一種可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料及其製造方法與流程
2023-05-21 00:21:35
本發明涉及一種具有形狀記憶和可調尺寸的連續製備結構穩定柔性拉脹面料的方法，可用於服裝隔離防護墊、過濾材料、吸聲或隔音材料、複合材料等領域，屬於紡織服裝面料的加工技術領域。
背景技術：
形狀記憶功能織物是指具有形態記憶功能的面料，也稱記憶布，或形態記憶布。它具有可塑性，且手感柔軟而且不用擔心有摺痕的損傷。用該面料製成的服裝不用外力支撐，就可以獨立保持任意形態及呈現任意褶皺，用手輕拂後即可完全恢復平整狀態，不會留下任何摺痕，保形具有永久性。目前市面上的形狀記憶面料多採用形狀記憶聚氨酯、PTT(聚對苯二甲酸丙二醇酯)纖維製作，雖然具有形狀記憶功能，但是在尺寸上卻不具有可調性，如孕婦服，隨著孕婦肚子增大可變長，但是其周長在變小，對腹中胎兒形成一定壓迫。因此，開發兼具可調尺度與形狀記憶功能的面料對於面料的舒適性和功能性發展都具有重要意義。而傳統針織與機織方式生產面料具有正泊松比，在變形時壓迫性不可避免，負泊松比效應面料可提供面料的尺度可調性。
具有負泊松比效應的材料又稱拉脹材料，即材料在拉伸時垂直於拉伸方向變寬，壓縮時材料變厚的現象，拉脹材料也被稱為21世紀16個智能材料之一，並不斷有具有拉脹效應的泡沫材料、聚合材料和複合材料被製作出來。拉脹結構採用柔性材料製作並呈現可以為其廣泛應用提供基礎，目前利用拉脹結構製備了多種拉脹紡織材料，包括拉脹紗線、拉脹織物等。
拉脹紗線的製備主要採用傳統正泊松比長絲通過螺旋結構成形，使其在受軸向拉伸作用時，長絲組分由於模量不同而導致結構變化，位置互換，表現為紗線的表觀直徑增大，如授予Hook的Uses of auxetic fibres(美國專利，發明專利號U.S.2011/8002879B2)，授予胡紅等人的一種負泊松比紗線結構及其製造方法(發明專利號CN201210212844.3)；關於拉脹織物的製備主要採用針織結構，在其中加入嵌入紗，使針織結構在拉伸變形過程中由於嵌入紗的作用而打開空隙，形成拉脹效應，如授予Starbuck等人的Fabrics having knit structures exhibiting auxetic properties and garments formed thereby(美國專利，發明專利號U.S.2008/0011021A1)，授予Anand等人的Auxetic knitted fabrics(美國專利，發明專利號WO2010/125397A1)，授予Ugbolue等人的Auxetic fabric structure and related fabrication methods(美國專利，發明專利號U.S.2014/8772187B2)；關於拉脹紡織品的應用，可用於穿戴，如授予Blakely等人的Articles ofapparel with auxetic fabrics(美國專利，發明專利號U.S.2014/0109286A1)，可用於過濾，如授予Martin等人的Filtering face-piece respirator having an auxetic mesh in the mask body(美國專利，發明專利號U.S.2015/8967147B2)，可用於衝擊防護，如授予Rossow等人的Blast control blanket(美國專利，發明專利號U.S.2016/0040962A1)，授予Eberlein等人的Seating unit with auxetic support(美國專利，發明專利號U.S.2015/0320220A1)。
上述拉脹織物在製備過程中雖然採用了纖維或紗線，但主要工藝仍然是基於傳統的針織工藝，織物產品雖具有拉脹效應，但結構疏鬆，變形過大，產品在重複使用過程中穩定性差，應用前景十分有限。
技術實現要素：
本發明的目的在於提高拉脹織物在重複使用過程中的穩定性。
為了達到上述目的，本發明的一個技術方案是提供了一種可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料的製造方法，其特徵在於，採用如下製備工藝：
(a)由可熱定形長絲、形狀記憶長絲和第三組分纖維複合構成的紗線，從紗架上退繞，通過導紗器布置成拉脹圖案，且在拉脹圖案上通過物理方式進行固結，形成拉脹面料，其中：拉脹圖案是能夠通過力學變形機理作用形成拉脹效應的結構圖形；
形狀記憶長絲為具有多級玻璃化轉變溫度、以及對應多級高彈區的彈性長絲，使面料在重複使用中拉脹效應具有形態保持性；
第三組分纖維為天然纖維、再生纖維或化學纖維，用於增加面料的觸感和視覺風格、透通性及密度和緊度；
(b)將拉脹面料尺寸變大，拉伸面料至設定尺寸後，通過第一次熱定形工藝使熱定形長絲定形和使短纖維鬆弛定形，再通過設定溫度下的第二次熱定形工藝使形狀記憶長絲處於第二次熱定形工藝使用溫度下對應的高彈區、且結構穩定，形成可調尺度的柔性拉脹面料；
或將拉脹面料尺寸變小，將面料平鋪、並處於高溫條件下，使熱定形長絲和形狀記憶長絲應力鬆弛、並回縮到對應高溫下的尺寸，接著冷卻至熱定形長絲和形狀記憶長絲定形，再通過蒸汽處理使短纖維鬆弛定形，形成形狀記憶的柔性拉脹面料。
優選地，所述形狀記憶長絲為至少有2級玻璃化轉變溫度、以及對應至少2級高彈區的彈性長絲，包括形狀記憶聚氨酯、形狀記憶聚酯；所述形狀記憶長絲的多級玻璃化轉變溫度的最大值不高於拉脹面料的使用溫度；所述可熱定形長絲的玻璃化溫度高於柔性拉脹面料的使用溫度、以及洗滌或乾洗的環境溫度。
優選地，所述拉脹圖案為內摺疊結構的拉脹結構、手性旋轉結構的拉脹結構、或內旋轉結構的拉脹結構，將可熱定形長絲、形狀記憶長絲和第三組分纖維布置為此種拉脹圖案並製成面料，藉助結構的變形賦予面料拉脹性。
優選地，所述拉脹圖案包括內凹六邊形、星形網絡、內凹菱形、正十二面體、三角格柵、中心旋轉矩形、中心旋轉三角形、中心旋轉四面體、手性蜂窩、中心旋轉多面體、鉸接六角形、鉸接四邊形、鉸接三角形等及其組合。
優選地，所述拉脹圖案上鋪有紗線，且紗線在拉脹圖案的交點上形成物理固結，包括打結、套接、勾結及其組合。
優選地，所述可熱定形長絲、形狀記憶長絲和第三組分纖維包括拉脹纖維、非拉脹纖維。
優選地，所述可調尺度是指長度方向的伸長應變不小於60％，所述的柔性拉脹面料在可調尺度範圍內具有拉脹效應。
優選地，所述形狀記憶是指通過溫度處理、或力處理，使纖維發生形變，並穩定在處理溫度或力處理狀態下的對應長度；所述形狀記憶的柔性拉脹面料通過形狀記憶整理後，長度方向的收縮應變不小於60％，所述柔性拉脹面料在收縮應變範圍內具有拉脹效應。
本發明的另一個技術方案是提供了一種可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料，其特徵在於，通過上述的方法形成的具有柔性、負泊松比效應、形狀記憶回復、可調大小和結構穩定的柔性拉脹面料，所述柔性拉脹面料無需添加其他粘結劑，長度變長時徑向變寬，長度收縮時徑向變窄。
本發明的另一個技術方案是提供了一種上述的可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料的應用，其特徵在於，用於服裝，或用於包裹套、隔離防護墊、過濾材料、吸聲或隔音材料、複合材料。
本發明採用多組分長絲與纖維製造具有可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料，不僅產品結構穩定，具有重複使用後的拉脹性，還兼具尺度可調和形狀記憶功能，且由於使用不同組分製造，優勢互補，織物總體風格良好。可以廣泛應用於具有高性能的服裝和特殊要求領域中。
本發明提供的一種可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料及其製造方法，採用由可熱定形長絲、形狀記憶長絲和第三組分纖維複合構成的紗線，製造成具有拉脹圖案結構的柔性拉脹面料。該拉脹面料具有柔性，穿著舒適，可調尺度，該面料製備成的服裝在長度變長時、周長也變寬，在長度變短時、周長也變窄；尤其是作為孕婦服的面料，根據孕婦服長度變長的需求，將拉脹面料逐漸調大、定形，孕婦服變長了，周長也變長，對人體沒有壓迫；現有的形狀記憶孕婦服，變長了，但周長變小，對人體有壓迫。另外，孕婦服需要變回縮小時，通過形狀記憶回復，將拉脹面料逐漸回復到原來的長度，在長度變短時、周長也變小。本發明的特點在於柔性拉脹面料具有拉脹性和形狀記憶性，可用於服裝，尤其是孕婦服長度變長時，徑向變寬，對孕婦和胎兒都沒有壓迫束縛；兒童服裝隨著年齡增長可以尺寸變大，既減少浪費、節省資源又省去父母們頻繁為他們購買服裝的困擾；也可以做成不同尺寸和用途的包裹套、隔離防護墊、過濾材料、吸聲或隔音材料、複合材料等。
本發明的原理在於選擇由可熱定形長絲、形狀記憶長絲和第三組分纖維複合構成的紗線，製造成拉脹圖案，可以手工製作、也可以機械化批量生產；由紗線所形成的具有拉脹圖案的拉脹面料，在製造過程中，紗線在拉脹圖案的交點上通過物理方式進行固結；且拉脹圖案是能夠通過拉伸、彎曲、旋轉、平移、鉸接等力學變形機理作用形成拉脹效應的結構圖形；對於拉脹面料尺度變大，形成可調尺度的柔性拉脹面料，可通過熱定形工藝使熱定形長絲定形、形狀記憶長絲和短纖維鬆弛定形；將拉脹面料尺寸變小或至原來的尺寸，也通過高溫使熱定形長絲和形狀記憶長絲應力鬆弛、並回縮原來的尺寸，接著冷卻至熱定形長絲和形狀記憶長絲定形，再通過蒸汽處理使短纖維鬆弛定形，形成形狀記憶的柔性拉脹面料。
本發明的特點和有益效果在於：
1)所製備的柔性拉脹面料具有尺寸可調和形狀記憶的功能，避免了拉脹面料變形大，使用中尺寸不穩定的缺點，且形狀記憶功能可以使其重複使用；
2)所製備的柔性拉脹面料無需添加其他粘結劑，即可具有柔性、負泊松比效應、形狀記憶回復、可調大小和結構穩定的性能；
3)所述方法中第三組分纖維可以為天然纖維、再生纖維或化學纖維，可增加面料的觸感和視覺風格、透通性及密度和緊度，改善面料結構的疏鬆；
4)所述的一種可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料的製造方法可以手工製作、也可以機械化批量生產；
5)本發明的特點在於柔性拉脹面料具有拉脹性和形狀記憶性，可用於服裝，尤其是孕婦服長度變長時，徑向變寬，對孕婦和胎兒都沒有壓迫束縛，且變形後可回復；兒童服裝隨著年齡增長可以尺寸變大，既減少浪費、節省資源又省去父母們頻繁為他們購買服裝的困擾；也可以做成不同尺寸和用途的包裹套、隔離防護墊、過濾材料、吸聲或隔音材料、複合材料等。
附圖說明
圖1是雙箭頭結構可調尺度與形狀記憶柔性拉脹面料示意圖；
圖2(a)是雙箭頭結構可調尺度與形狀記憶柔性拉脹面料變形前示意圖；
圖2(b)是雙箭頭結構可調尺度與形狀記憶柔性拉脹面料變形後示意圖；
圖3(a)是雙箭頭結構可調尺度與形狀記憶柔性拉脹面料圖2(a)中局部放大示意圖；
圖3(b)是雙箭頭結構可調尺度與形狀記憶柔性拉脹面料圖2(b)中局部放大示意圖。
具體實施方式
下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定的範圍。
本發明提供了一種可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料的製造方法，採用如下製備工藝：
(a)由可熱定形長絲、形狀記憶長絲和第三組分纖維複合構成的紗線，從紗架上退繞，通過導紗器布置成拉脹圖案，且在拉脹圖案上通過物理方式進行固結，形成拉脹面料，其中：拉脹圖案是能夠通過力學變形機理作用形成拉脹效應的結構圖形；
形狀記憶長絲為具有多級玻璃化轉變溫度、以及對應多級高彈區的彈性長絲，；
所述形狀記憶長絲為至少有2級玻璃化轉變溫度(多級玻璃化轉變溫度的最大值不高於拉脹面料的使用溫度)、以及對應至少2級高彈區的彈性長絲，使面料在重複使用中拉脹效應具有形態保持性，包括形狀記憶聚氨酯、形狀記憶聚酯；
可熱定形長絲的玻璃化溫度高於柔性拉脹面料的使用溫度、以及洗滌或乾洗的環境溫度；
第三組分纖維為天然纖維、再生纖維或化學纖維，用於增加面料的觸感和視覺風格、透通性及密度和緊度；
可熱定形長絲、形狀記憶長絲和第三組分纖維包括拉脹纖維、非拉脹纖維；
拉脹圖案為內摺疊結構的拉脹結構、手性旋轉結構的拉脹結構、或內旋轉結構的拉脹結構，將可熱定形長絲、形狀記憶長絲和第三組分纖維布置為此種拉脹圖案並製成面料，藉助結構的變形賦予面料拉脹性，包括內凹六邊形、星形網絡、內凹菱形、正十二面體、三角格柵、中心旋轉矩形、中心旋轉三角形、中心旋轉四面體、手性蜂窩、中心旋轉多面體、鉸接六角形、鉸接四邊形、鉸接三角形等及其組合；
(b)將拉脹面料尺寸變大，拉伸面料至設定尺寸後，通過第一次熱定形工藝使熱定形長絲定形和使短纖維鬆弛定形，再通過設定溫度下的第二次熱定形工藝使形狀記憶長絲處於第二次熱定形工藝使用溫度下對應的高彈區、且結構穩定，形成可調尺度的柔性拉脹面料；
或將拉脹面料尺寸變小，將面料平鋪、並處於高溫條件下，使熱定形長絲和形狀記憶長絲應力鬆弛、並回縮到對應高溫下的尺寸，接著冷卻至熱定形長絲和形狀記憶長絲定形，再通過蒸汽處理使短纖維鬆弛定形，形成形狀記憶的柔性拉脹面料。
可調尺度是指長度方向的伸長應變不小於60％，所述的柔性拉脹面料在可調尺度範圍內具有拉脹效應；
形狀記憶是指通過溫度處理、或力處理，使纖維發生形變，並穩定在處理溫度或力處理狀態下的對應長度；所述形狀記憶的柔性拉脹面料通過形狀記憶整理後，長度方向的收縮應變不小於60％，所述柔性拉脹面料在收縮應變範圍內具有拉脹效應。
本發明還提供了一種可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料，通過上述的方法形成的具有柔性、負泊松比效應、形狀記憶回復、可調大小和結構穩定的柔性拉脹面料，所述柔性拉脹面料無需添加其他粘結劑，長度變長時徑向變寬，長度收縮時徑向變窄。
形成的可調尺度與形狀記憶的柔性拉脹面料可用於孕婦服、兒童服等服裝，或用於包裹套、隔離防護墊、過濾材料、吸聲或隔音材料、複合材料。