具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于相變儲(chǔ)能材料領(lǐng)域，特別涉及具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖維及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 相變儲(chǔ)能纖維是一種雙向調(diào)溫的智能纖維，相變儲(chǔ)能纖維內(nèi)包封的相變材料可根 據(jù)外界環(huán)境的溫度變化，發(fā)生相態(tài)間的可逆轉(zhuǎn)化，同時(shí)吸收、儲(chǔ)存、釋放大量的熱量，從而實(shí) 現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。相變儲(chǔ)能纖維主要應(yīng)用于航天、航空、軍工等領(lǐng)域?，F(xiàn)有的相變儲(chǔ)能纖維 或者相變儲(chǔ)能纖維膜的制備方法主要有復(fù)合紡絲法，相變材料微膠囊紡絲法以及同軸紡絲 法。
[0003] 復(fù)合紡絲法是將相變材料與聚合物溶液或聚合物熔融物混合形成紡絲液，通過(guò)紡 絲制備相變儲(chǔ)能纖維。該方法制備的相變儲(chǔ)能纖維中，相變材料隨機(jī)分布于纖維的表面和 內(nèi)部，這種結(jié)構(gòu)導(dǎo)致纖維反復(fù)使用后纖維表面的相變材料流失，調(diào)溫能力下降，熱穩(wěn)定性較 差，特別是當(dāng)其中的相變材料的含量高于30%時(shí)，使用過(guò)程中相變材料的流失比較嚴(yán)重。
[0004] 相變材料微膠囊紡絲法是將相變材料包封在微囊中，再將微囊加入聚合物溶液中 紡絲制備。雖然該方法可解決相變材料易泄漏的問(wèn)題，但該方法的操作繁瑣，并且，為了保 證紡絲液的可紡性和避免紡絲噴頭堵塞，該方法要求儲(chǔ)能纖維中相變微膠囊的含量低于 30%，同時(shí)微囊的尺寸應(yīng)小于10 μm，這造成該方法制備的相變儲(chǔ)能纖維中相變材料的含量 有限，其相變潛熱低于27J/g，而且包封有相變材料的微囊是隨機(jī)分布在纖維中的，微囊尺 寸過(guò)大或分布不均都會(huì)對(duì)纖維的機(jī)械性能造成不利影響。
[0005] Cong Van Do等采用同軸靜電紡絲法制備了核-鞘結(jié)構(gòu)的二維納米纖維膜（見(jiàn) Cong Van Do,Thuy Thi Thu Nguyen, Jun Seo Park,Solar Energy Materials&SoIar Cells，2012, 104, 131 - 139)，這種結(jié)構(gòu)的相變儲(chǔ)能纖維雖能將相變材料良好地包封，但只 有當(dāng)相變材料的含量低于45%時(shí)才能保證纖維膜的結(jié)構(gòu)良好，當(dāng)相變材料含量高于50% 時(shí)，二維纖維膜中會(huì)出現(xiàn)大量的串珠，甚至融成一片，導(dǎo)致二維纖維膜失去使用價(jià)值。該方 法受到電壓大小、噴頭與接收器間的距離、噴射速度、聚合物溶液的性質(zhì)等多種因素的影 響，其可控性較差。目前該方法制備出的纖維是二維纖維膜，無(wú)法精確可控地制備出納米纖 維束。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖 維，該相變儲(chǔ)能纖維中的相變材料的含量較高且在使用過(guò)程中相變材料不易流失，具有良 好的熱穩(wěn)定性；所述方法的操作簡(jiǎn)單并具有可控性。
[0007] 本發(fā)明提供的具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖維，該相變儲(chǔ)能纖維的基體為致密的硼 酸交聯(lián)聚乙烯醇，所述基體中具有若干相互隔離的腔室，所述腔室沿纖維的長(zhǎng)度方向分布， 各腔室中含有油溶性相變材料。
[0008] 上述具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖維中，所述油溶性相變材料為脂肪酸酯、C8?C 22 的烷烴、C6?C 18的脂肪酸中的至少一種。
[0009] 上述具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖維中油溶性相變材料的含量為25?58wt. %，油 溶性相變材料的含量?jī)?yōu)選為40?58wt. %。
[0010] 上述具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖維的直徑為230?300 μ m。
[0011] 本發(fā)明所述具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖維的制備方法，步驟如下：
[0012] (1)配制中間相流體、外相流體和接收液
[0013] 配制中間相流體：將硼酸溶解在水中形成硼酸水溶液，調(diào)節(jié)硼酸水溶液的pH值至 3?4. 8,再將聚乙烯醇溶解在所述硼酸水溶液中形成混合液，然后將所述混合液在45? 95°C靜置至其中的氣泡完全脫除即得中間相流體；中間相流體中，聚乙烯醇與水的質(zhì)量比 為（0.08?0. 12) :1，硼酸與聚乙烯醇的質(zhì)量比為（0.005?0.06) :1 ;
[0014] 配制外相流體：將氫氧化鈉、無(wú)水硫酸鈉溶解在40?50°C的水中形成混合液，然 后將羧甲基纖維素鈉加入所述混合液，當(dāng)羧甲基纖維素鈉完全溶解后形成外相流體；外相 流體中，氫氧化鈉的濃度為80?100g/L，無(wú)水硫酸鈉的濃度為200?300g/L，羧甲基纖維 素鈉的濃度為〇. 005?0. 015g/L ;
[0015] 配制接收液：將氫氧化鈉、無(wú)水硫酸鈉溶解在40?50°C的水中形成接收液，接收 液中，氫氧化鈉的濃度為80?100g/L，無(wú)水硫酸鈉的濃度為300?420g/L ;
[0016] (2)制備相變儲(chǔ)能纖維
[0017] 以油溶性相變材料作為內(nèi)相流體，將內(nèi)相流體、中間相流體、外相流體分別注入 毛細(xì)管微流體裝置的注射管、過(guò)渡管和收集管中，內(nèi)相流體經(jīng)注射管進(jìn)入過(guò)渡管，在過(guò)渡 管中，內(nèi)相流體被中間相流體剪切成單分散的液滴，攜帶所述單分散液滴的中間相流體經(jīng) 過(guò)渡管進(jìn)入收集管，在收集管中，中間相流體所含的聚乙烯醇與硼酸在外相流體中交聯(lián)固 化并脫水形成纖維，用盛有接收液的接收容器收集所述纖維；所述內(nèi)相流體的流量為4? 16 μ L/min，中間相流體的流量為100?200 μ L/min，夕卜相流體的流量為200?400 μ L/ min ；
[0018] 該步驟中，內(nèi)相流體、中間相流體、外相流體和接收液的溫度應(yīng)使油溶性相變材料 處于液態(tài)或者熔融狀態(tài)；
[0019] (3)洗滌與干燥
[0020] 待接收液中的纖維完全固化后，將其取出，用水洗滌除去氫氧化鈉和無(wú)水硫酸鈉 并干燥即得具有隔離腔室的相變儲(chǔ)能纖維。
[0021] 上述方法中，所述油溶性相變材料為脂肪酸酯、C8?C22的烷烴、C 6?C 18的脂肪酸 中的至少一種，所述油溶性相變材料優(yōu)選為C8?C22的烷烴中的一種或者幾種的混合物；步 驟（2)中，內(nèi)相流體、中間相流體、外相流體和接收液的溫度均為40?47°C。
[0022] 上述方法中，所述聚乙烯醇的醇解度大于90%。
[0023] 上述方法中，所述水為去離子水或者蒸餾水。
[0024] 上述方法的步驟（1)中采用醋酸水溶液調(diào)節(jié)硼酸水溶液的pH值，優(yōu)