本發(fā)明涉及一種多功能有色絲的加工裝置、方法及應(yīng)用，屬于紡織材料與。

背景技術(shù)：

1、聚酯纖維，俗稱(chēng)滌綸，綜合理化性能優(yōu)良，產(chǎn)量位居世界第一，被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)紡織品中，是一類(lèi)極其重要的合成纖維。但由于其分子結(jié)構(gòu)無(wú)親水基團(tuán)，分子取向度和結(jié)晶度較高，吸濕性較差，上染有一定困難，而且傳統(tǒng)印染過(guò)程會(huì)帶來(lái)巨大的廢水污染和二氧化碳排放等環(huán)境問(wèn)題。在當(dāng)今綠色、環(huán)保、低碳的時(shí)代號(hào)召下，原液著色滌綸迎來(lái)了更加廣闊的發(fā)展前景，其具有突出的性能優(yōu)勢(shì)，色澤均勻、色牢度高，耐光、耐老化、耐水洗、耐摩擦性好、無(wú)污染、能耗低、成本低，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在縫紉線(xiàn)、繡花線(xiàn)、戶(hù)外及車(chē)用和產(chǎn)業(yè)用紡織品，以及日常服裝等領(lǐng)域，與常規(guī)染色滌綸相比具有突出優(yōu)勢(shì)。

2、除了常規(guī)性能以外，目前市場(chǎng)上功能性、差別化的滌綸產(chǎn)品占比漸漸加大，例如出現(xiàn)了滌綸原液著色阻燃抗熔滴纖維、高異形度有色聚酯纖維、抑菌環(huán)保聚酯原液著色纖維等產(chǎn)品，纖維的多功能化逐漸成為了研究的熱點(diǎn)。

3、壓電纖維是一種能將機(jī)械能與電能互相轉(zhuǎn)換的智能材料，具有質(zhì)量輕、頻響快、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。目前，個(gè)人可穿戴電子產(chǎn)品日益普及，如服裝顯示器、運(yùn)動(dòng)中的可穿戴傳感器、虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)備、智能手表和手環(huán)等。在這些應(yīng)用中，壓電纖維因其靈活性可以編織成多功能織物，廣泛用于可穿戴領(lǐng)域。無(wú)機(jī)陶瓷壓電纖維是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)壓電材料，具有價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好及壓電性能佳等優(yōu)點(diǎn)，可通過(guò)熱塑性擠壓法制得。

4、駐極體是指具有長(zhǎng)期儲(chǔ)存電荷功能的電介質(zhì)材料，是一種過(guò)濾效率高、空氣阻力小且具有抑殺細(xì)菌功能的新型過(guò)濾材料，并且在熔融紡絲過(guò)程中對(duì)纖維實(shí)施駐極化處理便可以得到駐極纖維。

5、拉脹材料是具有負(fù)泊松比的材料，具有受拉時(shí)其垂直方向膨脹或受擠壓時(shí)收縮的力學(xué)特性，即拉脹性。2002年，alderson等利用聚丙烯在159℃、螺桿轉(zhuǎn)速10r/min(1.05rad/s)和卷繞速度2m/min(0.03m/s)下擠出的熔融紡絲工藝，將聚丙烯制成最早的拉脹纖維，泊松比為-0.6±0.05。2005年，ravirala等在拉脹聚丙烯纖維的基礎(chǔ)上成功制備了拉脹滌綸纖維和拉脹尼龍纖維。拉脹材料有良好的能量吸收性，可應(yīng)用于防護(hù)衣、防護(hù)設(shè)備、防護(hù)帽、防彈背心、護(hù)腿、護(hù)膝或護(hù)套。由長(zhǎng)纖線(xiàn)或紗線(xiàn)傳送活性介質(zhì)導(dǎo)致拉脹紡織品因擁有消炎、防臭、藥物釋放能力而成為智能型紡織品的材料，并且拉脹紡織品能提高服裝壓力舒適性。

6、上述的多種功能都是目前的一些研究熱點(diǎn)，如何能夠?qū)⑦@些功能通過(guò)加工聚集到纖維上是一個(gè)值得研究的問(wèn)題。因此，需要一種裝置操作簡(jiǎn)單、紡絲過(guò)程高效的熔融紡絲機(jī)，使紡出的滌綸絲具有靈活多樣的功能，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，滿(mǎn)足目前市場(chǎng)上對(duì)多功能有色纖維日益增長(zhǎng)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的主要問(wèn)題是：目前市場(chǎng)上差異化、功能性的纖維占比小，色彩豐富度不夠，無(wú)法滿(mǎn)足與日俱增的市場(chǎng)需求，并且紡絲裝置大多復(fù)雜、更換產(chǎn)品不夠靈活的問(wèn)題。

2、為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是提供一種多功能有色絲的加工裝置，其包括第一物料喂給機(jī)構(gòu)、第二物料喂給機(jī)構(gòu)，第一物料喂給機(jī)構(gòu)通過(guò)皮層熔體喂入機(jī)構(gòu)與用于形成纖維皮層的皮層螺桿擠出機(jī)構(gòu)連通，第二物料喂給機(jī)構(gòu)通過(guò)芯層熔體喂入機(jī)構(gòu)與用于形成纖維芯層的芯層螺桿擠出機(jī)構(gòu)連通，皮層螺桿擠出機(jī)構(gòu)、芯層螺桿擠出機(jī)構(gòu)的出口端分別設(shè)有一噴絲機(jī)構(gòu)，兩個(gè)噴絲機(jī)構(gòu)的下方依次設(shè)有上助劑機(jī)構(gòu)、牽引預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)、拉伸機(jī)構(gòu)、卷繞收集機(jī)構(gòu)，所述拉伸機(jī)構(gòu)的一側(cè)設(shè)有放電裝置。噴絲機(jī)構(gòu)一般由紡絲計(jì)量泵、過(guò)濾板、皮芯結(jié)構(gòu)噴絲板組成。上助劑機(jī)構(gòu)通過(guò)油輪接觸絲條完成絲條上助劑操作，減少靜電與摩擦，增強(qiáng)復(fù)絲的集束性；牽引預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)通過(guò)牽引輥與加熱預(yù)拉伸輥對(duì)初生絲條進(jìn)行初步牽伸，初步調(diào)節(jié)大分子鏈的取向與結(jié)晶；拉伸機(jī)構(gòu)通過(guò)導(dǎo)絲輥之間的速度配合對(duì)絲條進(jìn)行拉伸，拉伸機(jī)構(gòu)外部的放電裝置通過(guò)直流電暈放電對(duì)纖維實(shí)施駐極化處理，最后經(jīng)過(guò)卷繞收集機(jī)構(gòu)將絲條均勻整齊地收集在導(dǎo)輥上。

3、優(yōu)選地，所述第一物料喂給機(jī)構(gòu)的出口端設(shè)有第一攪拌機(jī)構(gòu)；所述第二物料喂給機(jī)構(gòu)的出口端設(shè)有第二攪拌機(jī)構(gòu)，第一攪拌機(jī)構(gòu)、第二攪拌機(jī)構(gòu)內(nèi)均設(shè)有不銹鋼材質(zhì)的轉(zhuǎn)漿及加熱裝置。

4、更優(yōu)選地，所述第二攪拌機(jī)構(gòu)的出口端設(shè)有結(jié)晶誘導(dǎo)機(jī)構(gòu)。結(jié)晶誘導(dǎo)機(jī)構(gòu)能夠通過(guò)結(jié)晶誘導(dǎo)劑控制大分子的結(jié)晶度，使晶體的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)形態(tài)得到有效把控，提高晶體質(zhì)量。

5、優(yōu)選地，所述皮層螺桿擠出機(jī)構(gòu)、芯層螺桿擠出機(jī)構(gòu)的出口端設(shè)有紡絲計(jì)量泵、冷卻機(jī)構(gòu)。冷卻機(jī)構(gòu)通過(guò)冷空氣對(duì)初生絲條進(jìn)行冷卻。

6、優(yōu)選地，所述第一物料喂給機(jī)構(gòu)、第二物料喂給機(jī)構(gòu)均包括四個(gè)并聯(lián)的供料料斗與對(duì)應(yīng)的計(jì)量泵。

7、優(yōu)選地，所述的皮層螺桿擠出機(jī)構(gòu)、芯層螺桿擠出機(jī)構(gòu)均采用螺桿擠出機(jī)，螺桿擠出機(jī)分為四個(gè)加熱區(qū)，由四個(gè)可控溫的加熱圈在外部進(jìn)行加熱，螺桿擠出機(jī)內(nèi)部有熔體粘度控制系統(tǒng)，尾部設(shè)有電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)傳送物料。

8、本發(fā)明還提供了一種多功能有色絲的加工方法，包括以下步驟：

9、步驟1)：在第一物料喂給機(jī)構(gòu)加入滌綸切片和色母粒、硫化鋅、mxene，第二物料喂給機(jī)構(gòu)加入滌綸切片與色母粒、無(wú)機(jī)壓電陶瓷顆粒、電氣石顆粒、結(jié)晶誘導(dǎo)劑，按比例分別送入皮層熔體喂入機(jī)構(gòu)、芯層熔體喂入機(jī)構(gòu)；

10、步驟2)：皮層熔體喂入機(jī)構(gòu)、芯層熔體喂入機(jī)構(gòu)內(nèi)的物料分別進(jìn)入皮層螺桿擠出機(jī)構(gòu)、芯層螺桿擠出機(jī)構(gòu)，然后進(jìn)行高聚物熔融擠出，高聚物熔體細(xì)流分別進(jìn)入兩個(gè)噴絲機(jī)構(gòu)由噴絲板噴出，在甬道中由冷空氣冷卻凝固成絲束，并經(jīng)由上助劑機(jī)構(gòu)對(duì)絲束上助劑，初步形成多功能有色絲；

11、步驟3)：多功能有色絲經(jīng)牽引預(yù)拉伸機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，接著進(jìn)入拉伸機(jī)構(gòu)被均勻的抽長(zhǎng)拉細(xì)，拉伸作用使大分子鏈之間相互靠近，生成橫晶，提高絲條的結(jié)晶與取向，并在拉伸的同時(shí)由放電裝置直流電暈放電進(jìn)行纖維駐極化處理，最后經(jīng)卷繞收集機(jī)構(gòu)將多功能有色絲整齊的收集在導(dǎo)輥上。

12、優(yōu)選地，所述的色母粒的顏色為紅色、黃色、藍(lán)色、紫色、綠色中的任意一種或幾種，其外觀色澤均勻一致，內(nèi)部無(wú)水分，熔點(diǎn)在220-260℃；所述的硫化鋅、無(wú)機(jī)壓電陶瓷顆粒、mxene、石墨烯、結(jié)晶誘導(dǎo)劑、電氣石顆粒的粒徑為小于0.5μm。

13、優(yōu)選地，所述多功能有色絲包括皮層和芯層，芯層內(nèi)設(shè)有拉脹結(jié)構(gòu)；皮層內(nèi)含有硫化鋅、mxene，芯層內(nèi)含有無(wú)機(jī)壓電陶瓷顆粒、電氣石顆粒。

14、本發(fā)明還提供了一種多功能有色絲在防切割的彩色沖鋒衣、戶(hù)外運(yùn)動(dòng)服裝、防護(hù)手套、護(hù)腕、護(hù)膝、高檔西服、內(nèi)衣、手提袋、雙肩包、公文包用的布料、壓力顯色的襪子、手套、運(yùn)動(dòng)服用的布料、電致顯色的背包或休閑服用的布料中的應(yīng)用。

15、本發(fā)明涉及的材料兼具壓電效應(yīng)、拉脹效應(yīng)、阻燃功能、過(guò)濾功能、高抗剪切功能的纖維，外觀色彩鮮艷，功能多樣，具有環(huán)保、高效、靈活性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明上述特點(diǎn)的原理在于：

16、(1)壓電效應(yīng)是通過(guò)在熔融紡絲過(guò)程中添加無(wú)機(jī)壓電陶瓷粉末實(shí)現(xiàn)的。無(wú)機(jī)陶瓷壓電纖維是應(yīng)用最廣泛的一類(lèi)壓電材料，可以通過(guò)熱塑性擠壓法來(lái)制備，將壓電陶瓷粉末直接與熱塑性聚合物混合，在適合于聚合物的熔融溫度下，通過(guò)熔融紡絲擠出得到混合纖維即可實(shí)現(xiàn)，當(dāng)外界壓力作用在纖維上時(shí)，纖維-人體-大地之間形成通路，外加纖維皮層硫化鋅的顯色作用，就可以產(chǎn)生纖維發(fā)光的獨(dú)特視覺(jué)效果。

17、(2)拉脹效應(yīng)采用制備拉脹纖維的方法實(shí)現(xiàn)。在熔融紡絲過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制紡絲工藝參數(shù)，尤其是擠出溫度，因?yàn)槔浶?yīng)發(fā)生在非常窄的溫度范圍內(nèi)，對(duì)于聚酯纖維來(lái)說(shuō)，最佳擠出溫度要控制在225℃；同時(shí)還要考慮螺桿轉(zhuǎn)速、拉伸速度、模頭直徑等加工參數(shù)對(duì)拉脹絲的影響。其中螺桿轉(zhuǎn)速要盡可能低，它對(duì)賦予纖維拉脹功能和拉脹值范圍十分重要，在實(shí)際加工中，可選擇0.525rad/s；拉伸速度對(duì)纖維的拉脹性百分比影響較小，輕微拉伸不會(huì)對(duì)拉脹功能產(chǎn)生不利影響，在牽引預(yù)拉伸區(qū)域，可將牽伸倍數(shù)控制在1-2倍之間，隨著拉伸速度的增加，纖維的直徑和模量會(huì)出現(xiàn)顯著降低，因此可以將拉伸區(qū)域的拉伸倍數(shù)控制在3-5倍之間；關(guān)于模頭直徑的選擇，已有研究發(fā)現(xiàn)，適當(dāng)增加模頭直徑會(huì)導(dǎo)致拉脹百分比增加，因此在實(shí)際生產(chǎn)中，可以選擇模頭直徑為0.55mm，40孔的噴絲板。經(jīng)過(guò)上述工藝參數(shù)間的緊密配合，可以使纖維內(nèi)部形成一種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，也被稱(chēng)作由原纖維互連的結(jié)節(jié)系統(tǒng)，這種復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)即賦予了纖維拉脹效應(yīng)。

18、(3)阻燃功能通過(guò)在原料中混入mxene和石墨烯實(shí)現(xiàn)。mxene獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)與高比表面積使其能夠作為物理屏障層來(lái)有效阻隔熱量傳遞和延緩基體熱分解，具體來(lái)說(shuō)mxene及其分解產(chǎn)物tio2具有良好的物理阻隔作用，在基體中構(gòu)建“迷宮”，延長(zhǎng)氣體擴(kuò)散路徑，并且分解產(chǎn)物tio2具有優(yōu)異的催化活性，能促進(jìn)聚合物基體成炭，起到良好的催化成炭和抑煙效果，同時(shí)mxene的高比表面積可以吸附聚合物熱解產(chǎn)物進(jìn)入可燃區(qū)域，由此起到阻燃作用；石墨烯傳導(dǎo)熱量的效果非常好，可以將局部的熱量傳導(dǎo)到其余的材料中并分散，使得火勢(shì)難以傳播，導(dǎo)熱和焦炭阻塞也可以產(chǎn)生“迷宮”效應(yīng)，能夠有效地防止火焰的蔓延，同時(shí)其具有非常高的表面積，不僅可以吸附易燃有機(jī)揮發(fā)物，而且能夠阻止其在燃燒過(guò)程中的釋放和擴(kuò)散，減少有毒氣體的產(chǎn)生，具有良好的阻燃效果。

19、(4)過(guò)濾功能通過(guò)在紡絲原料中摻入電氣石顆粒以及在熔融紡絲時(shí)對(duì)纖維進(jìn)行駐極體處理實(shí)現(xiàn)。駐極體是一種持久極化的凝聚態(tài)物質(zhì)，是具有長(zhǎng)期儲(chǔ)存電荷功能的電介質(zhì)材料，其材料內(nèi)部存在永久的電極化現(xiàn)象，在外部無(wú)電場(chǎng)的情況下仍然保持電極，并對(duì)周?chē)a(chǎn)生電，能夠用作過(guò)濾材料。傳統(tǒng)過(guò)濾器的濾材由細(xì)小的纖維或多孔材料構(gòu)成，通過(guò)攔截、慣性、擴(kuò)散等效應(yīng)來(lái)捕獲粉塵粒子，駐極體過(guò)濾材料在空氣過(guò)濾的過(guò)程中能夠增強(qiáng)靜電吸附，除原有的機(jī)械阻擋作用外，依靠庫(kù)侖力直接吸引氣相中的帶電微粒并將其捕獲，或誘導(dǎo)中性微粒產(chǎn)生極性再將其捕獲，從而更有效地過(guò)濾氣體載體相中的亞微粒子，過(guò)濾效率大大增強(qiáng)，空氣阻力卻不會(huì)增加；同時(shí)其內(nèi)部所儲(chǔ)存的電荷是負(fù)電荷，還能起到抑制和殺滅病菌的作用。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，首先將電氣石破碎至粒徑0.3-0.5μm以下，在物料喂給機(jī)構(gòu)中同原料一起喂入，就可以紡出含有電氣石微粒的纖維；隨后當(dāng)共聚物從噴絲機(jī)構(gòu)噴出后，在拉伸區(qū)域通過(guò)直流電暈放電使其駐極化，從而形成駐極體纖維，使多功能有色絲具備過(guò)濾功能。

20、(5)高抗剪切功能是由纖維內(nèi)部高結(jié)晶度以及特殊拉脹結(jié)構(gòu)形成的，經(jīng)過(guò)結(jié)晶誘導(dǎo)機(jī)構(gòu)調(diào)整分子鏈形態(tài)及大小，從而使晶體的生長(zhǎng)速度和生長(zhǎng)形態(tài)得到有效把控，提高晶體質(zhì)量，形成規(guī)整的結(jié)晶，在拉伸階段大分子鏈之間相互靠近，產(chǎn)生橫晶，并且經(jīng)過(guò)拉脹纖維生產(chǎn)工藝配合，纖維內(nèi)部形成復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，當(dāng)受到外界剪切力作用時(shí)，纖維表面會(huì)越來(lái)越致密，起到抗剪切作用。

21、(6)除了上述多種功能外，本發(fā)明生產(chǎn)的有色絲具有鮮艷明亮的外觀，這是由于采用滌綸原液著色法，在紡絲之前將不同顏色的色母粒按照對(duì)應(yīng)配比混合，能夠形成多種視覺(jué)效果柔和鮮艷的色彩，并且該染色方法屬于纖維紡前染色，從源頭上解決染色廢水污染問(wèn)題，十分環(huán)保高效。

22、采用本發(fā)明的技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，其創(chuàng)新點(diǎn)和有益效果在于：

23、(1)本發(fā)明通過(guò)改進(jìn)物料喂給機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)同時(shí)精確喂入不同的功能顆粒，如硫化鋅、無(wú)機(jī)壓電陶瓷顆粒、電氣石顆粒、阻燃二維材料mxene等，并配合纖維后處理過(guò)程，如駐極化處理，賦予纖維相應(yīng)的功能，使多種功能聚集于所生產(chǎn)的纖維上，從而拓展纖維的應(yīng)用領(lǐng)域。

24、(2)本發(fā)明中通過(guò)螺桿擠出速度、加工溫度與拉伸機(jī)構(gòu)的緊密配合，實(shí)現(xiàn)了具有拉脹效應(yīng)的拉脹纖維的生產(chǎn)，其所具備的特殊的拉脹性能使之可以用于各類(lèi)防護(hù)產(chǎn)品，如防彈服、防刺服、護(hù)具、緩沖用具等，以及作為智能型紡織品的材料等。

25、(3)本發(fā)明通過(guò)喂入滌綸切片與色母粒原料生產(chǎn)彩色纖維，所得纖維顏色鮮艷，視覺(jué)效果豐富，不需要后續(xù)染色過(guò)程，色牢度好，品質(zhì)優(yōu)異，屬于原液著色纖維，大大減小了能源的消耗和對(duì)環(huán)境的污染，該裝置在生產(chǎn)過(guò)程中具有清潔環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，符合現(xiàn)代綠色生產(chǎn)理念，體現(xiàn)出顯著的環(huán)境友好性。

26、(4)本發(fā)明使用皮芯結(jié)構(gòu)的噴絲板生產(chǎn)纖維，使纖維具有皮芯結(jié)構(gòu)，通過(guò)兩個(gè)螺桿擠出機(jī)構(gòu)分別用來(lái)形成纖維的皮層和芯層，并且賦予皮層和芯層不同的功能，增加了纖維的層次，同時(shí)豐富了纖維的功能與視覺(jué)效果。