一種殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法與流程

本發(fā)明涉及纖維紡紗方法，更具體地說(shuō)，涉及一種殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法，形成材料在結(jié)構(gòu)和層次上的系統(tǒng)優(yōu)化，以提高纖維主體性價(jià)比。

背景技術(shù)：

生物基纖維簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是纖維的原材料來(lái)源于可再生生物質(zhì)，而非傳統(tǒng)的石油資源，在工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、工程制藥領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。殼聚糖纖維是其中一種較為成熟的種類。目前，中國(guó)生物基纖維得到了中國(guó)政府宏觀和行業(yè)各層微觀的支持和發(fā)展，前景非常廣闊，其制備科技，規(guī)模，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等處于國(guó)際領(lǐng)先。根據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)的研究報(bào)告，當(dāng)前開發(fā)中的生物高分子材料包括纖維素聚合物，生物基聚酯(pla、phb、ptt、pbt、pet等)、生物基聚酰胺(pall、pa6、pa66、pa69、pa610)、生物基聚乙烯、生物基聚丙烯、生物基pvc、生物基tpu以及淀粉基聚合物等，他們具有生物降解性，抗菌活性，和生物相容性等優(yōu)秀生物功能性能。

目前，國(guó)際服裝紡織市場(chǎng)越來(lái)越成熟，市場(chǎng)不斷被細(xì)分，競(jìng)爭(zhēng)也愈演愈烈。從而也促成了各種“快速”產(chǎn)業(yè)，比如“fastfashion”就是典型代表。這種商業(yè)模式以犧牲資源為代價(jià)，在生產(chǎn)、消費(fèi)和使用過程中產(chǎn)生龐大的廢料。而如何變廢為寶，不僅關(guān)系環(huán)保議題，更加涉及到社會(huì)的各個(gè)范疇。生物基產(chǎn)品恰好可以解決這一世界的難題。例如，現(xiàn)今將蝦蟹殼，昆蟲和真菌菌絲體外骨骼廢料通過紡絲程序制作成人造殼聚糖纖維。這種纖維具有可生物降解，無(wú)毒性，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，超強(qiáng)的吸收性能等優(yōu)點(diǎn)。這不僅賦予其服用功能，還使其在醫(yī)療等工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中得到廣泛運(yùn)用。但是，在其制備過程中會(huì)產(chǎn)生的二次污染，在其和纖維功能性上的取舍，需要更多的思考，進(jìn)一步的學(xué)習(xí)研究，和循序漸進(jìn)的優(yōu)化。除了殼聚糖纖維，生物基纖維還包括：具有阻燃和抗紫外線性能的聚乳酸纖維，具有天然抗菌抑菌功能的海藻酸鹽纖維，吸濕排汗的聚酰胺纖維等等。

上述生物基纖維在從原料選用到制備過程中，通過層層篩選，步步優(yōu)化，其中有一重要技術(shù)攻堅(jiān)為在如何在保留原料天然富有的特殊生物功能和其物理性能中取舍。在這個(gè)過程中，往往犧牲纖維的物理性能，例如纖維強(qiáng)度差，不耐高溫，易產(chǎn)生靜電，局限的后整理，價(jià)格高昂等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供一種殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中生物基纖維的強(qiáng)度差、不耐高溫、易產(chǎn)生靜電、局限的后整理、價(jià)格高昂等問題。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案為：提供一種殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法，包括如下步驟：

s1、使用不同的方法和后整參數(shù)，得到噴出的殼聚糖纖維絲；

s2、根據(jù)所述殼聚糖纖維絲的電學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)以及其形態(tài)和結(jié)構(gòu)，篩選與所述殼聚糖纖維性能互補(bǔ)的混紡纖維；

s3、優(yōu)化紗線中纖維的橫縱截面布局，優(yōu)化殼聚糖纖維在紗線中的位置形態(tài)，完成紗線在結(jié)構(gòu)和層次上的優(yōu)化。

在本發(fā)明提供的殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法中，所述步驟s1中還包括：根據(jù)所述殼聚糖纖維的合成材料、合成結(jié)構(gòu)、外形以及規(guī)格，設(shè)定殼聚糖纖維噴絲和后整參數(shù)。

在本發(fā)明提供的殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法中，所述步驟s2中，所述電學(xué)性質(zhì)指纖維中的電荷分布情況，所述力學(xué)性質(zhì)指纖維拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率。

在本發(fā)明提供的殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法中，所述步驟s3中，通過優(yōu)化所述殼聚糖纖維與所述混紡纖維的纖維長(zhǎng)度和直徑比例，使得纖維在橫縱截面的分布變化。

在本發(fā)明提供的殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法中，所述步驟s3中，通過優(yōu)化所述殼聚糖纖維與所述混紡纖維的紡紗方法，使得纖維在紗線橫縱截面的分布變化。

在本發(fā)明提供的殼聚糖纖維的紡紗優(yōu)化方法中，所述步驟s3中，通過優(yōu)化所述殼聚糖纖維與所述混紡纖維的紗線，通過織物結(jié)構(gòu)優(yōu)化纖維在織物中的效果。

實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果：

1)本發(fā)明解決的技術(shù)問題之一為殼聚糖纖維靜電高和強(qiáng)度差的缺點(diǎn)：通過與相反電性材料的混紡，改善生物基纖維纏繞紡紗皮輥現(xiàn)象，提高紗線質(zhì)量和降低損耗；

2)本發(fā)明解決的技術(shù)問題之二為針對(duì)殼聚糖纖維在紡紗過程中，受到正常機(jī)械牽引力后比同混紡纖維更易斷裂的特性，解釋纖維長(zhǎng)度和紡紗質(zhì)量的關(guān)系——通過優(yōu)化不同纖維長(zhǎng)度的配比來(lái)提高紡紗質(zhì)量；

3)本發(fā)明解決的技術(shù)問題之三為，通過改進(jìn)的紡紗技術(shù)，使價(jià)格昂貴的殼聚糖纖維在主體紗線中發(fā)揮其最大化的性能的排列；

4)本發(fā)明解決的技術(shù)問題之四為，通過針對(duì)殼聚糖纖維的紡紗系統(tǒng)優(yōu)化方法，得到在纖維材料、結(jié)構(gòu)和層次上不同的功能組合；

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)講，在無(wú)需付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為纖維結(jié)構(gòu)圖，其中，圖1(a)為生物基纖維殼聚糖；圖1(b)為不同方法和后整參數(shù)噴出的殼聚糖纖維絲；圖1(c)為電學(xué)、力學(xué)、形態(tài)和結(jié)構(gòu)篩選與殼聚糖纖維性能互補(bǔ)的混紡纖維；圖1(d)為優(yōu)化纖維橫縱截面布紗線的布局；圖1(e)為優(yōu)化殼聚糖纖維在紗線中的位置形態(tài)；

圖2為靜電序列原理圖；

圖3為殼聚糖纖維促細(xì)胞生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖3(a)為細(xì)胞存活率與殼聚糖的比例的關(guān)系；圖3(b)為細(xì)胞濃度與殼聚糖的比例的關(guān)系；圖3(c)為細(xì)胞濃度與殼聚糖的比例&細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間的關(guān)系；圖3(d)為細(xì)胞濃度與殼聚糖纖維的重量的關(guān)系；

圖4為殼聚糖纖維促老鼠傷口愈合實(shí)驗(yàn)結(jié)果；圖4(a)為不同殼聚糖含量的殼聚糖纖維對(duì)老鼠傷口愈合影響的結(jié)果照片，圖4(b)為不同殼聚糖含量的殼聚糖纖維對(duì)老鼠傷口愈合影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖，圖4(c)為不同殼聚糖含量的殼聚糖纖維的抗菌性能的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖；

圖5為不同混紡技術(shù)中纖維的分布模型：圖5(a)為在紗線矩陣中，纖維相互間的摩擦和拉伸情況；圖5(b)為在纖維共混法和拼條紡中，纖維方向上的向心力；圖5(c)為不同生物基纖維長(zhǎng)度和遷移系數(shù)對(duì)(a)纖維共混法紗線強(qiáng)度；(b)纖維共混法紗線的拉伸；(c)纖維拼條混法紗線強(qiáng)度；(d)纖維拼條混法纖維共混法紗線的拉伸的影響；

圖6為模擬場(chǎng)的建立。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

現(xiàn)有的針對(duì)生物基纖維可控性能的紡紗系統(tǒng)優(yōu)化方法，包括如下：

實(shí)施例1

通過了解生物基纖維10物理化學(xué)性質(zhì)，設(shè)定纖維噴絲和后整參數(shù)后獲得處理后的生物基纖維20，經(jīng)過電學(xué)、力學(xué)、形態(tài)和結(jié)構(gòu)篩選與殼聚糖纖維性能互補(bǔ)的混紡纖維30，優(yōu)化纖維橫縱截面布紗線的布局，優(yōu)化生物基纖維在主體紗線40中的位置、長(zhǎng)度、細(xì)度和電性中形成材料、結(jié)構(gòu)、層次和系統(tǒng)組成。該紡紗方法利用摩擦靜電理論選區(qū)不同電化學(xué)性能的纖維，有效地中和總體電荷的分布，在優(yōu)化的精確控制條件下形成紗線，實(shí)現(xiàn)生物基纖維的高利用率，從而最大限度地減少生產(chǎn)成本。圖2中以殼聚糖生物基纖維為例，與腈綸纖維混紡，舉例說(shuō)明原理。圖2中包括如下步驟(1)摩擦產(chǎn)電的過程；(2)帶不同電荷的纖維相互吸引(3)由于殼聚糖/腈綸混紡主體纖維的橫截面。此方法采用拉格朗日內(nèi)插方法，系統(tǒng)地分析生物基混紡紗線的物理機(jī)械性能，證明得到由于正電荷和負(fù)電荷的互補(bǔ)效應(yīng)，殼聚糖/腈綸混紡紗線強(qiáng)度高于殼聚糖/棉混紡紗。此紡織方法將靜電序列理論創(chuàng)新應(yīng)用于解決生物基纖維紡織中強(qiáng)靜電，高浪費(fèi)高成本的技術(shù)難題。此方法有望促進(jìn)生物基纖維在紡織工業(yè)和醫(yī)療行業(yè)中的使用。

實(shí)施例2

生物基纖維具有不同于人造纖維的生物功能，例如殼聚糖纖維具有促傷口愈合和抗菌的優(yōu)良生物功能。此處以殼聚糖纖維為例，此生物基纖維經(jīng)濕法紡絲技術(shù)制成，和棉紗/腈綸分別混紡成紗，來(lái)評(píng)測(cè)其在體外(纖維細(xì)胞)和體內(nèi)(動(dòng)物試驗(yàn))中的促傷口愈合作用和抗菌效果。此紡織方法通過系統(tǒng)地對(duì)其不同混紡比例，混紡纖維/紗線規(guī)格參數(shù)的調(diào)整，使得生物基混紡紗線在最優(yōu)生產(chǎn)性價(jià)比下，發(fā)揮最大的生物功能。例如，圖3為殼聚糖纖維促細(xì)胞生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，選用的殼聚糖纖維中殼聚糖的比例為0％、5％、10％，纖維重量選用0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g，細(xì)胞生長(zhǎng)情況的指標(biāo)為生存力和生長(zhǎng)速度。如圖3(a)所示，細(xì)胞生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)中，細(xì)胞存活率隨著殼聚糖的比例升高而升高；如圖3(b)所示，細(xì)胞濃度隨著殼聚糖的比例升高而升高；如圖3(c)所示，細(xì)胞濃度隨著殼聚糖的比例&細(xì)胞培養(yǎng)時(shí)間升高而升高；如圖3(d)所示，細(xì)胞濃度隨著殼聚糖纖維的重量升高而升高。

圖4為殼聚糖纖維促老鼠傷口愈合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖4(a)為不同殼聚糖含量的殼聚糖纖維對(duì)老鼠傷口愈合影響的結(jié)果照片，圖4(b)為不同殼聚糖含量的殼聚糖纖維對(duì)老鼠傷口愈合影響的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖，圖4(c)為不同殼聚糖含量的殼聚糖纖維的抗菌性能的統(tǒng)計(jì)結(jié)果圖，如圖4所示，殼聚糖生物基混紡紗線對(duì)其促細(xì)胞生長(zhǎng)、老鼠傷口愈合具有顯著促進(jìn)影響，并具有優(yōu)良的抗菌性能。在上述生物實(shí)驗(yàn)舉例說(shuō)明中，含4％殼聚糖纖維的殼聚糖/棉混紡織物已具有優(yōu)秀的抗菌性能(高于99％)，此結(jié)論將大大降低具有抗菌功能生物基混紡紗線的生產(chǎn)成本。

實(shí)施例3

生物基纖維在主體紗線或紡織材料中不同的分布參數(shù)，也將影響其物理化學(xué)性質(zhì)和生物功能的表現(xiàn)。所以如圖5和圖6所示，以其中一項(xiàng)殼聚糖混紡紗線為例，說(shuō)明此技術(shù)對(duì)最優(yōu)化紗線性能所作的改進(jìn)。在此例中，采用纖維混和拼條混法兩種不同的紡紗技術(shù)研究纖維長(zhǎng)度、混紡比例在環(huán)錠紡紗系統(tǒng)對(duì)紗線一系列性能的影響，例如紗線的拉伸強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、紗支、捻度和均勻度等。如圖6所示，紗線樣品中的纖維成分和纖維徑向分布，通過橫截面觀測(cè)確定，并建立了相應(yīng)的模型和計(jì)算其遷移指數(shù)。通過這樣的擬合模型分析，解釋纖維長(zhǎng)度、分布、紡紗方法和紡紗質(zhì)量的關(guān)系——通過優(yōu)化來(lái)提高紡紗質(zhì)量。通過此項(xiàng)技術(shù)，最優(yōu)的混紡殼聚糖纖維長(zhǎng)度被確定，生產(chǎn)成本得到降低。同時(shí)，通過與不同的混紡方法的結(jié)合，殼聚糖這一生物基混紡紗線將可以具有不同的性能表現(xiàn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)拓寬了其運(yùn)用范圍，可從醫(yī)療行業(yè)跨界到時(shí)尚功能性服裝設(shè)計(jì)。

實(shí)施例4

此項(xiàng)技術(shù)通過降低生物基紗線材料的生產(chǎn)成本，最優(yōu)化其化學(xué)物理性能和生物功能，使得更多的生物基材料可被運(yùn)用于臨床醫(yī)學(xué)、醫(yī)療材料和產(chǎn)品的開發(fā)和設(shè)計(jì)上。例如，此項(xiàng)技術(shù)使得殼聚糖這一生物基纖維在臨床研究中成為非常具有前途的傷口愈合材料，它將被廣泛運(yùn)用在病患的日常護(hù)理上，例如幫助大皰性表皮松解癥(縮寫：eb)患者及他們的家庭和醫(yī)務(wù)人員。目前，對(duì)eb的研究主要集中在其發(fā)病原因和治療方法上。卻鮮有研究如何在日常生活中減輕患者的病痛和防止傷口水皰的形成。此項(xiàng)技術(shù)將通過殼聚糖這一生物基纖維在紡織品工業(yè)化生產(chǎn)中的運(yùn)用，設(shè)計(jì)同時(shí)具有自動(dòng)痊愈傷口和抗菌功能、優(yōu)良舒適性和方便穿著的防護(hù)服裝，來(lái)減輕病癥所帶來(lái)的痛苦，解決eb患者對(duì)適合其日常護(hù)理防護(hù)服裝的需求。此技術(shù)不僅可運(yùn)用于減輕eb帶來(lái)的不便和疼痛，而且還開發(fā)得到更多的皮膚防護(hù)紡織品，用于治療燒傷，促進(jìn)傷口愈合等。

需要特殊說(shuō)明的是，以上技術(shù)方案僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外，在閱讀了本發(fā)明的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明做出改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣在本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍之內(nèi)。