CN116856077A - 一种弹性相变纤维及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于相变纤维材料领域，具体涉及一种弹性相变纤维及其制备方法。其制备方法包括：皮层纺丝液制备，芯层相变材料乳液制备和皮芯结构相变纤维制备。所述皮层纺丝液为弹性聚合物溶液，芯层相变材料乳液中分散相为相变材料，连续相为含弹性聚合物溶液和稳定剂的溶液，将分散相加入连续相中形成稳定的乳液。分别以乳液和弹性聚合物溶液为内、外相纺丝液进行同轴湿法纺丝，置于水中浸泡，冷冻干燥后获得弹性相变纤维。本发明制得的纤维呈皮芯结构，具有优异的拉伸性能和极高的热容量、极低的相变材料泄露率以及高稳定性和可重复使用性，在一定温度范围内能实现双向温度调节，在热能储存与智能调温材料领域具有非常广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于相变纤维材料领域，具体涉及一种弹性相变纤维及其制备方法。
背景技术
相变材料是一种能在相对恒定的温度下通过相变储存和释放大量潜热的材料，能够有效地储存和利用热能。包含相变材料的相变纤维可以通过相变材料的可逆相变为周围环境提供恒温的舒适微气候，在温度调节、热能储存、电能/太阳能收集、建筑内部热舒适和智能调温纺织品等方面具有巨大的应用潜力。近年来，研究者们主要通过中空纤维浸渍法和湿法纺丝制备相变纤维，如论文(Li XX,Li Q,Hu J,Li RR,Lin JY,LiuYQ.Core-sheathphase change fibersviacoaxialwet spinningforsolarenergyactivestorage.Compos.B.Eng.2022；247:110346；NiuZX,Qi SY,Shuaib SSA,YuanWZ.Flexible,stimuli-responsive andself-cleaningphase change fiberforthermal energy storageandsmarttextiles.Compos.B.Eng.2022；228:109431)。与复杂的中空纤维浸渍法相比，湿法纺丝简单有效。但将相变材料直接分散在聚合物溶液中得到纺丝液并通过湿法纺丝制备相变纤维存在纺丝过程中相变材料大量泄漏的问题，导致纤维热容量较低，仅为98.6-124.5J/g，在实际应用中存在局限性。
为了改善相变材料的泄露问题，提高相变纤维的稳定性，同轴湿法纺丝被用于相变纤维的制备，如论文(Microfluidic fabrication andthermal characteristicsofcore-shell phase change microfiberswithhighparaffincontent.Appl.Therm.Eng.2015；87:471)采用聚乙烯基丁醛包覆石蜡，经同轴湿纺丝制备出皮芯结构相变纤维，纤维热容量为109.9J/g；论文(Flexible core-sheath thermochromic phase change fibersfor temperature management and electrical/solar energyharvesting.Compos.Sci.Technol.2022；226)以相变材料十八烷(OD)为芯层液体，热塑性聚氨酯(TPU)溶液为外层纺丝液，采用同轴湿法纺丝制备了皮芯结构的相变纤维，得到的纤维热容量高达146.3-185.0J/g。然而从扫描电镜图观察到的形貌显示，大多数纤维表面呈现多孔结构，截面呈现填充不饱满的中空结构，导致芯层的相变材料在熔点以上倾向于快速泄露。因此，如何减少相变材料的泄露和损失，提高相变纤维的可重复使用性仍然是一个挑战。
此外，在实际应用中，相变纤维应具有优良的柔韧性和拉伸性，以承受人类日常活动中的弯曲、拉伸和扭转变形以及编织过程中产生的应变。目前为止，研究者们基于高弹性聚合物基材采用单轴或同轴湿法纺丝制备了柔性可拉伸的相变纤维，然而，拉伸时，纤维中处于固态的相变材料会碎裂，聚合物基材和相变材料发生不同步变形，因此，固-液相变材料在固体状态下的刚性使得弹性相变纤维的制备非常具有挑战性。
近年来，利用乳液的可调性优势，已通过界面交联、界面引发聚合和物理胶凝开发出封装相变材料并实现形状稳定的整体复合材料，如论文(Closed-cell,emulsion-templated hydrogels for latent heat storage applications.Polym.Chem.2018；9:3970；Encapsulating an organic phase change material within emulsion-templatedpoly(urethane urea)s.Polym.Chem.2019；10:1498；Lu JT,Zhang T,Xu ZG,Zhao Y.Octodecane-cellulose nanofiber flexible composites for latent heatstorage.Chem.Eng.J.2021；425:131432；Zhao TQ,Zhang T,Xu ZG,Zhao Y.Emulsion-based,flexible and recyclable aerogel composites for latent heatstorage.J.Colloid Interface Sci.2022；627:72)，所得复合材料具有极高的相变材料含量、高热容量、低相变材料泄漏率和可重复使用性。此外，乳液模板的多孔结构有助于为材料提供柔韧性。这些乳液的发展为制备具有柔韧性、高热容和高稳定性的相变纤维提供了新的机遇。目前，已采用乳液并结合湿法纺丝技术开发出具有高热容量、低相变材料泄露率的相变纤维，如专利(一种调温纤维及其制备方法，CN 114481358 B)，但该纤维的柔韧性仅能人类承受日常活动的弯曲和扭转变形，还无法承受拉伸及编织过程中产生的应变。因此，制备一种具有优异的拉伸性能、高热容和高稳定性的弹性相变纤维仍是当前的一大挑战。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于改善湿法纺丝过程中相变材料的泄露问题，提高相变纤维的可重复使用性以及制备一种具有可拉伸性、高热容和高稳定性的弹性相变纤维。
为解决上述技术问题，一种弹性相变纤维及其制备方法。本发明基于高内相乳液策略，将相变材料(分散相)封装在弹性聚合物(连续相)中，这种相变材料乳液作为芯层纺丝液，再以弹性聚合物溶液作为皮层纺丝液，通过同轴湿法纺丝进一步封装芯层中的相变材料，制备了弹性相变纤维，利用该方法制备的相变纤维具有优异的拉伸性能和极高的热容量、极低的相变材料泄露率以及高稳定性和可重复使用性。
本发明提供一种弹性相变纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)将弹性聚合物加入溶剂中，得到弹性聚合物溶液；
(2)将分散相加入连续相中，得到相变材料乳液；所述分散相为有机相变材料，所述连续相由弹性聚合物溶液和稳定剂混合得到；
(3)将所述相变材料乳液作为内相纺丝液，弹性聚合物溶液作为外相纺丝液进行湿法纺丝，得到纤维丝；
(4)将所述纤维丝浸泡，冷冻干燥后得到所述弹性相变纤维。
优选的，所述步骤(1)中，弹性聚合物选自热塑性聚氨酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯、氢化聚苯乙烯-嵌-聚丁二烯-嵌-聚苯乙烯或聚乙烯醇。
优选的，所述骤(1)中，溶剂选自水、N,N-二甲基甲酰胺、甲基乙基酮、环己酮、四氢呋喃、二氧六环、乙酸乙酯、甲苯和甲醇中的一种或多种。
优选的，所述步骤(2)中，分散相与连续相的质量比为1-3:1。
优选的，所述步骤(2)中，有机相变材料为C12-C24直链烷烃(十二烷、十三烷、十四烷、十五烷、十六烷、十七烷、十八烷、十九烷、二十烷、二十一烷、二十二烷、二十三烷和二十四烷)中的一种或多种。
进一步地，所述步骤(2)中，有机相变材料为十八烷、十六烷或二十烷。
进一步地，所述步骤(2)中，连续相中弹性聚合物、溶剂和稳定剂的质量比为1-3:16-18:1。
进一步地，所述步骤(2)中，稳定剂为普朗尼克F127和泊洛沙姆中的一种或两种。
进一步地，所述步骤(3)中，纺丝采用同轴湿法纺丝方法，纺丝的条件为：以水或乙醇为凝固浴，环境温度为25-30℃，内、外相纺丝液的流速比为0.5-1.5:1，牵伸速度为14.13-17.27m/min。
进一步地，所述步骤(4)中，浸泡的时间为2-12h，冷冻干燥的温度为-40至-30℃，冷冻干燥的时间为44-48h。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的弹性相变纤维，所述相变纤维为皮芯结构，皮层为弹性聚合物，芯层含相变材料；所述皮层由外相纺丝液纺丝而成，所述外相纺丝液为弹性聚合物溶液；所述芯层由内相纺丝液纺丝而成，所述内相纺丝液为相变材料乳液。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明以相变材料作为分散相，以含弹性聚合物溶液和稳定剂的混合液作为连续相，将分散相加入连续相中合成稳定的相变材料乳液作为芯层纺丝液，相变材料首先被包封在芯层的弹性聚合物中；再以弹性聚合物溶液为皮层纺丝液，皮层的弹性聚合物对芯层进行进一步的封装；采用同轴湿法纺丝技术制备了弹性相变纤维。与将相变材料直接加入弹性聚合物溶液中进行湿法纺丝制备的相变纤维不同，本发明制备的相变纤维实现了内外层弹性聚合物对相变材料的双层封装，能更加有效地防止相变材料在纺丝过程中的泄露，保证相变纤维中的高相变材料含量，从而具有极高的热容量；与以弹性聚合物溶液为皮层纺丝液，纯相变材料为芯层纺丝液的同轴湿法纺丝不同，本发明制备的相变纤维由于内、外层均含有弹性聚合物，因而具有更好的柔韧性，而且由于芯层乳液连续相中的聚合物对分散相的相变材料进行包覆，在承受应变时，极大地缓和了固-液相变材料在固体状态下的刚性，改善了拉伸时纤维内、外层的不同步变形情况，提升了相变材料的柔韧性和拉伸性能，同时也极大地降低了芯层相变材料的泄露率。
本发明制备得到的弹性相变纤维为皮芯结构；所得纤维具有极高的热容量(储热密度可达204.0J/g)，在室温下具有优异的拉伸性能(可弯曲、打结、卷绕、编织和拉伸，断裂时拉伸应变高达623.9％，极限应力高达3.5MPa)，极低的相变材料泄露率(垂直状态下不超过3.3％)，和100次加热-冷却循环的高稳定性及可重复使用性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明实施例1中弹性相变纤维的拉伸图；
图2是本发明实施例1中弹性相变纤维的打结、弯曲、编织和卷绕图；
图3是本发明实施例1中弹性相变纤维的扫描电镜图；
图4是本发明实施例1中弹性相变纤维的拉伸测试图；
图5是本发明实施例1中弹性相变纤维的热重图；
图6是本发明实施例1中弹性相变纤维的加热和冷却放热图和加热和冷却放热循图；
图7是本发明实施例1中弹性相变纤维的泄露测试图；
图8是本发明实施例1与实施例2、3、4以及实施例1与实施例9、10的储热能力比较结果图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16gN-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将1g热塑性聚氨酯、18g N-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为14.13m/min。将制得的纤维在水中浸泡12h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品1，冷冻温度为-30℃。
实施例2
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16gN-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将1g热塑性聚氨酯、18g N-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将30g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为14.92m/min。将制得的纤维在水中浸泡10h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品2，冷冻温度为-32℃。
实施例3
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16gN-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将1g热塑性聚氨酯、18g N-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将40g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为15.70m/min。将制得的纤维在水中浸泡8h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品3，冷冻温度为-34℃。
实施例4
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16gN-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将1g热塑性聚氨酯、18g N-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将60g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为16.49m/min。将制得的纤维在水中浸泡6h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品4，冷冻温度为-36℃。
实施例5
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16gN-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将1.5g热塑性聚氨酯、17.5g N-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为17.27m/min。将制得的纤维在水中浸泡4h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品5，冷冻温度为-38℃。
实施例6
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16gN-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将2g热塑性聚氨酯、17g N-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为14.13m/min。将制得的纤维在水中浸泡2h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品6，冷冻温度为-40℃。
实施例7
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16gN-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将2.5g热塑性聚氨酯、16.5g N-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为14.92m/min。将制得的纤维在水中浸泡4h后取出，冷冻干燥44h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品7，冷冻温度为-30℃。
实施例8
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16g N-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将3g热塑性聚氨酯、16gN-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为15.70m/min。将制得的纤维在水中浸泡6h后取出，冷冻干燥44h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品8，冷冻温度为-32℃。
实施例9
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16g N-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将1g热塑性聚氨酯、18gN-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为0.5:1，牵伸速度为14.13m/min。将制得的纤维在水中浸泡12h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品9，冷冻温度为-30℃。
实施例10
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16g N-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将1g热塑性聚氨酯、18gN-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1.5:1，牵伸速度为14.13m/min。将制得的纤维在水中浸泡12h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品10，冷冻温度为-30℃。
实施例11
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯溶解于16g乙酸乙酯中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯溶液；
(2)：将1g聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯、18g乙酸乙酯和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以乙醇为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为14.13m/min。将制得的纤维在水中浸泡8h后取出，冷冻干燥44h后得到所述基于相变材料乳液的聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯弹性相变纤维样品11，冷冻温度为-34℃。
实施例12
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g氢化聚苯乙烯-嵌-聚丁二烯-嵌-聚苯乙烯溶解于16g四氢呋喃中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的聚苯乙烯溶液；
(2)：将1g氢化聚苯乙烯-嵌-聚丁二烯-嵌-聚苯乙烯、18g甲苯和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得氢化聚苯乙烯-嵌-聚丁二烯-嵌-聚苯乙烯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为14.13m/min。将制得的纤维在水中浸泡10h后取出，冷冻干燥44h后得到所述基于相变材料乳液的氢化聚苯乙烯-嵌-聚丁二烯-嵌-聚苯乙烯弹性相变纤维样品12，冷冻温度为-36℃。
实施例13
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g聚乙烯醇溶解于16g水中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的聚乙烯醇溶液；
(2)：将1g聚乙烯醇、18g水和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g十八烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得水包油型相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得聚乙烯醇溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为14.13m/min。将制得的纤维在水中浸泡10h后取出，冷冻干燥44h后得到所述基于相变材料乳液的聚乙烯醇弹性相变纤维样品13，冷冻温度为-36℃。
实施例14
本实施提供了弹性相变纤维的制备方法，步骤如下：
(1)：将4g热塑性聚氨酯溶解于16gN-N二甲基甲酰胺中，于室温下磁力搅拌24h，混合均匀后获得浓度20％的热塑性聚氨酯溶液；
(2)：将1g热塑性聚氨酯、18g N-N二甲基甲酰胺和稳定剂1g F127搅拌24h混合均匀得到连续相，将20g二十烷逐滴滴入上述连续相中，混合均匀后获得非水性相变材料乳液；
(3)：将步骤(1)所得热塑性聚氨酯溶液作为外相纺丝液，步骤(2)所得非水性相变材料乳液作为内相纺丝液，分别转移至注射器内并注入同轴纺丝针头的外层和内层，以水为凝固浴，于温度为25-30℃的环境下进行同轴湿法纺丝。同轴湿法纺丝的条件为：内/外相纺丝液的流速比为1:1，牵伸速度为14.13m/min。将制得的纤维在水中浸泡12h后取出，冷冻干燥48h后得到所述基于相变材料乳液的热塑性聚氨酯弹性相变纤维样品14，冷冻温度为-30℃。
效果评价1
实施例1的芯层相变材料乳液中，分散相与连续相的质量比为1:1，与实施例1进行对比，实施例2、3、4芯层乳液的分散相与连续相的质量比分别为1.5:1、2:1、3:1。按照实施例2、3、4制备样品时，由于乳液中分散相分数增大，纤维芯层所含相变材料的比例增高，纤维的焓值增加。
实施例1同轴湿法纺丝的条件中内/外相纺丝液的流速比为1：1，与实施例1进行对比，实施例9纺丝的条件中内/外相纺丝液的流速比为0.5：1，实施例10纺丝的条件中内/外相纺丝液的流速比为1.5：1。按照实施例9制备样品时，由于内/外相纺丝液的流速比减小，芯层在纤维中占比减小，纤维中相变材料含量下降，纤维焓值降低。按照实施例10制备样品时，由于内/外相纺丝液的流速比增大，芯层在纤维中占比增加，纤维中相变材料含量升高，纤维焓值增加。
表1通过差式扫描量热仪对实施例1和实施例2、3、4及实施例9、10中制备得到的热塑性聚氨酯弹性相变纤维的储热能力进行测试，实施例1的芯层相变材料乳液中，分散相与连续相的质量比为1:1，同轴湿法纺丝的条件中内/外相纺丝液的流速比为1：1，样品焓值为172.1J/g；实施例2、3、4芯层乳液的分散相与连续相的质量比增加至1.5-3:1，样品焓值增加至191.0-204.0J/g；实施例9纺丝条件中内/外相纺丝液的流速比为0.5：1，样品焓值下降到119.2J/g；实施例10纺丝条件中内/外相纺丝液的流速比为1.5：1，样品焓值增加到187.1J/g；通过对芯层相变材料乳液中分散相与连续相的质量比以及同轴湿法纺丝过程中内/外相纺丝液流速比对相变纤维焓值影响的探究，发现增大乳液中分散相/连续相质量比和内/外相纺丝液流速比，均能使相变纤维的焓值增加，提升相变纤维的储热能力。
表1热塑性聚氨酯弹性相变纤维的储热能力进行测试
表2热塑性聚氨酯弹性相变纤维的泄露率进行测试
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种弹性相变纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将弹性聚合物加入溶剂中，得到弹性聚合物溶液；
(2)将分散相加入连续相中，得到相变材料乳液；所述分散相为有机相变材料，所述连续相由弹性聚合物溶液和稳定剂混合得到；
(3)将所述相变材料乳液作为内相纺丝液，弹性聚合物溶液作为外相纺丝液进行湿法纺丝，得到纤维丝；
(4)将所述纤维丝浸泡，冷冻干燥后得到所述弹性相变纤维。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，弹性聚合物选自热塑性聚氨酯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯、氢化聚苯乙烯-嵌-聚丁二烯-嵌-聚苯乙烯或聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，溶剂选自水、N,N-二甲基甲酰胺、甲基乙基酮、环己酮、四氢呋喃、二氧六环、乙酸乙酯、甲苯和甲醇中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，分散相与连续相的质量比为1-3:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，有机相变材料为C12-C24直链烷烃中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，连续相中弹性聚合物、溶剂和稳定剂的质量比为1-3:16-18:1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，稳定剂为普朗尼克F127和泊洛沙姆中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，纺丝采用同轴湿法纺丝方法，纺丝的条件为：以水或乙醇为凝固浴，环境温度为25-30℃，内、外相纺丝液的流速比为0.5-1.5:1，牵伸速度为14.13-17.27m/min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，浸泡的时间为2-12h；冷冻干燥的温度为-40至-30℃，冷冻干燥的时间为44-48h。
10.一种权利要求1-9中任一项所述制备方法制备得到的弹性相变纤维。
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
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