【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超临界流体发泡热塑性纤维制备方法及制备的泡沫纤维，属功能性纤维加工及应用领域。
技术介绍
1、材料内部含有空气时可为制品提供轻质、隔热保温、提高浮力和刚度等功能性效果，高分子材料内的空气的微泡还能使已经产生的裂纹终止，可提高其强度。纺织纤维中棉纤维、木棉纤维有天然的中空结构；粘胶纤维可利用化学发泡方法形成竹节型空腔；涤纶、锦纶等热塑性合成纤维可利用异形喷丝版或加气复合纺丝的方法形成一个或多个贯通型空腔；最新研制成功的含有空腔的并列复合型弹性纤维使一些知名户外保暖服装品牌有很高的盈利。但现有中空纤维的空腔集中在芯部，其径向尺寸为数微米，所包含空气仍容易发生流动，未达到静止空气的隔热效果；特别对于中空度大的纤维(例如木棉)，加工和使用过程中极易压扁和压裂；故其保暖效果难以满足高原寒区服装、特别是南北极、太空等特殊低温环境下的保暖需要；通过增加服装厚度和层次来提高保暖效果时，会因着装笨重而影响人体功效及运动技能的发挥。空腔呈连续通道状的中空合成纤维，因两端开口，无法形成封闭的气囊结构，故难以提供浮力帮助溺水者获得救助；并且普通中空纤维只比实芯纤维在纤维内部多了两个空气与高分子材料间的界面，光线通过纤维时的反射现象并未显著增加，故难以形成良好的遮光效果。
2、因此，在纤维内部形成泡沫状结构、特别将泡沫单元尺寸控制在纳米-微米尺度，形成静止空气单元，是为纺织品提供轻质保暖效果、形成浮力、增加遮光效果的理想结构。但是现有技术尚不能在纺丝过程中使纤维形成微纳米泡孔尺度的发泡纤维。
3、塑料、橡胶等高分
4、但是对于热塑性合成纤维进行熔融纺丝时，纺丝流体在喷丝孔出口挤出时，为了适应牵伸要求使纤维获得适当的取向度进而获得足够的强度，纺丝熔体处于容易流动变形的低熔体粘度状态，且熔体强度也比较低，在纤维内部存在杂质、特别是气泡产时易导致熔体破裂，特别在存在带有膨胀效果的气泡，更易加剧喷丝孔出口膨大效应，导致熔体破裂，以及使纺丝熔体大量粘连到喷丝板板面上，使纺丝过程无法进行。
5、因此，尽管在塑料和橡胶领域可以采用超临界流体技术将高分子材料制成含有微纳米孔洞的泡沫材料，但现有技术尚未能将热塑性高分子材料在纺丝过程中直接制得具有微纳米尺度的微孔化泡沫纤维。
技术实现思路
1、本专利技术要解决现有技术中无法对热塑性合成纤维成品采用超临界流体进行膨化发泡加工的技术现状，提供一种超临界流体发泡热塑性纤维微孔泡沫材料及其制备方法。
2、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：
3、为了克服现有中空纤维中空尺寸过大、内部所含空气能发生流动、导致纤维导热系数过大、纤维集合体隔热保温性能不够好的问题，本专利技术采用超临界流体(scf)渗入热塑性合成纤维内部，与成纤的高聚物实现互溶并达到一定的含量；调整热力学条件即温度和压力条件，使溶入纤维的超临界流体实现相分离，在纤维内部的无定形区等结构疏松部分形成潜在的发泡点；调整温度使热塑性纤维可以发生适度流变；调整压力使纤维内外形成适当的压差，实现发泡。
4、控制超临界流体溶入量和发泡工艺(温度、压力、时间及变化的时间曲线)，控制纤维内出现的泡孔数量、尺寸和形状，包括泡孔是否为封闭泡孔、或开口泡孔、或部分开口泡孔。
5、超临界流体(scf)渗入到纤维内部是一个比较费时的过程。需要从热力学和表面物理化学角度建立加快scf渗入速度。
6、1)从热力学角度，选择形成高密度scf的条件：如在较低温度下scf具有较高的密度，可以在纤维内外存在较大密度梯度的条件下加快scf渗入速度；
7、(2)采用脉冲施压的方式，通过压力传递的速度差，在纤维内外形成渗入压力脉冲，提高scf的渗入速度；
8、(3)采用特殊助剂，调整scf与助剂整体对成纤高聚物的极性，使溶剂与溶质的极性尽可能一致，提高scf对各种具体纤维材料的溶解速度，便于scf进入纤维内部。
9、超临界流体(scf)可选用例如co2、n2的搭配，或者也可考虑其它亚临界和更低压力的压缩气体，在提高渗入速度的同时，提高渗入量和体积膨胀能力。
10、本专利技术通过将超临界流体渗入热塑性合成纤维中的非晶区或预置的发泡点中，在纤维处于可发生流动变形的温度下快速释压后纤维发泡点的超临界流体膨胀，使纤维形成大量微纳米尺度泡沫的技术和系列发泡纤维产品。由此制得的泡沫纤维可实现低密度、高浮力和高保暖性，并在纤维内部气泡壁面上使光线频繁反射，达到良好的视觉遮蔽效果。
11、首先要建立适合该纤维的超临界流体渗入并达到饱和溶解度的工作环境，使超临界流体在该纤维内部有最高的饱和溶解度；在达到饱和溶解度后，要升温破坏溶有超临界流体的成纤高聚物的热力学平衡状态，使超临界流体从溶解于成纤高聚物的均相状态形成相分离状态，出现scf聚集点，形成发泡膨化中心；升温的另一个重要作用是使纤维达到可以发生塑性变形的状态，在避免纤维发生熔融或粘连现象的同时，使纤维具有最大的塑性变形能力；然后要在形成发泡膨化中心之后，要快速释压降低高压仓内的scf压力，以便凸显纤维内外的scf压差，在纤维处于可发生塑性变形的温度条件下，在纤维内外scf压差作用下形成符合设计要求的纤维内部微纳尺度泡孔的数量、以及泡孔尺寸分布，以便在宏观效果上得到合适的发泡纤维密度、以及纤维制成纺织品后的保温性、浮力和视觉遮蔽效果。
12、其次，需要对发泡效果进行调控。热塑性合成纤维因品种差异，其化学结构导致超临界流体在其内部的溶解度各不相同、聚集态结构的差异导致可以容纳超临界流体的非晶区尺寸和数量各不相同、材质差异还导致塑性变形能力的各不相同。因此，涤纶、锦纶、丙纶、聚乳酸纤维等各种常规成品纤维往往不能直接通过超临界流体加工达到发泡效果，需要在超临界流体加工过程中施加加工助剂(例如甲醇、乙醇、丁醇、聚乙二醇、三乙醇胺及其复配配方，来改变渗入物质的可及度、或改变成纤高聚物的形变能力和纤维的手感；需要在纺丝加工时进行共混改性，添加粉体材料或带有微纳结构的泡孔材料，为纤维提供更加有效的储气点和膨化中心；还需要对成纤高聚物进行共混或共聚改性，提高纤维的变形能力、或调整纤维的软化点；根据具体的成纤高聚物种类、泡孔纤维的纤维规格和泡孔尺寸及泡孔密度等产品技术要求，通过选择加工助剂、共混和共聚纺丝、形成相应的超临界流体工艺，来控制不同品种纤维的发泡效果。发泡后通常纤维变粗，容易使手感变硬。通过施加增韧剂使之柔软化来调整纤维手感。
13、针对不同用途发泡纤维及其制品的原材料选择、发泡工艺确定、以及制品加工工艺各本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，通过将超临界流体渗入热塑性纤维内部，与成纤的高聚物实现互溶并达到一定的溶剂含量；调整热力学条件即温度和压力条件，使溶入纤维的超临界流体实现相分离，在纤维内部的结构疏松部分形成潜在的发泡点；调整温度使热塑性纤维发生适度流变；调整压力使纤维内外形成适当的压差，实现发泡，使纤维形成大量微纳米尺度泡沫的系列发泡纤维产品。
2.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，通过甲醇、乙醇、丁醇、聚乙二醇、三乙醇胺中的任意一种或多种助剂来进行改性。
3.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，所述的热塑性合成纤维包括但不限于聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、TPU和TPEE。
4.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
5.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，在成纤高聚物中混入SiO2气凝胶粉体、有机框架材料COFs、有机-无机杂化框架材料MOFs、分子筛、沸石、消光剂TiO2、
6.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，采用两种不同发泡能力的高分子材料以并列复合的方式制成的诸如PET/PTT并列复合纤维、PET/PBT并列复合纤维和COPET/PET并列复合纤维。
7.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，通过换热器提高温度，并在纤维中以喷淋流动的方式对纤维加热升温速为5～15℃/min。
8.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，在发泡罐内连接快开阀的位置，设置一个由泡沫铝薄片和PTFE泡沫薄片相间叠合而成的倒梯形换热器；
9.权利要求1-8任一项所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法制备所得的系列发泡纤维产品。
10.权利要求9所述的系列发泡纤维产品在加工纱线、织物和服装中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，通过将超临界流体渗入热塑性纤维内部，与成纤的高聚物实现互溶并达到一定的溶剂含量；调整热力学条件即温度和压力条件，使溶入纤维的超临界流体实现相分离，在纤维内部的结构疏松部分形成潜在的发泡点；调整温度使热塑性纤维发生适度流变；调整压力使纤维内外形成适当的压差，实现发泡，使纤维形成大量微纳米尺度泡沫的系列发泡纤维产品。
2.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，通过甲醇、乙醇、丁醇、聚乙二醇、三乙醇胺中的任意一种或多种助剂来进行改性。
3.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，所述的热塑性合成纤维包括但不限于聚酯纤维、聚酰胺纤维、聚烯烃纤维、tpu和tpee。
4.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
5.如权利要求1所述的超临界流体发泡热塑性纤维制备方法，其特征在于，在成纤高聚物中混入sio...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈太球，王妮，
申请(专利权)人：昊太江苏新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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