CN110205820B - 一种功能纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种功能纤维及其制备方法，制备方法为：将带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维在溶剂中浸泡处理后，在其表面聚合形成聚合物膜制得功能纤维，带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维是通过将皮层原料和芯层原料熔融后通过喷丝孔内设有辐条的皮芯型喷丝板纺丝得到的，最终制得的功能纤维主要由中空纤维、位于中空纤维内部的功能粒子以及包覆在中空纤维表面的聚合物膜组成。本发明的一种功能纤维的制备方法，通过使纤维的表面聚合形成聚合物膜，保证了纤维中功能粒子的稳定存在，在聚合后对纤维进行牵伸，能够在提高纤维的力学性能的同时，还可以拉细纤维的中空结构，使纤维芯层中的功能粒子排列的更加密实和有序，易于功能网络的导通。

Description

一种功能纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于功能纤维技术领域，涉及一种功能纤维及其制备方法。
背景技术
近年来，随着科学技术的不断进步和人们生活水平的日益提高，环保、安全和健康的消费理念逐渐深入人心，人们对纺织品的要求已经不仅仅局限于遮体防寒、保暖、装饰等基本属性，还更加注重面料的舒适性、功能性和保健性，进而一些功能纺织品逐渐走进了大众的视野。所谓功能纺织品是指纺织品除具有保暖和遮盖等属性外还具有某些特殊功能，如防静电、阻燃、防紫外线、自清洁、电磁屏蔽和抗菌消臭等。功能纺织品顺应当前纺织面料“舒适化、时尚化、环保化、多元化、多功能化”的发展趋势，适应了人们追求健康、舒适、生态的期望，日益受到消费者的青睐，提高了纺织产品的档次和附加值，逐渐成为当今纺织产品开发的主流和趋势，而对于功能纺织品的需求则立足于功能纤维的发展。
目前，功能纤维的研发主要是通过涂覆、表面镀层以及共混功能粒子等方式赋予纤维特殊的特性，此类方法中存在功能粒子易脱落、功能粒子分布不均匀以及功能网络间断等问题，如Wang,Yiqun等通过将石墨烯纳米片(GNP)/超高分子量聚乙烯(UHMWPE)制备成复合材料，说明了通过共混的方式制备导电纤维存在导电网络难以形成的问题；Rujun Ma等将银纳米颗粒和聚氨酯共混复合，发现了功能粒子分布不均匀和导电网络中断的问题；宋昌元等也明确指出将石墨烯涂覆在纤维表面所存在的问题，包括石墨烯在溶剂中的分散性以及与纤维基体的界面相容性会直接影响到涂层的均匀性以及与基体的结合牢度，从而使功能纤维的效果大打折扣。因此，如何使纤维上的功能粒子稳定存在且功能网络呈现导通结构便成为功能纤维的重要研究方向。
因此，研究一种功能粒子能够稳定存在、功能粒子分布有序以及功能网络呈现导通结构的功能纤维及其制备方法具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的功能粒子易脱落、功能粒子分布不均匀以及功能网络间断的问题，提供一种功能纤维及其制备方法，具体是通过在功能纤维表面设置有包覆层的存在，保证了纤维中功能粒子的稳定存在，又通过在纺丝过程中设置有两道牵伸工序，能够使纤维的纤度更小，进而能够使纤维芯层中功能粒子排列的更加密实和有序，易于功能网络的导通。
为达到上述目的，本发明采用的方案如下：
一种功能纤维的制备方法，将带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维在溶剂中浸泡处理后，在其表面聚合形成聚合物膜制得功能纤维；
带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维是通过将皮层原料和芯层原料熔融后通过皮芯型喷丝板纺丝得到的，其中，皮层原料主要为皮层聚合物，芯层原料主要由功能粒子和芯层聚合物组成，皮芯型喷丝板的喷丝孔中供皮层原料和芯层原料通过的部分分别为皮层通孔和芯层通孔，喷丝孔中设有1个以上相交的辐条，辐条为实心长条，长度方向平行于喷丝孔的轴向，辐条主要位于芯层通孔内，其中一辐条连接到皮层通孔内壁，辐条有且只能有一根连接到皮层通孔内壁，多了会将纤维分成几瓣；
溶剂为芯层聚合物的良溶剂，同时为皮层聚合物的非良溶剂；
喷丝孔中设置辐条，熔体从喷丝孔挤出时会形成与辐条数量、尺寸、位置相同的孔槽，由于其中一辐条连接到皮层通孔内壁，因此纤维中一孔槽的槽口位于皮芯型复合纤维的表面，溶剂能够从该位置进入纤维内部，由于各辐条相交，因此纤维内的孔槽相互连通，溶剂能够进入所有的孔槽；
带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维在溶剂中浸泡时，溶剂通过孔槽进入纤维内部，在加热或不加热条件下，能够溶解带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维的芯层，而不破坏皮层，虽然芯层的去除会降低纤维的强度，但是会降低纤维的质量，并且芯层溶解之后，纤维就类似于中空结构，而中空结构中也包含功能粒子，具有中空纤维的优点和具有功能粒子具有的功能，芯层去除后功能粒子难以稳定地固定在中空纤维内部，因而需要外包聚合物膜，本发明的保护范围不限于此，其他能够防止功能粒子从纤维内部脱离的方法都可用于本发明。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种功能纤维的制备方法，喷丝孔的横截面为圆形，直径为15～150μm，芯层通孔的横截面为三角形、矩形、椭圆形、半圆形或梯形，芯层通孔的横截面面积占喷丝孔横截面面积的70％以下。
如上所述的一种功能纤维的制备方法，辐条的数量为3～5根，辐条交于一点，整体呈辐射状分布，辐条设计成辐射状使得形成的孔槽也为辐射状，辐射状的孔槽有利于溶剂进入纤维内部，也有利于溶剂溶解芯层聚合物后偶从纤维内部流出，交点为圆形，圆形直径为5.77～20μm，辐条的长度即从辐条交点辐射到辐条终端的尺寸为5～50μm，辐条的宽度即在喷丝板截面内垂直于辐条长度方向的尺寸为5～10μm。
如上所述的一种功能纤维的制备方法，芯层原料中功能粒子的质量含量为1～50wt％，芯层原料是通过将芯层聚合物与功能粒子共同投放到密炼机或双螺杆中进行共混得到的；
纺丝前，将各组分在温度为70～180℃的条件下真空干燥2～24h，温度过低会干燥不彻底，温度过高会发生降解；
纺丝时，芯层原料和皮层原料的质量比为40:60～80:20，芯层含量过低会降低负载率，导致功能效果太差，芯层太高会导致皮层含量低，强度不够；
纺丝过程包含牵伸工序，纤维芯层中的粒子在溶解过程会有逸出，而牵伸的目的之一就是为了防止逸出，虽然逸出依然会存在，但是逸出的量不会太多，牵伸会拉细纤维，将纤维芯层中的功能粒子填充地密实，进而可以减弱纤维芯层在溶解过程的功能粒子的逸出，牵伸的目的之二是为了赋予纤维一定的强力；
纺丝工艺参数为：纺丝温度150～380℃，纺丝温度波动范围±1℃，纺丝压力6～50MPa，牵伸倍数1.5～2倍，纺丝速度1000～6000m/min。
如上所述的一种功能纤维的制备方法，浸泡处理的温度≤120℃，时间为2～24h，浸泡温度超过120℃可能会软化或融化皮芯材料，时间太短会导致芯层溶解不彻底，浸泡过程中，溶剂通过孔槽进入到纤维内部，在不加热或低于120℃加热条件下，使芯层聚合物溶解，芯层中的功能粒子沉淀在复合纤维的皮层内表面，得到初级功能纤维；
皮层聚合物、芯层聚合物和溶剂对应为P1、X1和R1，或者为P2、X2和R2，或者为P1、X3和R3，或者为P3、X4和R4，或者为P1、X5和R5，其中，P1为聚乙烯和/或聚丙烯，P2为聚乙烯、聚酰胺和聚丙烯中的一种以上，P3为聚酯、聚乙烯和聚丙烯中的一种以上，X1为聚酯，X2为聚乳酸，X3为聚丙烯腈和/或聚酯，X4为聚酰胺，X5为聚偏氟乙烯和/或聚酯，R1为苯酚四氯乙烷溶液，R2为二氯乙烷，R3为DMF和/或DMSO，R4为苯酚、甲酚和甲酸中的一种以上，R5为丙酮和/或四氢呋喃。
如上所述的一种功能纤维的制备方法，功能粒子的平均粒径为10nm～10μm；功能粒子为石墨烯、碳纳米管、纳米金属粒子、金属粉末、金属氧化物、纳米氮化硅、碳化硅、纳米硅、云母粉和钛酸钡中的一种以上。
如上所述的一种功能纤维的制备方法，纳米金属粒子为纳米Pt、纳米Au、纳米Fe、纳米Ge、纳米Cu、纳米Ag、纳米Cr和纳米合金中的一种以上；金属粉末为铁粉、银粉、镍粉和铜粉中的一种以上；金属氧化物为氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化锡和氧化锆中的一种以上。
如上所述的一种功能纤维的制备方法，聚合采用溶胶-凝胶法；聚合物膜的材质为聚苯胺、聚多巴胺、牛血清蛋白、聚己内酯或聚四氢呋喃醚二醇；聚合物膜的厚度为1～15μm；聚合后对纤维进行牵伸，牵伸的倍数为1.2～3倍，牵伸的目的的是为了使纤维取向以提高纤维的力学性能，也为了拉细纤维的中空结构，使纤维芯层中的功能粒子排列的更加密实和有序，易于功能网络的导通。
如上任一项所述的一种功能纤维的制备方法制得的功能纤维，主要由中空纤维、位于中空纤维内部的功能粒子以及包覆在中空纤维表面的聚合物膜组成。
如上所述的功能纤维，中空纤维内部功能粒子的填充率为85％～99％，功能纤维的功能粒子负载率为3％～15％，卷曲数为6～15个/25mm，卷曲率为15％～30％，卷曲弹性率为75％～95％。中空纤维内部功能粒子的填充率是指中空结构中功能粒子所占有的体积占整个中空体积的百分比；功能纤维的功能粒子负载率是指功能纤维中功能粒子质量占纤维总质量的百分比；卷曲数指单根纤维在25mm内的全部卷曲峰或全部卷曲谷个数；卷曲率指具有卷曲的纤维的伸直长度L与卷曲长度L0之差数(L-L0)对伸直长度L的百分率。
有益效果：
(1)本发明的一种功能纤维的制备方法，将带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维在溶剂中浸泡处理，使其表面聚合形成聚合物膜，保证了纤维中功能粒子的稳定存在；
(2)本发明的一种功能纤维的制备方法，在纺丝过程中设置有牵伸工序，能够防止纤维芯层中的粒子的逸出，并拉细纤维，将纤维芯层中的功能粒子填充得密实，此外还可以赋予纤维一定的强力；聚合后对纤维进行牵伸，能够使纤维取向，进而提高纤维的力学性能，拉细纤维的中空结构，使纤维芯层中的功能粒子排列得更加密实和有序，易于功能网络的导通；
(3)本发明的一种功能纤维的制备方法，通过溶剂溶解芯层得到的高聚物溶液可以进行回收处理，溶剂和芯层聚合物均可二次利用；
(4)本发明的方法制备得到的一种功能纤维，功能纤维的皮层结构由于为非对称结构，可以提供优异的三维卷曲性能；
(5)本发明的方法制备得到的一种功能纤维，较现有技术中的功能纤维特殊功能效果更加明显。
附图说明
图1为皮芯型功能纤维截面图；
图2为包覆功能粒子纤维截面图；
图3为形成包覆层后的纤维截面图；
图4为喷丝孔截面图；
其中，1-皮层，2-芯层，3-功能粒子，4-包覆层，5-辐条，6-孔槽中心。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种功能纤维的制备方法，主要步骤如下：
(1)制备芯层原料：将质量含量为1wt％的石墨烯功能粒子分散至聚酯中，然后投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到芯层原料，其中，石墨烯的平均粒径为100nm；
(2)制备皮芯型复合纤维：将皮层原料聚乙烯和芯层原料投放到熔融复合纺丝机中，熔融后通过皮芯型喷丝板纺丝得到；皮芯型复合纤维存在孔槽结构，孔槽结构以提供溶液浸润通道溶解芯层聚合物，孔槽结构如图1所示，孔槽中心6部分为中空圆形；纺丝前，将皮层组分在温度为70℃的条件下干燥12h，将芯层组分在温度为130℃的条件下真空干燥24h；纺丝时，芯层原料和聚乙烯的质量比为40:60；纺丝过程包含牵伸工序；纺丝工艺参数为：纺丝温度250℃，纺丝温度波动范围±1℃，纺丝压力6MPa，牵伸倍数2倍，纺丝速度1000m/min；
如图4所示，皮芯型喷丝板的喷丝孔的横截面为圆形，直径为15μm，喷丝孔中供皮层原料和芯层原料通过的部分分别为皮层通孔和芯层通孔，芯层通孔的横截面为三角形，芯层通孔的横截面面积占喷丝孔横截面面积的65％，喷丝孔中设有3根辐条5，辐条为实心长条，长度方向垂直于喷丝孔的轴向，辐条主要位于芯层通孔内，有1根辐条连接到皮层通孔内壁；辐条交于一点，整体呈辐射状分布，辐条的宽度为5μm，长度为5μm；
(3)溶解纤维芯层：将制备得到的皮芯型复合纤维浸泡在溶剂为质量比1:1的苯酚四氯乙烷混合溶液中，利用纤维孔槽，使苯酚四氯乙烷溶液浸入到纤维内部，在60℃的温度下浸泡处理2h后，使聚酯溶解，使芯层2中的石墨烯沉淀在复合纤维的皮层1内表面，得到初级功能纤维，截面如图2所示；
(4)纤维包覆层4的制备：将所制备的初级功能纤维表面经过溶胶－凝胶法制备聚苯胺膜包覆层以保证功能粒子3的稳定存在，膜的厚度为1μm，形成包覆层后的纤维截面如图3所示，聚合后对纤维进行牵伸，牵伸的倍数为1.2倍，进而得到功能纤维。
最终制得的功能纤维，主要由中空纤维、位于中空纤维内部的石墨烯以及包覆在中空纤维表面的聚苯胺膜组成。中空纤维内部石墨烯的填充率为85％，功能纤维的石墨烯负载率为3％，卷曲数为6个/25mm，卷曲率为15％，卷曲弹性率为75％。
实施例2
一种功能纤维的制备方法，主要步骤如下：
(1)制备添加有功能粒子的聚酯：将质量含量为50wt％的碳纳米管功能粒子溶解至聚酯中，然后投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到芯层原料，碳纳米管的平均粒径为100nm；
(2)制备皮芯型复合纤维：将皮层原料聚丙烯和芯层原料投放到熔融复合纺丝机中，熔融后通过皮芯型喷丝板纺丝得到；纺丝前，将皮层组分在温度为110℃的条件下干燥12h，将芯层组分在温度为180℃的条件下真空干燥2h；纺丝时，芯层原料和聚丙烯的质量比为80:20；纺丝过程包含牵伸工序；纺丝工艺参数为：纺丝温度280℃，纺丝温度波动范围±1℃，纺丝压力50MPa，牵伸倍数2倍，纺丝速度3000m/min；
其中，皮芯型喷丝板的喷丝孔的横截面为圆形，直径为150μm，喷丝孔中供皮层原料和芯层原料通过的部分分别为皮层通孔和芯层通孔，芯层通孔的横截面为矩形，芯层通孔的横截面面积占喷丝孔横截面面积的68％，喷丝孔中设有5根辐条，辐条为实心长条，长度方向平行于喷丝孔的轴向，辐条主要位于芯层通孔内，有1根辐条连接到皮层通孔内壁；辐条交于一点，整体呈辐射状分布，辐条的宽度为10μm，长度为50μm；
(3)溶解纤维芯层：将制备得到的皮芯型复合纤维浸泡在溶剂为质量比1:1的苯酚四氯乙烷混合溶液中，利用纤维孔槽，使溶剂浸入到纤维内部，在50℃的温度下浸泡处理4h后，使聚酯溶解，使芯层中的碳纳米管沉淀在复合纤维的皮层内表面，得到初级功能纤维；
(4)纤维包覆层的制备：将所制备的初级功能纤维表面经过溶胶－凝胶法制备聚多巴胺膜包覆层以保证碳纳米管的稳定存在，膜的厚度为15μm，聚合后对纤维进行牵伸，牵伸的倍数为3倍，进而得到功能纤维。
最终制得的功能纤维，主要由中空纤维、位于中空纤维内部的碳纳米管以及包覆在中空纤维表面的聚多巴胺膜组成。中空纤维内部碳纳米管的填充率为99％，功能纤维的碳纳米管负载率为15％，卷曲数为15个/25mm，卷曲率为30％，卷曲弹性率为95％。
实施例3～34
一种功能纤维的制备方法，基本同实施例2，不同之处在于皮层聚合物、芯层聚合物、功能粒子和溶剂的种类，具体种类及对应最终制得的功能纤维的性能如表1所示：
表1
Figure BDA0002046440190000061
Figure BDA0002046440190000071
Figure BDA0002046440190000081
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Figure BDA0002046440190000121
实施例35
一种功能纤维的制备方法，主要步骤如下：
(1)制备添加有功能粒子的芯层原料：将质量含量为20wt％的碳纳米管溶解至聚酯中，然后投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到芯层原料，碳纳米管的平均粒径为10μm；
(2)制备皮芯型复合纤维：将聚乙烯和芯层原料投放到熔融复合纺丝机中，熔融后通过皮芯型喷丝板纺丝得到；纺丝前，纺丝前，将皮层组分在温度为70℃的条件下干燥12h，将各组分在温度为140℃的条件下真空干燥12h；纺丝时，芯层原料和聚乙烯的质量比为30:70；纺丝过程包含牵伸工序；纺丝工艺参数为：纺丝温度260℃，纺丝温度波动范围±1℃，纺丝压力25MPa，牵伸倍数1.5倍，纺丝速度3000m/min；
其中，皮芯型喷丝板的喷丝孔的横截面为圆形，直径为120μm，喷丝孔中供皮层原料和芯层原料通过的部分分别为皮层通孔和芯层通孔，芯层通孔的横截面为椭圆形，芯层通孔的横截面面积占喷丝孔横截面面积的68％，喷丝孔中设有4根辐条，辐条为实心长条，长度方向平行于喷丝孔的轴向，辐条主要位于芯层通孔内，有1根辐条连接到皮层通孔内壁；辐条交于一点，整体呈辐射状分布，辐条的宽度为7μm，长度为35μm；
(3)溶解纤维芯层：将制备得到的皮芯型复合纤维浸泡在丙酮中，利用纤维孔槽，使溶剂浸入到纤维内部，在65℃的温度下浸泡处理20h后，使聚酯溶解，使芯层中的碳纳米管沉淀在复合纤维的皮层内表面，得到初级功能纤维；
(4)纤维包覆层的制备：将所制备的初级功能纤维表面经过溶胶－凝胶法制备牛血清蛋白膜包覆层以保证功能粒子的稳定存在，膜的厚度为8μm，聚合后对纤维进行牵伸，牵伸的倍数为3倍，进而得到功能纤维。
最终制得的功能纤维，主要由中空纤维、位于中空纤维内部的碳纳米管以及包覆在中空纤维表面的牛血清蛋白膜组成。中空纤维内部碳纳米管的填充率为85％～99％，功能纤维的碳纳米管负载率为10％，卷曲数为8个/25mm，卷曲率为17％，卷曲弹性率为75％。
实施例36
一种功能纤维的制备方法，主要步骤如下：
(1)制备添加有功能粒子的芯层原料：将质量含量为25wt％的碳纳米管溶解至聚酯中，然后投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到芯层原料，碳纳米管的平均粒径为10μm；
(2)制备皮芯型复合纤维：将聚乙烯和芯层原料投放到熔融复合纺丝机中，熔融后通过皮芯型喷丝板纺丝得到；纺丝前，将各组分在温度为100℃的条件下真空干燥12h；纺丝时，芯层原料和聚乙烯的质量比为30:70；纺丝过程包含牵伸工序；纺丝工艺参数为：纺丝温度270℃，纺丝温度波动范围±1℃，纺丝压力25MPa，牵伸倍数1.5倍，纺丝速度3000m/min；
其中，皮芯型喷丝板的喷丝孔的横截面为圆形，直径为120μm，喷丝孔中供皮层原料和芯层原料通过的部分分别为皮层通孔和芯层通孔，芯层通孔的横截面为半圆形，芯层通孔的横截面面积占喷丝孔横截面面积的66％，喷丝孔中设有4根辐条，辐条为实心长条，长度方向平行于喷丝孔的轴向，辐条主要位于芯层通孔内，有1根辐条连接到皮层通孔内壁；辐条交于一点，整体呈辐射状分布，辐条的宽度为7μm，长度为35μm；
(3)溶解纤维芯层：将制备得到的皮芯型复合纤维浸泡在丙酮中，利用纤维孔槽，使溶剂浸入到纤维内部，在70℃的温度下浸泡处理20h后，使聚酯溶解，使芯层中的碳纳米管沉淀在复合纤维的皮层内表面，得到初级功能纤维；
(4)纤维包覆层的制备：将所制备的初级功能纤维表面经过溶胶－凝胶法制备聚己内酯膜包覆层以保证功能粒子的稳定存在，膜的厚度为8μm，聚合后对纤维进行牵伸，牵伸的倍数为3倍，进而得到功能纤维。
最终制得的功能纤维，主要由中空纤维、位于中空纤维内部的碳纳米管以及包覆在中空纤维表面的聚己内酯膜组成。中空纤维内部碳纳米管的填充率为88％，功能纤维的碳纳米管负载率为11％，卷曲数为10个/25mm，卷曲率为20％，卷曲弹性率为82％。
实施例37
一种功能纤维的制备方法，主要步骤如下：
(1)制备添加有功能粒子的芯层原料：将质量含量为15wt％的碳纳米管溶解至聚酯中，然后投放到密炼机或双螺杆中进行共混，混合均匀得到芯层原料，碳纳米管的平均粒径为10μm；
(2)制备皮芯型复合纤维：将聚丙烯和芯层原料投放到熔融复合纺丝机中，熔融后通过皮芯型喷丝板纺丝得到；纺丝前，将各组分在温度为100℃的条件下真空干燥12h；纺丝时，芯层原料和聚丙烯的质量比为30:70；纺丝过程包含牵伸工序；纺丝工艺参数为：纺丝温度240℃，纺丝温度波动范围±1℃，纺丝压力25MPa，牵伸倍数1.5倍，纺丝速度3000m/min；
其中，皮芯型喷丝板的喷丝孔的横截面为圆形，直径为120μm，喷丝孔中供皮层原料和芯层原料通过的部分分别为皮层通孔和芯层通孔，芯层通孔的横截面为梯形，芯层通孔的横截面面积占喷丝孔横截面面积的68％，喷丝孔中设有4根辐条，辐条为实心长条，长度方向平行于喷丝孔的轴向，辐条主要位于芯层通孔内，有1根辐条连接到皮层通孔内壁；辐条交于一点，整体呈辐射状分布，辐条的宽度为7μm，长度为35μm；
(3)溶解纤维芯层：将制备得到的皮芯型复合纤维浸泡在丙酮中，利用纤维孔槽，使溶剂浸入到纤维内部，在100℃的温度下浸泡处理4h后，使聚酯溶解，使芯层中的碳纳米管沉淀在复合纤维的皮层内表面，得到初级功能纤维；
(4)纤维包覆层的制备：将所制备的初级功能纤维表面经过溶胶－凝胶法制备聚四氢呋喃醚二醇膜包覆层以保证功能粒子的稳定存在，膜的厚度为8μm，聚合后对纤维进行牵伸，牵伸的倍数为3倍，进而得到功能纤维。
最终制得的功能纤维，主要由中空纤维、位于中空纤维内部的碳纳米管以及包覆在中空纤维表面的聚四氢呋喃醚二醇膜组成。中空纤维内部碳纳米管的填充率为87％，功能纤维的碳纳米管负载率为12％，卷曲数为10个/25mm，卷曲率为21％，卷曲弹性率为87％。

Claims (10)

1.一种功能纤维的制备方法，其特征是：将带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维在溶剂中浸泡处理后，在其表面聚合形成聚合物膜制得功能纤维；
带孔槽且含功能粒子的皮芯型复合纤维是通过将皮层原料和芯层原料熔融后通过皮芯型喷丝板纺丝得到的，其中，皮层原料主要为皮层聚合物，芯层原料主要由功能粒子和芯层聚合物组成，皮芯型喷丝板的喷丝孔中供皮层原料和芯层原料通过的部分分别为皮层通孔和芯层通孔，喷丝孔中设有1个以上相交的辐条，辐条为实心长条，长度方向垂直于喷丝孔的轴向，辐条主要位于芯层通孔内，其中一辐条连接到皮层通孔内壁；
溶剂为芯层聚合物的良溶剂，同时为皮层聚合物的非良溶剂。
2.根据权利要求1所述的一种功能纤维的制备方法，其特征在于，喷丝孔的横截面为圆形，直径为15~150μm，芯层通孔的横截面为三角形、矩形、椭圆形、半圆形或梯形，芯层通孔的横截面面积占喷丝孔横截面面积的70%以下。
3.根据权利要求1所述的一种功能纤维的制备方法，其特征在于，辐条的数量为3~5根，辐条交于一点，整体呈辐射状分布，辐条的长度即从辐条交点辐射到辐条终端的尺寸为5~50μm，辐条的宽度即在喷丝板截面内垂直于辐条长度方向的尺寸为5~10μm。
4.根据权利要求1所述的一种功能纤维的制备方法，其特征在于，芯层原料中功能粒子的质量含量为1~50wt%；
纺丝前，将各组分在温度为70~180℃的条件下真空干燥2~24h；
纺丝时，芯层原料和皮层原料的质量比为40:60~80:20；
纺丝过程包含牵伸工序；
纺丝工艺参数为：纺丝温度150~380℃，纺丝温度波动范围±1℃，纺丝压力6~50MPa，牵伸倍数1.5~2倍，纺丝速度1000~6000m/min。
5.根据权利要求1所述的一种功能纤维的制备方法，其特征在于，浸泡处理的温度≤120℃，时间为2~24h；
皮层聚合物、芯层聚合物和溶剂对应为P1、X1和R1，或者为P2、X2和R2，或者为P1、X3和R3，或者为P3、X4和R4，或者为P1、X5和R5，其中，P1为聚乙烯和/或聚丙烯，P2为聚乙烯、聚酰胺和聚丙烯中的一种以上，P3为聚酯、聚乙烯和聚丙烯中的一种以上，X1为聚酯，X2为聚乳酸，X3为聚丙烯腈和/或聚酯，X4为聚酰胺，X5为聚偏氟乙烯和/或聚酯，R1为苯酚四氯乙烷溶液，R2为二氯乙烷，R3为DMF和/或DMSO，R4为苯酚、甲酚和甲酸中的一种以上，R5为丙酮和/或四氢呋喃。
6.根据权利要求1所述的一种功能纤维的制备方法，其特征在于，功能粒子的平均粒径为10nm~10μm；功能粒子为石墨烯、碳纳米管、金属粉末、金属氧化物、纳米氮化硅、碳化硅、纳米硅、云母粉和钛酸钡中的一种以上。
7.根据权利要求6所述的一种功能纤维的制备方法，其特征在于，金属粉末为纳米Pt、纳米Au、纳米Fe、纳米Ge、纳米Cu、纳米Ag、纳米Cr、纳米合金中的一种以上；金属氧化物为氧化铝、四氧化三铁、二氧化钛、氧化锌、氧化铁、氧化锡和氧化锆中的一种以上。
8.根据权利要求1所述的一种功能纤维的制备方法，其特征在于，聚合采用溶胶-凝胶法；聚合物膜的材质为聚苯胺、聚多巴胺、牛血清蛋白、聚己内酯或聚四氢呋喃醚二醇；聚合物膜的厚度为1~15μm；聚合后对纤维进行牵伸，牵伸的倍数为1.2~3倍。
9.采用如权利要求1~8任一项所述的一种功能纤维的制备方法制得的功能纤维，其特征是：主要由中空纤维、位于中空纤维内部的功能粒子以及包覆在中空纤维表面的聚合物膜组成。
10.根据权利要求9所述的功能纤维，其特征在于，中空纤维内部功能粒子的填充率为85%~99%，功能纤维的功能粒子负载率为3%~15%，卷曲数为6~15个/25mm，卷曲率为15%~30%，卷曲弹性率为75%~95%。
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