基于粘结法将麻型短纤维制备成柔性拉胀复合织物的方法

摘要

本发明涉及一种基于粘结法将麻型短纤维制备成柔性拉胀复合织物的方法及用途，本发明方法是设置好刻有拉胀结构图案的模板，将麻型短纤维沿着模板上的拉胀结构图案均匀铺放，并在麻型短纤维上喷洒粘结剂浸润麻型短纤维，增加相邻纤维间的接触作用力，再经固化成形，获得柔性拉胀复合织物。所得柔性拉胀复合织物通过缝制作为网袋、防护隔离套，水杯垫、窗帘等功能纺织品。本发明的特点加工简便，适用原材料广，包括苎麻、亚麻、黄红麻、废弃循环用的短纤维等。

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用短的麻型纤维或纱线制备柔性拉胀复合织物的工艺方法和用途，属于纺织材料及其复合材料的制备和用途技术领域。

背景技术

短纤维目前虽然可以制备纱线，织制面料，但是其过程复杂，尤其是麻纤维。麻纤维短、批次间差异大、湿度对强力影响较大进一步增加了其加工难度。不仅如此，麻型短纤维在加工过程中也存在困难，且产品疵点多，价格低，在于产品的新技术欠缺。因此，开发具有新结构和新功能的麻织物，提高产品的附加值和性能对于麻型纤维的发展具有重要意义。拉胀材料是指具有负泊松比效应的材料，即材料在拉伸时垂直于拉伸方向变宽，压缩时材料变窄的现象，为21世纪智能材料之一。织物采用拉胀结构制备成拉胀布料具有潜在应用前景。目前利用拉胀结构制备拉胀织物的报道鲜见。

拉胀织物的制备可以采用拉胀纱线进行机织，但效果并不明显。目前拉胀织物多为针织结构，Ugbolue(Ugbolue，Warner et al.2000，Ugbolue，Kim et al.2011)根据Hook等的设计理念设计了由开口编链与嵌入纱结合构成的经编结构。近年来胡红等学者根据Grima和Evans等学者的理论，赋予针织物的内旋折叠矩形衔接结构，织造了具有较大尺度的拉胀性织物(Liu and Hu 2010，Hu，Wang et al.2011)。2016年，Steffens(Steffens，Rana et al.2016)等首次尝试通过采用高性能纤维开发的拉胀结构针织技术，将聚酰胺(PA)和对位芳族聚酰胺(p-AR)纤维及其结合物采用横机针织成双反面针织布。葛朝阳(Ge，Hu et al.2013)织造三维机织物，研究其产生拉胀效应的压缩变形机理并讨论其结构参数对负泊松比的影响。2014年，胡红等(Wang，Hu et al.2014)设计了一种新颖的拉胀间隔织物，通过间隔织物与平行四边形形成一种特殊的几何结构的经编隔离结构，是一种新颖的3D拉胀织物，采用压缩和热定型来固定织物结构，且材料具有很好的记忆性。拉胀纱线及其织物还可以用于制备复合材料，同时拉胀纺织品由于其特殊的剪切刚度、断裂韧性、抗压痕性和能量吸收等性质，还有特殊的同向曲率，使得拉胀材料被称为21世纪16个智能材料之一，有望应用于很多领域：汽车工业、人体防护、航空航天、生物医学及其他国防领域，从而使拉胀材料的开发和研究具有现实意义。但目前能够用于规模生产的拉胀材料还是拉胀纱线和拉胀泡沫，对于柔性拉胀纺织面料的制备仍局限于针织结构，如果能够解决拉胀面料的制备问题，将打开拉胀纺织品工业化应用的大门。

但上述这些方法涉及的拉胀织物的成形方法采用纺纱成形的短纤维纱线或化纤长丝，甚至是具有特殊要求(如直径、弹性、刚度)的长丝，原料要求高，对传统麻纤维、具类似麻纤维长度的纤维(麻型纤维)、废气循环再利用的短纤维的产品开发却极为不利，是瓶颈和短处。因此，引入新结构、发挥短纤维的优势的新技术方法就极为必要。

发明内容

本发明的目的在于将传统的纺纱制造装备难以开发的短纤维产品。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种基于粘结法将麻型短纤维制备成柔性拉胀复合织物的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(a)设置好刻有拉胀结构图案的模板，将麻型短纤维沿着模板上的拉胀结构图案均匀铺放布置；

(b)在按步骤(a)所设的拉胀结构图案铺放的麻型短纤维上喷洒粘结剂，浸润麻型短纤维，增加相邻纤维间的接触作用力；为了使短纤维基的拉胀复合材料结构稳定，在拉胀结构图案上的交点上喷洒固化后为高硬度的粘结剂，在交点之间喷洒固化后为低硬度的粘结剂，使短纤维基的拉胀复合材料具有柔性；

(c)将步骤(b)得到的麻型短纤维复合织物固化定型，形成结构稳定的柔性拉胀复合织物。

优选地，所述拉胀结构图案包括内凹蜂窝、星形网络、内凹菱形、正十二面体、三角格栅、中心旋转矩形、中心旋转三角形、中心旋转四面体、手性蜂窝、中心旋转多面体、铰接六角形、铰接四边形、铰接三角形及其组合。

优选地，所述拉胀结构图案优选内凹六角蜂窝结构。

优选地，所述固化后为低硬度的粘结剂为有机硅胶粘剂、水性聚氨酯胶粘剂；所述固化后为高硬度的粘结剂为环氧树脂胶粘剂、聚酯胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂。

优选地，粘结剂固化后的硬度为相对硬度，即拉胀结构图案交点处所采用粘结剂固化后硬度高于非交点处。

优选地，所述麻型短纤维包括苎麻、亚麻、黄麻、红麻、大麻、剑麻、青麻、罗布麻、蕉麻、废弃循环用的短纤维。

优选地，所述固化的方法包括空气氧化固化、溶剂挥发固化、高温热定型、常温冷定型、紫外光固化定型、辐射定型、热反应固化、化学反应固化、熔融固化、红外催化热反应固化。

本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述方法制备得到的柔性拉胀复合织物的用途，其特征在于，柔性拉胀复合织物通过裁剪和缝制作为功能纺织品。

优选地，所述功能纺织品为网袋、防护隔离套，水杯垫、或窗帘。

采用本申请人近十年来在拉胀纺织品研究领域的储备技术，设计拉胀结构的短纤维产品，即可赋予产品新结构，而且能有效突出短纤维的优点，将麻型短纤维制备成具有拉胀结构和效应的拉胀织物。且本发明的适用原料范围广泛，可降低生产成本，且制备方法简单，产品附加值高。

本发明的原理是将麻型短纤维沿着模板上的拉胀结构图案均匀铺放，通过喷洒粘结剂浸润麻型短纤维，增加相邻纤维间的接触作用力，提高结构的稳定性；尤其是在拉胀结构图案的交点上要具有很好的强度和抗扭转、抗弯曲的能力，提高拉胀复合织物的结构稳定性；而拉胀结构图案的交点间的杆具有合理的刚性，可绕交点发生位移和旋转，赋予拉胀复合织物的柔软性；最后将复合织物固化成形，获得柔性拉胀复合织物。所得柔性拉胀复合织物通过缝制作为网袋、防护隔离套，水杯垫、窗帘等功能纺织品。所得柔性拉胀复合织物还可与轻薄、高弹性的膜复合成夹芯的三明治结构而具有防水透气性，用作具有防雨功能的购物袋。

本发明虽然针对的是麻型短纤维，也适用于拉胀或非拉胀的纤维或纱线，其中包括纯纺或混纺的拉胀或非拉胀纱线，按照拉胀图案结构布置纤维或纱线，并通过胶黏剂或热作用等增加相邻纤维或纱线间的相互作用，形成柔性拉胀复合面料。同样，所述的拉胀结构图案可以为内凹六角蜂窝结构，其拉胀效果通过内凹六角蜂窝结构尺寸调节。所述的发明方法既可使用手工铺层的小规模作坊，也可使用机械化的大规模生产，即采用在辊筒上刻有拉胀结构图案，将纤维在辊筒铺放成拉胀结构图案，然后通过辊筒连续转动，通过传送带传输拉胀复合织物连续完成。本发明中纤维或纱线的结构布置是为了拉胀效应的产生做结构准备，粘结、固化等方式是为了结构固定，而辊筒、传送带或针筒是为了连续化生产的必要。

本发明的特点和有益效果在于：

1)采用具有拉胀结构图案的模板布置短纤维，有助于短纤维在模板上形成拉胀结构，从而具备拉胀效应。

2)所述方法采用的原料为麻型短纤维，原料来源广泛且成本低，为麻型短纤维的工业化应用提供新思路、新方法。

3)所述方法步骤简单，既可使用手工铺层的小规模作坊，也可使用机械化的大规模生产。

4)产品具有拉胀效应，可通过裁剪和缝制作为网袋、防护隔离套，水杯垫、窗帘等功能纺织品。

附图说明

图1是内凹六角蜂窝结构模型图；

图2是双箭头结构模型图；

图3是正弦结构模型图；

图4是星型网络结构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供的一种基于粘结法将麻型短纤维制备成柔性拉胀复合织物的方法，包括以下步骤：

(a)设置好刻有拉胀结构图案的模板，将麻型短纤维沿着模板上的拉胀结构图案均匀铺放布置。

拉胀结构图案包括内凹蜂窝、星形网络、内凹菱形、正十二面体、三角格栅、中心旋转矩形、中心旋转三角形、中心旋转四面体、手性蜂窝、中心旋转多面体、铰接六角形、铰接四边形、铰接三角形及其组合，优选为内凹六角蜂窝结构。

(b)在按步骤(a)所设的拉胀结构图案铺放的麻型短纤维上喷洒粘结剂，浸润麻型短纤维，增加相邻纤维间的接触作用力；为了使短纤维基的拉胀复合材料结构稳定，在拉胀结构图案上的交点上喷洒固化后为高硬度的粘结剂，在交点之间喷洒固化后为低硬度的粘结剂，使短纤维基的拉胀复合材料具有柔性。

固化后为低硬度的粘结剂为有机硅胶粘剂、水性聚氨酯胶粘剂；所述固化后为高硬度的粘结剂为环氧树脂胶粘剂、聚酯胶粘剂、丙烯酸酯胶粘剂。粘结剂固化后的硬度为相对硬度，即拉胀结构图案交点处所采用粘结剂固化后硬度高于非交点处。

固化的方法包括空气氧化固化、溶剂挥发固化、高温热定型、常温冷定型、紫外光固化定型、辐射定型、热反应固化、化学反应固化、熔融固化、红外催化热反应固化。

麻型短纤维包括苎麻、亚麻、黄麻、红麻、大麻、剑麻、青麻、罗布麻、蕉麻、废弃循环用的短纤维

(c)将步骤(b)得到的麻型短纤维复合织物固化定型，形成结构稳定的柔性拉胀复合织物。

通过上述方法制备得到的柔性拉胀复合织物通过裁剪和缝制作为网袋、防护隔离套，水杯垫、或窗帘等功能纺织品。