合材料层：先将木粉和改性剂溶液混合，得到预处理后的木粉；再将得到的预处理后的木粉、塑料粉料和中空二氧化硅混合，得到混料；将得到的混料挤出，得到所述木塑复合材料层；
(2)制备氧化锌纳米材料层：先将高分子树脂与溶剂按比例均匀混合，得混合液Ⅰ；然后向混合液Ⅰ中加入氧化锌纳米线、分散剂，搅拌均匀，得混合液Ⅱ；再将混合液Ⅱ在40℃-60℃下超声分散0.5-2h；将超声分散后的混合液Ⅱ加热至40℃-100℃，搅拌20-60min，进一步混合均匀；冷却至室温，得到氧化锌纳米材料层；
(3)通过使用缠绕单元将由多根纤维材料平行排列而成的纤维层及步骤(1)和(2)得到的木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层螺旋状地连续缠绕到可旋转的鼓上，从而形成纤维材料排列体在半径方向上的内外表面被包覆的圆筒状的缠绕体；切断所述缠绕体，形成纺织纤维材料。
作为进一步优选的技术方案，本发明所述纺织纤维材料的制备方法包括以下步骤：
(1)制备木塑复合材料层：将体积分数为5-50％的改性剂溶液喷洒处理木粉，转速为300-2000rpm，然后加入高速混合机中进行预混合至少0.5h，温度30-100℃；按照比例依次把得到的木粉、塑料粉料和中空二氧化硅加入高速混合机中，温度控制在50-100℃，高速混合至少10min；将混料置于125-270℃的双螺杆挤出机中混合挤出；
(2)制备氧化锌纳米材料层：将高分子树脂与溶剂按比例均匀混合，得混合液(Ⅰ)；向混合液(Ⅰ)中加入氧化锌纳米线、分散剂、固化剂，搅拌均匀，得混合液(Ⅱ)；将混合液(Ⅱ)在40℃-60℃下、功率为200-500W超声分散0.5-2h；将超声分散后的混合液(Ⅱ)加热至40℃-100℃，搅拌20-60min，进一步混合均匀；冷却至室温，得到氧化锌纳米材料层；
(3)通过使用缠绕单元将由多根纤维材料平行排列而成的纤维层及步骤(1)和(2)得到的木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层螺旋状地连续缠绕到可旋转的鼓上，从而形成纤维材料排列体在半径方向上的内外表面被包覆的圆筒状的缠绕体；切断所述缠绕体，形成纺织纤维材料。
第三方面，本发明还提供了一种如第一方面所述的纺织纤维材料在纺织品中的应用。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明得到的纺织纤维材料具有透气性好、机械强度高、隔热并且抗静电等特点，其还具有耐磨、耐黄变、防霉抗菌等优点。
(2)本发明得到的纺织纤维材料可直接纺织用于鞋材、服饰辅料等方面，相比采用将不同层直接贴合的方法，不仅提高了丝绵布、布料等材料的透气性， 也增加了其物理机械性能和美观性；该纺织纤维材料织成网布后，产品环保、性能卓越，用于鞋材、手袋、箱包，提高了产品的多样化程度；在保持强度的同时，实现了轻量化。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
按照以下步骤进行纺织纤维材料的制备：
按重量份进行原料配比：所述的纺织纤维材料按重量份包括以下组分：纤维材料58；木塑复合材料20；氧化锌纳米材料10；助剂8；其中助剂为相容剂马来酸酐-苯乙烯共聚物(SMA)10份，抗氧剂Cyanox1790，5份，润滑剂聚硅氧烷2份。
(1)制备木塑复合材料层：将体积分数为5％的改性剂溶液喷洒处理木粉，转速为300rpm，然后加入高速混合机中进行预混合至少0.5h，温度30℃；按照比例依次把得到的木粉、塑料粉料和中空二氧化硅加入高速混合机中，温度控制在100℃，高速混合至少10min；将混料置于125℃的双螺杆挤出机中混合挤出；
(2)制备氧化锌纳米材料层：将高分子树脂与溶剂按比例均匀混合，得混合液(Ⅰ)；向混合液(Ⅰ)中加入氧化锌纳米线、分散剂、固化剂，搅拌均匀，得混合液(Ⅱ)；将混合液(Ⅱ)在40℃℃下、功率为200W超声分散2h；将超声分散后的混合液(Ⅱ)加热至100℃，搅拌60min，进一步混合均匀；冷却至室温，得到氧化锌纳米材料层；
(3)通过使用缠绕单元将由多根纤维材料平行排列而成的纤维层及步骤(1)和(2)得到的木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层螺旋状地连续缠绕到 可旋转的鼓上，从而形成纤维材料排列体在半径方向上的内外表面被包覆的圆筒状的缠绕体；切断所述缠绕体，形成纺织纤维材料。
实施例2
按照以下步骤进行抗静电纺织纤维材料的制备：
按重量份进行原料配比：所述的纺织纤维材料按重量份包括以下组分：纤维材料80；木塑复合材料35；氧化锌纳米材料10；助剂8；其中助剂为相容剂马来酸酐-苯乙烯共聚物(SMA)8份，抗氧剂Cyanox1790，4份，润滑剂为重量比为1：1的聚硅氧烷和季戊四醇硬脂酸脂共3份。
(1)制备木塑复合材料层：将体积分数为15％的改性剂溶液喷洒处理木粉，转速为1000rpm，然后加入高速混合机中进行预混合至少0.5h，温度50℃；按照比例依次把得到的木粉、塑料粉料和中空二氧化硅加入高速混合机中，温度控制在60℃，高速混合至少10min；将混料置于200℃的双螺杆挤出机中混合挤出；
(2)制备氧化锌纳米材料层：将高分子树脂与溶剂按比例均匀混合，得混合液(Ⅰ)；向混合液(Ⅰ)中加入氧化锌纳米线、分散剂、固化剂，搅拌均匀，得混合液(Ⅱ)；将混合液(Ⅱ)在450℃下、功率为300W超声分散1h；将超声分散后的混合液(Ⅱ)加热至60℃，搅拌40min，进一步混合均匀；冷却至室温，得到氧化锌纳米材料层；
(3)通过使用缠绕单元将由多根纤维材料平行排列而成的纤维层及步骤(1)和(2)得到的木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层螺旋状地连续缠绕到可旋转的鼓上，从而形成纤维材料排列体在半径方向上的内外表面被包覆的圆筒状的缠绕体；切断所述缠绕体，形成纺织纤维材料。
实施例3
按照以下步骤进行抗静电纺织纤维材料的制备：
按重量份进行原料配比：所述的纺织纤维材料按重量份包括以下组分：纤维材料60；木塑复合材料30；氧化锌纳米材料15；助剂10；其中助剂为相容剂马来酸酐-苯乙烯共聚物(SMA)8份，抗氧剂Irganox1076，3份，润滑剂聚硅氧烷1份。
(1)制备木塑复合材料层：将体积分数为50％的改性剂溶液喷洒处理木粉，转速为2000rpm，然后加入高速混合机中进行预混合至少0.5h，温度100℃；按照比例依次把得到的木粉、塑料粉料和中空二氧化硅加入高速混合机中，温度控制在100℃，高速混合至少10min；将混料置于270℃的双螺杆挤出机中混合挤出；
(2)制备氧化锌纳米材料层：将高分子树脂与溶剂按比例均匀混合，得混合液(Ⅰ)；向混合液(Ⅰ)中加入氧化锌纳米线、分散剂、固化剂，搅拌均匀，得混合液(Ⅱ)；将混合液(Ⅱ)在60℃下、功率为500W超声分散2h；将超声分散后的混合液(Ⅱ)加热至100℃，搅拌60min，进一步混合均匀；冷却至室温，得到氧化锌纳米材料层；
(3)通过使用缠绕单元将由多根纤维材料平行排列而成的纤维层及步骤(1)和(2)得到的木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层螺旋状地连续缠绕到可旋转的鼓上，从而形成纤维材料排列体在半径方向上的内外表面被包覆的圆筒状的缠绕体；切断所述缠绕体，形成纺织纤维材料。
实施例4
按照以下步骤进行抗静电纺织纤维材料的制备：
所述的纺织纤维材料按重量份包括以下组分：纤维材料80；木塑复合材料20；氧化锌纳米材料16；助剂8；其中助剂为相容剂马来酸酐-苯乙烯共聚物 (SMA)9份，抗氧剂Cyanox1790，4份，润滑剂季戊四醇硬脂酸脂1份。
制备木塑复合材料层：将体积分数为40％的改性剂溶液喷洒处理木粉，转速为1500rpm，然后加入高速混合机中进行预混合至少0.5h，温度60℃；按照比例依次把得到的木粉、塑料粉料和中空二氧化硅加入高速混合机中，温度控制在70℃，高速混合至少10min；将混料置于150℃的双螺杆挤出机中混合挤出；
(2)制备氧化锌纳米材料层：将高分子树脂与溶剂按比例均匀混合，得混合液(Ⅰ)；向混合液(Ⅰ)中加入氧化锌纳米线、分散剂、固化剂，搅拌均匀，得混合液(Ⅱ)；将混合液(Ⅱ)在50℃下、功率为30W超声分散1.5h；将超声分散后的混合液(Ⅱ)加热至450℃，搅拌40min，进一步混合均匀；冷却至室温，得到氧化锌纳米材料层；
(3)通过使用缠绕单元将由多根纤维材料平行排列而成的纤维层及步骤(1)和(2)得到的木塑复合材料层和氧化锌纳米材料层螺旋状地连续缠绕到可旋转的鼓上，从而形成纤维材料排列体在半径方向上的内外表面被包覆的圆筒状的缠绕体；切断所述缠绕体，形成纺织纤维材料。
通过将实施例1-4进行测试后可以得出，所得纺织纤维材料的拉伸强度为39.8-45.8MPa，冲击强度为8.1-10.2kJ/m2，硬度为75.1-82.5，导热系数(室温)为0.1417-0.1632W/K.m，电磁波屏蔽率达99.6％以上，屏蔽效能50-54dB。
相比采用粘合、热贴合以及熔融挤出造粒的方法，本发明通过采用包覆方法制得的纺织纤维材料具有良好的透气性，机械强度高，并且具有隔热和抗静电作用，适合于鞋材、服饰辅料等方面，具有重要的应用价值。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明 并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。