基于聚丙烯纤维单向导湿纺织材料的制备与研究

来源 :上海工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:blueivan69
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纺织材料对人体-服装“微环境”的调节是衡量其热湿舒适性能的重要指标,良好的热湿舒适性能可以保持人体干爽舒适,给予人体良好的穿着体验。然而,棉、尼龙等传统的纺织品,虽然具有一定的吸湿排汗性能,但由于材料的两侧表现出相同的湿润性能,使得水分难以在其中单方向传导并且快速蒸发。因此,设计制备具有单向导湿性能的纺织材料具有重要意义。单向导湿纺织材料可将人体分泌的汗液从内侧向外侧单方向传导,并且在材料外表面快速蒸发。具有Janus结构的纺织材料,在其两侧具有相反的润湿差异性,水分受到两侧润湿性的协同作用,材料可以表现出流体“二极管”特性,促使液体在材料中的单方向传导,对于导湿快干功能性纺织材料的开发具有重要意义。本课题围绕单向导湿纺织材料的制备与性能展开研究,以聚丙烯(PP)纤维材料为核心,利用Janus导湿模型以及多种制备手段设计制备单向导湿复合纤维材料。通过层层优化制备了具有三明治结构的单向导湿纤维材料(TPP/Cotton mesh/TPAN-Si O2)、复合等离子体-多巴胺处理聚丙烯纤维层/棉织物(DPP/DCotton)双层单向导湿纤维材料、聚丙烯酸改性聚丙烯层/亲水层(TPPNW-AAc/PAN-Al2O3)单向导湿纤维材料、高效导湿快干纤维材料(HPPNW-Ag/PVDF)本课题的研究总结如下:(1)应用两种静电纺丝技术制备复合纤维膜骨架,其中使用熔融静电纺丝技术制备PP纤维层,在PP层表面利用溶液静电纺丝的方法制备一层混合有亲水性二氧化硅的聚丙烯腈纳米纤维膜(PAN-Si O2)。将复合纤维膜骨架浸渍在碱性多巴胺的水溶液中,既改善了PP纤维层的润湿性,又进一步提高了PAN-Si O2的亲水快干性能,使得复合纤维膜表现出良好的单向导湿性能。研究结果表明:经过多巴胺碱性水溶液处理后,双层纤维膜(TPAN-Si O2/TPP)的AOTI值可从-330%提升至852%,表现出了良好的单向导湿性能;在TPP层与TPAN-Si O2层之间加入棉网(Cotton mesh),TPP/Cotton mesh/TPAN-Si O2的单向导湿系数(AOTI)最大可以达到1071%,并且复合纤维材料中TPP层的含水量几乎为零,表现出良好的单向导湿性能。(2)首先利用熔融静电纺丝技术在高密棉织物(Cotton)表面沉积一层PP纤维层得到PP/Cotton双层纤维材料;利用复合等离子体-多巴胺碱性水溶液对PP/Cotton纤维材料进行处理,制备得到DPP/DCotton。研究结果表明:初始的PP/Cotton纤维材料的AOTI值为-830.8%,水分不能有效的在材料中传导,经过复合等离子体-多巴胺碱性水溶液处理后,AOTI值最高可以达到1103.1%,表现出良好的单向导湿性能。(3)为改善PP无纺布(PPNW)的润湿性能,促进水分快速通过。分别利用10wt%,20wt%,30wt%以及40wt%的丙烯酸(AAc)对PPNW表面进行化学接枝处理,并复合亲水层(PAN-Al2O3)制备得到单向导湿复合纤维材料;研究不同AAc浓度对PPNW润湿性能的以及TPPNW-AAc/PAN-Al2O3双层纤维材料单向导湿性能的影响。研究结果表明:当AAc浓度为20wt%时,PP纤维层润湿改性得到改善,并且保持了两层之间的润湿差异性,最终表现出了良好的单向导湿性能,AOTI值可以达到870%。(4)以PPNW为基础支撑结构,对其进行表面金属化处理(PPNW-Ag),在其表面形成导电网络结构;利用涂层处理工艺将PAN和Si O2纳米颗粒的混合物的涂层覆盖在加热元件上,而后进行水解处理,使得纤维材料(HPPNW-Ag)表现出良好的亲水润湿性。为了实现水分在其中的单向传导,利用静电喷雾法,将聚偏二氟乙烯(PVDF)沉积在HPPNW-Ag的一侧,在材料两侧构建的润湿差异,最终实现单向导湿的功能。研究结果表明:当纤维材料两端施加5V电压时,材料表面温度最高可达76.1℃,水分蒸发速率可达3.42g/h,水分可以在材料中单向传导,表现出良好的单向导湿性能。
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