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TWI776705B - 金屬離子光能激發之纖維製造方法 - Google Patents

金屬離子光能激發之纖維製造方法 Download PDF

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TWI776705B
TWI776705B TW110137574A TW110137574A TWI776705B TW I776705 B TWI776705 B TW I776705B TW 110137574 A TW110137574 A TW 110137574A TW 110137574 A TW110137574 A TW 110137574A TW I776705 B TWI776705 B TW I776705B
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李幸勲
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Abstract

一種金屬離子光能激發之纖維製造方法，包含：將粒徑大小不超出48nm之乾燥的奈米銅粉末混合後加入至一纖維漿液中，以形成一第一混合液；將該第一混合液及一添加物混合攪拌並進行電化學反應，以形成一第二混合液，該添加物包含石墨烯、鍺離子及鋯離子的其中至少一種；對該第二混合液進行能量激發，以形成一混合材料；對該混合材料進行烘乾以去除所含水分；透過一抽絲設備由該混合材料中擠出至少一纖維紡絲；將該至少一纖維紡絲通過數個輥輪並進行拉伸；及對拉伸後的至少一纖維紡絲進行冷卻定型加工，以形成一纖維成品。

Description

金屬離子光能激發之纖維製造方法
本發明主要為一種金屬離子光能激發之纖維製造方法，特別是有關於一種以奈米級銅粉末，以及石墨烯、鍺離子及鋯離子的其中至少一種，經由混煉紡絲而成的金屬離子光能激發之纖維製造方法。
按，隨著人們生活水平提高及對健康意識的抬頭，具有抗菌防霉、除臭等效果的機能型紡織品愈來愈受到消費者及市場重視。習知包含金屬材料的機能型纖維製造方法，係可以將金屬材料與黏著劑混合後直接塗佈至纖維表面以製得具遠紅外線功能之纖維。
然而，上述習知纖維製造方法，由於黏著劑的黏性會隨著時間而削減，導致纖維表面的金屬材料含量也會日漸減少，進而降低由該纖維所製成的紡織品的遠紅外線效果。
有鑑於此，有必要提供一種金屬離子光能激發之纖維製造方法，以解決上述之問題。
本發明的目的在於提供一種金屬離子光能激發之纖維製造方法，係可以製造出具有遠紅外線功能之纖維者。
本發明的次一目的在於提供一種金屬離子光能激發之纖維製造方法，係可以製造出用以產生遠紅外線功能之添加物較不易脫落之纖維者。
為達成上述目的，本發明提供一種金屬離子光能激發之纖維製造方法，包含：將粒徑大小不超出48nm之乾燥的奈米銅粉末混合後加入至一纖維漿液中，以形成一第一混合液；將該第一混合液及一添加物置於一攪拌槽中混合攪拌，並進行電化學反應，以形成一第二混合液，該添加物包含一離子液體，且該離子液體中包含石墨烯、鍺離子及鋯離子的其中至少一種，並與該奈米銅粉末中的銅離子形成鏈結；對該第二混合液進行能量激發，以形成一混合材料；對該混合材料以介於100℃至150℃之間的溫度進行烘乾，以去除該混合材料所含水分；將烘乾後的混合材料輸入至一抽絲設備中，使該抽絲設備由該混合材料中擠出至少一纖維紡絲；將該至少一纖維紡絲通過數個輥輪，使該數個輥輪對該至少一纖維紡絲進行拉伸；及對拉伸後的至少一纖維紡絲進行冷卻定型加工，以形成一纖維成品。
在一些實施例中，對該第二混合液以輻射能或是輻射能搭配機械能之組合進行能量激發，以形成該混合材料。如此，係具有以不同能量激發該第二混合液，使其發出遠紅外線之功效。
在一些實施例中，對烘乾後的混合材料先進行遠紅外線特性檢測，以量測該混合材料的遠紅外線分光放射率是否不低於標準值，若量測結果為否，對該混合材料再次進行能量激發，才輸入至該抽絲設備中。如此，係具有使該混合材料發出足量的遠紅外線之功效。
在一些實施例中，對烘乾後的混合材料以輻射能或是輻射能搭配機械能之組合先進行能量激發，才輸入至該抽絲設備中。如此，係具有以不同能量激發該混合材料，使其發出遠紅外線功能之功效。
在一些實施例中，該添加物中具有數個熱可塑性聚氨酯膠粒，該抽絲設備的一出料口具有數個熱可塑性聚氨酯膠粒，該數個熱可塑性聚氨酯膠粒經由該抽絲設備熱熔融後，包覆於通過該出料口的至少一纖維紡絲的外環周面，以形成一包覆層，對該至少一纖維紡絲進行冷卻後，再使該至少一纖維紡絲通過該數個輥輪。如此，係可以在該纖維成品的外周環面形成具有黏性的表層之功效。
在一些實施例中，該添加物中具有數個熱可塑性聚氨酯膠粒，該抽絲設備的一出料口具有烘乾前的混合材料，該烘乾前的混合材料經由該抽絲設備熱熔融後，包覆於通過該出料口的至少一纖維紡絲的外環周面，以形成一包覆層，對該至少一纖維紡絲進行冷卻後，再使該至少一纖維紡絲通過該數個輥輪。如此，係可以在該纖維成品的外周環面形成具有黏性的表層之功效。
本發明的金屬離子光能激發之纖維製造方法具有下列特點：本發明將奈米銅粉末加入至纖維漿液中，以及添加石墨烯、鍺離子及鋯離子的其中至少一種添加物，並進行電化學反應及能量激發，使該添加物與該奈米銅粉末的銅離子產生鏈結而較不易脫落，並形成可發出遠紅外線的混合材料，隨後，對該混合材料進行烘乾、拉伸及冷卻定型加工，以形成具有遠紅外線功能的纖維成品。由於，該些添加物與該奈米銅粉末及該纖維漿液混煉形成，因此，該些添加物相較於習知工藝透過黏著劑黏著於纖維表面的方式，較不會容易產生脫落，再且，在能量激發的影響下，還可以進一步提高纖維的抗拉強度及伸長率，如此，本發 明金屬離子光能激發之纖維製造方法，係可以達到延長防臭抗菌、提升人體保健以及提高纖維抗拉強度及伸長率的功效。
1:攪拌槽
2:烘爐
3:抽絲設備
31:出料口
4:纖維紡絲
5:拉伸設備
51:輥輪
6:纖維成品
61:芯部
62:包覆部
7:冷卻設備
8:滾筒
9:冷卻設備
S1:原料混合步驟
S2:紡絲步驟
S21:能量激發步驟
S22:烘乾步驟
S23:拉伸步驟
S24:冷卻定型步驟
S25:檢測步驟
S26:包覆及冷卻步驟
[圖1]為本發明之金屬離子光能激發之纖維製造方法的步驟流程圖；[圖2]為本發明第一實施例之金屬離子光能激發之纖維的製造方法對應的設備系統圖；[圖3]為本發明第二實施例金屬離子光能激發之纖維的製造方法對應的設備系統圖；[圖4]為本發明之金屬離子光能激發之纖維的立體截面圖。
茲配合圖式將本發明實施例詳細說明如下，其所附圖式主要為簡化之示意圖，僅以示意方式說明本發明之基本結構，因此在該等圖式中僅標示與本發明有關之元件，且所顯示之元件並非以實施時之數目、形狀、尺寸比例等加以繪製，其實際實施時之規格尺寸實為一種選擇性之設計，且其元件佈局形態有可能更為複雜。
以下各實施例的說明是參考附加的圖式，用以例示本發明可據以實施的特定實施例。本發明所提到的方向用語，例如「上」、「下」、「前」、「後」、等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用以說明及理 解本申請，而非用以限制本申請。另外，在說明書中，除非明確地描述為相反的，否則詞語“包含”將被理解為意指包含所述元件，但是不排除任何其它元件。
請參照圖1所示，其係本發明金屬離子光能激發之纖維製造方法的較佳實施例，係包含：一原料混合步驟S1及一紡絲步驟S2。
該原料混合步驟S1用以將粒徑大小不超出48nm之乾燥的奈米銅粉末混合後加入至一纖維漿液中，以形成一第一混合液，在本實施例中，該纖維漿液係可以選自於由棉纖維、滌綸纖維、粘膠纖維、莫代爾纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、芳族聚醯胺纖維、聚醯胺纖維、聚對苯二甲酸乙二酯纖維、聚萘二甲酸乙二醇酯纖維、伸展鏈聚乙烯醇纖維、伸展鏈聚丙烯腈纖維、聚苯並惡唑纖維、聚苯並噻唑纖維、液晶共聚酯纖維、剛性杆纖維、玻璃纖維、結構級玻璃纖維及抗性級玻璃纖維中的至少一種纖維所組成。舉例而言，該奈米銅粉末(QF-NCu-35)的比表面積可以為30~70m2/g，松裝密度可以為0.15~0.35g/cm3，形狀可以為球形，惟不以此為限。
請一併參照圖2所示，該紡絲步驟S2包含一能量激發步驟S21、一烘乾步驟S22、一拉伸步驟S23及一冷卻定型步驟S24，其中，該能量激發步驟S21用以將該第一混合液及一添加物置於一攪拌槽1中混合攪拌，並進行電化學反應(Electrochemistry)，以形成一第二混合液。其中，該電化學反應為本發明所屬相關領域中具有通常知識者可以理解，在此不多加贅述。
該添加物包含一離子液體(Ionic liquid，IL)，且該離子液體中包含石墨烯(Graphene)、鍺離子(Ge Ion)及鋯離子(Zr Ion)的其中至少一種，並透過電化學反應與該奈米銅粉末中的銅離子(Cu Ion)形成鏈結，使該添加物較不易產生脫落。隨後，對該第二混合液進行能量激發，以形成可發出遠紅外光 的一混合材料。詳言之，該能量激發步驟S21係可以透過輻射能(Radiant Energy)，或是輻射能搭配機械能(Mechanical Energy)之組合，以對該第二混合液進行能量激發，以形成該混合材料。較佳地，該輻射能可以為不可見光(Invisible Light)，該機械能可以為動能(Kinetic Energy)。
具體而言，石墨烯具有紅外線吸收的功能，係屬於遠紅外線吸收材料，亦是屬於優良的遠紅外線輻射材料，可用於吸收外界的光能、動能等能量，並將其轉化為對人體有益的遠紅外光，以照射人體皮膚，係可以達到加速人體血液循環、新陳代謝、緩解疲勞、抗氧化等作用。另一方面，鍺離子與鋯離子亦可以發出遠紅外線，並可以具有抗菌、防止人體老化及改善人體體質等作用。
該烘乾步驟S22用以對該混合材料以介於100℃至150℃之間的溫度進行烘乾，以去除該混合材料所含水分。詳言之，該烘乾步驟S22係可以將該混合材料置於一烘爐2中進行該烘乾步驟S22，並將該烘爐2的溫度設定介於100℃至150℃之間。此外，該混合材料的烘乾時間可以設定為48小時，但不以此作為本發明的限制。
該拉伸步驟S23用以將烘乾後的混合材料輸入至一抽絲設備3中，使該抽絲設備3由該混合材料中擠出至少一纖維紡絲4。隨後，將該至少一纖維紡絲4通過具有數個輥輪51的拉伸設備5，使該數個輥輪51對該至少一纖維紡絲4進行拉伸。詳言之，該抽絲設備3可以對該混合材料進行熔融抽絲(Melt Spinning)，使由該抽絲設備3中擠出該至少一纖維紡絲4。該至少一纖維紡絲4可以集成為一纖維紡絲束，並經由該數個輥輪51拉伸，以控制該至少一纖維紡絲4的線徑大小成適合尺寸。
該冷卻定型步驟S24用以對拉伸後的至少一纖維紡絲4進行冷卻定型加工，以形成一纖維成品6。舉例而言，該冷卻定型步驟S24係可以透過如自然風冷或是水冷等方式，以一冷卻設備7對拉伸後的至少一纖維紡絲4進行冷卻降溫，以對該至少一纖維紡絲4的內部進行定型，並可以透過繞捲方式將該纖維成品6捲收於一滾筒8上。值得一提的是，該至少一纖維紡絲4進行冷卻降溫之後，還可以進一步透過另一拉伸設備5進行拉伸，係屬本發明相關領域中具有通常知識者可以理解。
在本發明金屬離子光能激發之纖維製造方法中，較佳地，還可以具有一檢測步驟S25，該檢測步驟S25用以對烘乾後的混合材料先進行遠紅外線特性檢測，以量測該混合材料的遠紅外線分光放射率是否不低於標準值，若量測結果為是，則不需要執行額外步驟；若量測結果為否，則對烘乾後的混合材料再次進行前述能量激發，才將該混合材料輸入至該抽絲設備3中。該能量激發係可以透過輻射能，或是輻射能搭配機械能之組合，以對該混合材料進行能量激發。較佳地，該輻射能可以為不可見光，該機械能可以為動能。
在本發明金屬離子光能激發之纖維製造方法中，較佳地，還可以具有一包覆及冷卻步驟S26，該包覆及冷卻步驟S26可用以在該能量激發步驟S21的添加物中加入數個熱可塑性聚氨酯膠粒(TPU)，意即，在該能量激發步驟S21係可以將該第一混合液、該離子液體及該數個熱可塑性聚氨酯膠粒一同置於該攪拌槽1中混合攪拌，並進行電化學反應，以形成該第二混合液。在一些實施例中，該熱可塑性聚氨酯膠粒可以為熱塑性聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯對苯二甲酸酯、聚醯胺、聚對苯二甲酸丁二酯、乙烯-醋酸、乙烯酯共聚合物 或尼龍。該第二混合液進行能量激發，以形成該混合材料，並以介於100℃至150℃之間的溫度進行烘乾，以去除該混合材料所含水分。
請參照圖2所示，在本發明金屬離子光能激發之纖維製造方法的第一實施例中，前述抽絲設備3的一出料口31係可以具有數個熱可塑性聚氨酯膠粒，該數個熱可塑性聚氨酯膠粒可以在該拉伸步驟S23時，經由該抽絲設備3熱熔融並部分或完全包覆於通過該出料口31的至少一纖維紡絲4的外環周面，以形成一包覆層。隨後，對該至少一纖維紡絲4以另一冷卻設備9進行冷卻後，再使該至少一纖維紡絲4通過該拉伸設備5，使該數個輥輪51對該至少一纖維紡絲4進行拉伸，並對拉伸後的至少一纖維紡絲4以該冷卻設備7再次進行冷卻定型加工，以形成該纖維成品6。
請參照圖3所示，在本發明金屬離子光能激發之纖維製造方法的第二實施例中，係可以另具有一攪拌槽1，該攪拌槽1中具有前述混合材料，並連接至前述抽絲設備3的出料口31，該混合材料可以在該拉伸步驟S23時，經由該抽絲設備3熱熔融並部分或完全包覆於通過該出料口31的至少一纖維紡絲4的外環周面，以形成一包覆層。隨後，對該至少一纖維紡絲4以另一冷卻設備9進行冷卻後，再使該至少一纖維紡絲4通過該拉伸設備5，使該數個輥輪51對該至少一纖維紡絲4進行拉伸，並對拉伸後的至少一纖維紡絲4以該冷卻設備7再次進行冷卻定型加工，以形成該纖維成品6。
在一些實施例中，該纖維成品6所包含的奈米銅粉末、石墨烯、鍺離子、鋯離子及熱可塑性聚氨酯膠粒的重量百分比，係可以如下列表一所示：
Figure 110137574-A0305-02-0010-1
Figure 110137574-A0305-02-0011-2
請參照圖4所示，其係本發明金屬離子光能激發之纖維，包含：一芯部61及一包覆部62，其中，該芯部61內部包含一纖維材料、粒徑大小不超出48nm之乾燥的奈米銅粉末，以及石墨烯、鍺離子及鋯離子的其中至少一種，並與該奈米銅粉末中的銅離子形成鏈結，其中，該纖維材料可以由上述纖維漿液所構成。較佳地，該芯部61內部還可以具有數個熱可塑性聚氨酯膠粒。在一些實施例中，該芯部61內部的奈米銅粉末、石墨烯、鍺離子、鋯離子及熱可塑性聚氨酯膠粒的重量百分比，係可以如上列表一所示。
該包覆部62環設於該芯部61的外環周面，在一實施例中，該包覆部62係由數個熱可塑性聚氨酯膠粒所組成；在另一實施例中，該包覆部62係由由數個熱可塑性聚氨酯膠粒、該纖維材料、該奈米銅粉末，以及該石墨烯、該鍺離子及該鋯離子的其中至少一種所組成。
承上所述，本發明金屬離子光能激發之纖維製造方法，係可以將奈米銅粉末加入至纖維漿液中，以及添加石墨烯、鍺離子及鋯離子的其中至少一種添加物，並進行電化學反應及能量激發，使該添加物與該奈米銅粉末的銅離子產生鏈結而較不易脫落，並形成可發出遠紅外線的混合材料，隨後，對該混合材料進行烘乾、拉伸及冷卻定型加工，以形成具有遠紅外線功能的纖維成品。由於，該些添加物與該奈米銅粉末及該纖維漿液混煉形成，因此，該些添加物相較於習 知工藝透過黏著劑黏著於纖維表面的方式，較不會容易產生脫落，再且，在能量激發的影響下，還可以進一步提高纖維的抗拉強度及伸長率，如此，本發明金屬離子光能激發之纖維製造方法，係可以達到延長防臭抗菌、提升人體保健以及提高纖維抗拉強度及伸長率的功效。
上述揭示的實施形態僅例示性說明本發明之原理、特點及其功效，並非用以限制本發明之可實施範疇，任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施形態進行修飾與改變。任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
S1:原料混合步驟
S2:紡絲步驟
S21:能量激發步驟
S22:烘乾步驟
S23:拉伸步驟
S24:冷卻定型步驟
S25:檢測步驟
S26:包覆及冷卻步驟

Claims (6)

  1. 一種金屬離子光能激發之纖維製造方法，包含：將粒徑大小不超出48nm之乾燥的奈米銅粉末混合後加入至一纖維漿液中，以形成一第一混合液；將該第一混合液及一添加物置於一攪拌槽中混合攪拌，並進行電化學反應，以形成一第二混合液，該添加物包含一離子液體，且該離子液體中包含石墨烯、鍺離子及鋯離子的其中至少一種，並與該奈米銅粉末中的銅離子形成鏈結；對該第二混合液進行能量激發，以形成一混合材料；對該混合材料以介於100℃至150℃之間的溫度進行烘乾，以去除該混合材料所含水分；將烘乾後的混合材料輸入至一抽絲設備中，使該抽絲設備由該混合材料中擠出至少一纖維紡絲；將該至少一纖維紡絲通過數個輥輪，使該數個輥輪對該至少一纖維紡絲進行拉伸；及對拉伸後的至少一纖維紡絲進行冷卻定型加工，以形成一纖維成品。
  2. 如請求項1所述之金屬離子光能激發之纖維製造方法，其中，對該第二混合液以輻射能或是輻射能搭配機械能之組合進行能量激發，以形成該混合材料。
  3. 如請求項1所述之金屬離子光能激發之纖維製造方法，其中，對烘乾後的混合材料先進行遠紅外線特性檢測，以量測該混合材料的遠紅外線分光放射率是否不低於標準值，若量測結果為否，對該混合材料再次進行能量激發，才輸入至該抽絲設備中。
  4. 如請求項3所述之金屬離子光能激發之纖維製造方法，其中，對烘乾後的混合材料以輻射能或是輻射能搭配機械能之組合先進行能量激發，才輸入至該抽絲設備中。
  5. 如請求項1所述之金屬離子光能激發之纖維製造方法，其中，該添加物中具有數個熱可塑性聚氨酯膠粒，該抽絲設備的一出料口具有數個熱可塑性聚氨酯膠粒，該數個熱可塑性聚氨酯膠粒經由該抽絲設備熱熔融後，包覆於通過該出料口的至少一纖維紡絲的外環周面，以形成一包覆層，對該至少一纖維紡絲進行冷卻後，再使該至少一纖維紡絲通過該數個輥輪。
  6. 如請求項1所述之金屬離子光能激發之纖維製造方法，其中，該添加物中具有數個熱可塑性聚氨酯膠粒，該抽絲設備的一出料口具有烘乾前的混合材料，該烘乾前的混合材料經由該抽絲設備熱熔融後，包覆於通過該出料口的至少一纖維紡絲的外環周面，以形成一包覆層，對該至少一纖維紡絲進行冷卻後，再使該至少一纖維紡絲通過該數個輥輪。
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