本發(fā)明屬于紡織材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上的不同材料復(fù)合而成的材料，隨著現(xiàn)代技術(shù)的飛速發(fā)展，新材料的不斷涌現(xiàn)，金屬?gòu)?fù)合材料的組成和性能也不斷翻新，可具有強(qiáng)韌性、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐高溫、耐磨性等功能，在汽車、航空和紡織領(lǐng)域等都有著廣泛的前景。金屬?gòu)?fù)合材料根據(jù)增強(qiáng)體的不同，分為連續(xù)纖維增強(qiáng)和非連續(xù)纖維增強(qiáng)，目前連續(xù)纖維增強(qiáng)中由碳纖維或生物活性陶瓷纖維增強(qiáng)的輕金屬?gòu)?fù)合材料，由于具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抗疲勞等優(yōu)點(diǎn)。
目前，越來(lái)越多的新材料、新技術(shù)和新工藝被運(yùn)用于紡織領(lǐng)域，開發(fā)出新功能的紡織品，提高新材料和紡織領(lǐng)域的新領(lǐng)域。液態(tài)金屬指的是一種不定型金屬，可看作由正離子流體和自由電子氣組成的混合物，是指熔點(diǎn)不超過(guò)鋁熔融溫度的金屬的總稱，液體金屬具有較高的導(dǎo)熱系數(shù)、較低的粘度以及良好的比熱和穩(wěn)定性。中國(guó)專利CN 102296405B公開的一種含有液體金屬的復(fù)合型面料，該復(fù)合型面料包括含液體金屬的混紡纖維編織而成，纖維可以為表面附著液體金屬微米顆粒的紡織纖維，也可以為管內(nèi)充有液體金屬的管狀紡織纖維，或者為網(wǎng)狀套管內(nèi)填充有液體金屬的微米線編織而成的網(wǎng)狀套管式紡織纖維，液體金屬為金屬嫁、嫁基合金、鈉鉀合金或者銦的伍德合金。該復(fù)合型面料是將含液體金屬的混紡纖維紗線與天然纖維混紡紗線織造形成單層面料，再在該單層面料的上下表面附著由天然纖維混紡紗線制備的面料，將三層面料復(fù)合形成復(fù)合型面料。
基于液體金屬的金屬基復(fù)合材料主要有滲透鑄造法、液態(tài)攪拌法和液態(tài)擠壓法，但基于液體金屬的纖維材料的制備方法并不多，主要為真空浸漬法，該制備方法簡(jiǎn)便，但是時(shí)間較長(zhǎng)，且滲透能力有限，因此開發(fā)新型的制備方法顯得尤為重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維及其制備方法，將液體金屬與高分子液體作為原料，采用靜電氣泡紡絲技術(shù)，形成殼核或者網(wǎng)狀微米級(jí)液體金屬?gòu)?fù)合纖維。該方法簡(jiǎn)單，可操控性強(qiáng)，制備的微米纖維中富含液體金屬和高分子材料，具有多種優(yōu)良特性。
為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：
一種基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維，所述基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維為微米纖維，所述基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維中包含液體金屬、碳化硅、三氧化二鋁和高分子化合物，所述液體金屬為鋅、銅、鉑、錫和鈦中的一種或幾種，所述高分子化合物為聚氧化乙烯和丙烯酸樹脂。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維為殼核結(jié)構(gòu)或者混紡結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還提供一種基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維的制備方法，包括以下步驟：
(1)將液體金屬粉體加熱熔融，加入碳化硅和三氧化二鋁，加熱攪拌形成液體金屬紡絲液；
(2)聚氧化乙烯加入去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入丙烯酸樹脂和表面活性劑，得到高分子液體紡絲液；
(3)將步驟(1)制備的液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵列纬蓺馀?，滴入步驟(2)制備的高分子液體紡絲液，并施加電壓，收集得到初紡纖維；
(4)將步驟(3)制備的初紡纖維置于固化液中，超聲處理，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，液體金屬粉體的粒徑為60-100μm。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(1)中，液體金屬粉體與碳化硅和三氧化二鋁的質(zhì)量比為10:2-3:1-2。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，表面活性劑為氯化鈉和磷酸酯。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(2)中，聚氧化乙烯、去離子水、丙烯酸樹脂和表面活性劑的質(zhì)量比為15-20:100:5-10:3-7。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，氮?dú)獾膲毫?.5-0.8MPa，氣體流量為8-10m3/min。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(3)中，電壓為15-20kV，收集的距離為15-20cm。
作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，所述步驟(4)中，超聲處理的功率為200-500W，時(shí)間為60-120s。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
(1)本發(fā)明制備的基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維中含有液體金屬和高分子材料，液體金屬和高分子材料以殼核結(jié)構(gòu)或者混紡結(jié)構(gòu)混合，因此制備的復(fù)合纖維具有低熔點(diǎn)，強(qiáng)度高，成型性好，韌性好的特點(diǎn)。
(2)本發(fā)明制備的基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維采用發(fā)泡技術(shù)制備的微米纖維，通過(guò)將現(xiàn)有的直接吹氣發(fā)泡法與靜電發(fā)泡技術(shù)相結(jié)合，在發(fā)泡的同時(shí)，在液體金屬的表面覆蓋一層高分子聚合物，將高分子聚合物與液體金屬?gòu)?fù)合，經(jīng)空氣中溶劑揮發(fā)形成微米纖維，制備方法簡(jiǎn)單，可操控性強(qiáng)。
(3)本發(fā)明制備的基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維在形成初生纖維后，浸漬于固化液中，經(jīng)超聲處理，超聲處理有利于液體金屬更好的與高分子聚合物溶液，降低微米纖維中的孔隙率，增加液體金屬與高分子聚合物的結(jié)合牢度，且通過(guò)固化的高分子聚合物將液體金屬牢固的固著于纖維內(nèi)部，提高復(fù)合纖維的使用率。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在此本發(fā)明的示意性實(shí)施例以及說(shuō)明用來(lái)解釋本發(fā)明，但并不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
實(shí)施例1：
(1)按質(zhì)量份計(jì)，將粒徑為60μm的10份的鋅、銅、鉑、錫和鈦液體金屬粉體加熱熔融，加入2份的碳化硅和1份的三氧化二鋁，加熱至650℃，攪拌形成液體金屬紡絲液。
(2)按重量份計(jì)，將15份的相對(duì)分子量為60000的聚氧化乙烯加入100份的去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入5份的丙烯酸樹脂和3份的為氯化鈉和磷酸酯表面活性劑，攪拌均勻得到高分子液體紡絲液。
(3)將液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，再0.5MPa的氣體壓力下，以8m3/min的氣體流量往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵烈后w金屬紡絲液的表面形成氣泡，以3ml/min的速率滴入高分子液體紡絲液，并施加15kV的電壓，在距離15cm處收集得到初紡纖維。
(4)將初紡纖維置于固化液中，在200W功率下超聲處理60s，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
實(shí)施例2：
(1)按質(zhì)量份計(jì)，將粒徑為100μm的10份的鋅、銅、鉑、錫和鈦液體金屬粉體加熱熔融，加入3份的碳化硅和2份的三氧化二鋁，加熱至700℃，攪拌形成液體金屬紡絲液。
(2)按重量份計(jì)，將20份的相對(duì)分子量為60000的聚氧化乙烯加入100份的去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入10份的丙烯酸樹脂和7份的為氯化鈉和磷酸酯表面活性劑，攪拌均勻得到高分子液體紡絲液。
(3)將液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，再0.8MPa的氣體壓力下，以10m3/min的氣體流量往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵烈后w金屬紡絲液的表面形成氣泡，以5ml/min的速率滴入高分子液體紡絲液，并施加20kV的電壓，在距離20cm處收集得到初紡纖維。
(4)將初紡纖維置于固化液中，在500W功率下超聲處理120s，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
實(shí)施例3：
(1)按質(zhì)量份計(jì)，將粒徑為80μm的10份的鋅、銅、鉑、錫和鈦液體金屬粉體加熱熔融，加入2.5份的碳化硅和1.5份的三氧化二鋁，加熱至680℃，攪拌形成液體金屬紡絲液。
(2)按重量份計(jì)，將17份的相對(duì)分子量為60000的聚氧化乙烯加入100份的去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入8份的丙烯酸樹脂和5份的為氯化鈉和磷酸酯表面活性劑，攪拌均勻得到高分子液體紡絲液。
(3)將液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，再0.6MPa的氣體壓力下，以9m3/min的氣體流量往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵烈后w金屬紡絲液的表面形成氣泡，以4ml/min的速率滴入高分子液體紡絲液，并施加17kV的電壓，在距離18cm處收集得到初紡纖維。
(4)將初紡纖維置于固化液中，在300W功率下超聲處理90s，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
實(shí)施例4：
(1)按質(zhì)量份計(jì)，將粒徑為70μm的10份的鋅、銅、鉑、錫和鈦液體金屬粉體加熱熔融，加入2份的碳化硅和2份的三氧化二鋁，加熱至700℃，攪拌形成液體金屬紡絲液。
(2)按重量份計(jì)，將18份的相對(duì)分子量為60000的聚氧化乙烯加入100份的去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入6份的丙烯酸樹脂和4份的為氯化鈉和磷酸酯表面活性劑，攪拌均勻得到高分子液體紡絲液。
(3)將液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，再0.8MPa的氣體壓力下，以10m3/min的氣體流量往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵烈后w金屬紡絲液的表面形成氣泡，以5ml/min的速率滴入高分子液體紡絲液，并施加15kV的電壓，在距離20cm處收集得到初紡纖維。
(4)將初紡纖維置于固化液中，在500W功率下超聲處理100s，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
實(shí)施例5：
(1)按質(zhì)量份計(jì)，將粒徑為75μm的10份的鋅、銅、鉑、錫和鈦液體金屬粉體加熱熔融，加入2.5份的碳化硅和1份的三氧化二鋁，加熱至700℃，攪拌形成液體金屬紡絲液。
(2)按重量份計(jì)，將20份的相對(duì)分子量為60000的聚氧化乙烯加入100份的去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入6份的丙烯酸樹脂和5份的為氯化鈉和磷酸酯表面活性劑，攪拌均勻得到高分子液體紡絲液。
(3)將液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，再0.8MPa的氣體壓力下，以8m3/min的氣體流量往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵烈后w金屬紡絲液的表面形成氣泡，以4ml/min的速率滴入高分子液體紡絲液，并施加16kV的電壓，在距離16cm處收集得到初紡纖維。
(4)將初紡纖維置于固化液中，在400W功率下超聲處理80s，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
實(shí)施例6：
(1)按質(zhì)量份計(jì)，將粒徑為80μm的10份的鋅、銅、鉑、錫和鈦液體金屬粉體加熱熔融，加入2.5份的碳化硅和1.2份的三氧化二鋁，加熱至680℃，攪拌形成液體金屬紡絲液。
(2)按重量份計(jì)，將17份的相對(duì)分子量為60000的聚氧化乙烯加入100份的去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入6份的丙烯酸樹脂和5份的為氯化鈉和磷酸酯表面活性劑，攪拌均勻得到高分子液體紡絲液。
(3)將液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，再0.6MPa的氣體壓力下，以8m3/min的氣體流量往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵烈后w金屬紡絲液的表面形成氣泡，以3ml/min的速率滴入高分子液體紡絲液，并施加15kV的電壓，在距離20cm處收集得到初紡纖維。
(4)將初紡纖維置于固化液中，在350W功率下超聲處理80s，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
實(shí)施例7：
(1)按質(zhì)量份計(jì)，將粒徑為7100μm的10份的鋅、銅、鉑、錫和鈦液體金屬粉體加熱熔融，加入73份的碳化硅和1.5份的三氧化二鋁，加熱至650℃，攪拌形成液體金屬紡絲液。
(2)按重量份計(jì)，將20份的相對(duì)分子量為60000的聚氧化乙烯加入100份的去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入5份的丙烯酸樹脂和7份的為氯化鈉和磷酸酯表面活性劑，攪拌均勻得到高分子液體紡絲液。
(3)將液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，再0.7MPa的氣體壓力下，以9m3/min的氣體流量往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵烈后w金屬紡絲液的表面形成氣泡，以5ml/min的速率滴入高分子液體紡絲液，并施加15kV的電壓，在距離15cm處收集得到初紡纖維。
(4)將初紡纖維置于固化液中，在300W功率下超聲處理90s，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
實(shí)施例8：
(1)按質(zhì)量份計(jì)，將粒徑為100μm的10份的鋅、銅、鉑、錫和鈦液體金屬粉體加熱熔融，加入2.5份的碳化硅和2份的三氧化二鋁，加熱至700℃，攪拌形成液體金屬紡絲液。
(2)按重量份計(jì)，將15份的相對(duì)分子量為60000的聚氧化乙烯加入100份的去離子水中，加熱攪拌，緩慢加入10份的丙烯酸樹脂和5份的為氯化鈉和磷酸酯表面活性劑，攪拌均勻得到高分子液體紡絲液。
(3)將液體金屬紡絲液置于儲(chǔ)液管中，再0.5MPa的氣體壓力下，以10m3/min的氣體流量往儲(chǔ)液管中通入氮?dú)庵烈后w金屬紡絲液的表面形成氣泡，以5ml/min的速率滴入高分子液體紡絲液，并施加158kV的電壓，在距離20cm處收集得到初紡纖維。
(4)將步驟(3)制備的初紡纖維置于固化液中，在500W功率下超聲處理80s，取出靜置，得到基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維。
經(jīng)檢測(cè)，實(shí)施例1-8制備的基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維的直徑、強(qiáng)度和導(dǎo)熱性的結(jié)果如下所示：
由上表可見(jiàn)，本發(fā)明制備的基于氣泡紡絲技術(shù)的液體金屬?gòu)?fù)合纖維直徑為微米級(jí)，機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)良好。
上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。