一种卷曲纤维基三维非织造材料及其制备方法

本发明涉及一种卷曲纤维基三维非织造材料及其制备方法，属于聚酯纤维材料。背景技术：1、纤维膜材料具有原料来源范围广、结构可调控性好等特点，是目前应用广泛的材料。纤维膜材料可通过调节纤维直径、堆积密度等因素实现对其孔隙结构的调控。然而在厚度方向上，纤维膜材料呈致密堆积，难以获得三维孔道连通性；并且纤维膜材料较小的厚度使其力学性能耐弯折、耐顶破性能差，限制了其实际应用。技术实现思路1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种卷曲纤维基三维非织造材料及其制备方法。2、为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案来实现的：3、一种卷曲纤维基三维非织造材料，原料包括以下按重量份数计的组份：4、组份a：刚性聚合物与聚酯类聚合物中的至少一种50～80份；5、组份b：弹性体聚合物20～50份。6、优选地，所述的刚性聚合物为聚烯烃类聚合物、聚酯类聚合物中的至少一种。7、更优选地，所述聚烯烃类聚合物为聚丙烯、聚乙烯中的至少一种；所述聚酯类聚合物为聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丙烯酸甲酯中的至少一种。8、优选地，所述的弹性体聚合物为聚氨酯、热塑性聚氨酯、热塑性聚酯弹性体中的至少一种。9、本发明还提供了上述卷曲纤维基三维非织造材料的制备方法，其包括以下步骤：将组份a、组份b置于鼓风干燥箱中干燥，然后加入造粒机中混合均匀，得到熔喷母粒；将熔喷母粒加入到熔喷设备中进行熔喷纺丝，再通过熔喷气流拉伸剪切-纤维堆砌，得到所述卷曲纤维基三维非织造材料。10、优选地，所述干燥的温度为80℃，时间为8-14h。11、优选地，所述造粒机的设置温度为220-260℃、转速为60r/min，造粒机挤出成型后，再冷却，经过切粒机切粒，得到熔喷母粒。12、优选地，所述熔喷设备采用带螺杆挤出机的熔喷设备，其工艺参数为：13、螺杆挤出机一至五区温度分别为170～240℃、180～250℃、190～260℃、200～270℃、210～280℃，模头温度为210～280℃；14、计量泵频率为2～6hz；15、热风温度为240～290℃，热风压力为0.05～0.28mpa；16、接收距离为10～20cm，输网帘频率为1～3hz；17、两边风道口宽度分别为0.01～0.3cm和0.3～0.6cm；18、两边风道角度分别为20°～45°和50°～80°。19、优选地，所述卷曲纤维基三维非织造材料的孔径为4～25μm，孔隙率不小于95％，体积密度为6～18mg/cm3。20、本发明提供的三维非织造材料具有卷曲结构纤维，提升了三维非织造材料在过滤分离、吸音降噪、防寒保暖领域的应用潜力。21、本发明的技术原理如下：22、由于混合熔体是刚性聚合物与弹性体聚合物组成的，导致混合熔体细流四周的结晶动态过程与冷却效应不同，混合熔体内部高分子链的取向不处在同一水平上，存在着不均匀的内应力，形成了不同的收缩效应，潜伏着一种自卷能力。经过非对称气流拉伸后，混合熔体细流在熔喷纺丝线上逐渐冷却时就有一个轴向的温度场，同时混合熔体细流内部的热量是由中心经边界层传到周围介质中去，因而又有一个经向的温度场。在这两个因素的作用下，造成了混合熔体细流内部的温度中心沿冷却吹风方向而偏离了丝条的几何中心。混合熔体细流上的温度分布很大程度上决定了其的流变性质，同时又对大分子的结晶和取向的结构形成有很大影响。因而就形成了纤维截面四周的不均匀的微观结构，赋于初生纤维的潜在的卷曲能力。气流经过圆柱形丝条时，在纤维表面会产生真空涡流现象以致热交换效应减弱，温度场偏离其几何中心，这一般纺丝机实际上也存在着前后两面取向的差异，使丝条潜伏着潜在的卷曲能力。非对称气流而形成的初生纤维沿轴体来说，存在着两种不同的取向，也就是迎风的一面和背风的一面的气流速度和气流角度有差异，使纤维表现出双折射的不同。此外，由于混合熔体是刚性聚合物与弹性体聚合物组成，导致混合熔体有部分处于塑性形变，而其中有一部分已过渡到高弹形变，产生的大分子伸展构象时刻都有恢复原状的能力，而其中塑性形变的大分子取向又被相对的固定下来，因此，在非对称气流的拉伸过程中，纤维截面轴向存在着不同的内应力，当拉伸外力消失后，高弹形变伸展的大分子立即发生松弛，产生不同的收缩现象。由于在拉伸过程中，合理调整工艺，尽可能减少结晶的增长，使高弹形变所产生的大分子取向不致被固定下来，从而使高弹形变拉伸后伸展的沿轴向排列的大分子取向能发生收缩，并绕轴向发生扭曲，产生了外形宏观上的自卷现象。这种自卷现象便在纤维上充分显示出来，最后通过高温热定型固定下来，而成为卷曲纤维基三维非织造材料。23、相比现有技术，本发明具有如下有益效果：24、(1)该卷曲纤维的制备过程，仅需要调控熔体的性质、气流速度与角度的非对称性，可快速制备出卷曲结构的纤维。该制备工艺流程短，能源消耗低。25、(2)相对于现有熔喷技术制备的纤维结构通常为常规呈平直的圆柱体，本发明制备的纤维结构为卷曲型。现有熔喷技术制备的非织造材料通常为二维，本发明制备的非织造材料为三维。26、(3)本发明制备的卷曲纤维基三维非织造材料，可通过熔体的性质、气流速度与角度的非对称性调控纤维的卷曲率，以优化孔隙结构参数，从而提升其在过滤分离、吸音降噪、防寒保暖、纺织服装面料等领域的应用潜力。同时可在家具家纺、玩具、服装、医疗卫生用品、椅垫等领域具有广泛的应用。技术特征：1.一种卷曲纤维基三维非织造材料，其特征在于，原料包括以下按重量份数计的组份：2.如权利要求1所述的卷曲纤维基三维非织造材料，其特征在于，所述的刚性聚合物为聚烯烃类聚合物、聚酯类聚合物中的至少一种。3.如权利要求2所述的卷曲纤维基三维非织造材料，其特征在于，所述聚烯烃类聚合物为聚丙烯、聚乙烯中的至少一种；所述聚酯类聚合物为聚甲醛、聚三氟氯乙烯、聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯、聚丙烯酸甲酯中的至少一种。4.如权利要求1所述的卷曲纤维基三维非织造材料，其特征在于，所述的弹性体聚合物为聚氨酯、热塑性聚氨酯、热塑性聚酯弹性体中的至少一种。5.权利要求1-4任一项所述的卷曲纤维基三维非织造材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将组份a、组份b置于鼓风干燥箱中干燥，然后加入造粒机中混合均匀，得到熔喷母粒；将熔喷母粒加入到熔喷设备中进行熔喷纺丝，再通过熔喷气流拉伸剪切-纤维堆砌，得到所述卷曲纤维基三维非织造材料。6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为80℃，时间为8-14h。7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述造粒机的设置温度为220-260℃、转速为60r/min，造粒机挤出成型后，再冷却，经过切粒机切粒，得到熔喷母粒。8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述熔喷设备采用带螺杆挤出机的熔喷设备，其工艺参数为：9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述卷曲纤维基三维非织造材料的孔径为4～25μm，孔隙率不小于95％，体积密度为6～18mg/cm3。技术总结本发明公开了一种卷曲纤维基三维非织造材料及其制备方法。所述三维非织造材料的原料包括刚性聚合物与聚酯类聚合物中的至少一种50～80份，弹性体聚合物20～50份。将两种组份置于鼓风干燥箱中干燥，然后加入造粒机中混合均匀，得到熔喷母粒；将熔喷母粒加入到熔喷设备中进行熔喷纺丝，再通过熔喷气流拉伸剪切‑纤维堆砌，得到所述卷曲纤维基三维非织造材料。本发明提供的三维非织造材料具有卷曲结构纤维，卷曲纤维基三维非织造材料在过滤分离、吸音降噪、防寒保暖、纺织服装面料等领域的应用潜力。同时可在家具家纺、玩具、服装、医疗卫生用品、椅垫等领域具有广泛的应用。技术研发人员：王先锋,黄琪帏,张迪安,丁彬,俞建勇受保护的技术使用者：东华大学技术研发日：技术公布日：2024/8/26