具有皮芯結(jié)構(gòu)且芯層在線交聯(lián)的固-固相變復(fù)合纖維及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及相變儲能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有皮芯結(jié)構(gòu)且芯層在線交聯(lián)的固-固相變復(fù)合纖維以及該復(fù)合纖維的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相變材料(PCMs)是指在環(huán)境溫度驅(qū)動下可存儲或釋放熱能而其自身溫度保持不變的功能性材料。PCMs近年應(yīng)用范圍不斷擴大，在太陽能利用、廢熱回收、農(nóng)業(yè)溫室大棚、智能空調(diào)建筑、服裝保溫、電子器件恒溫保護、儲能炊具和軍事偽裝等領(lǐng)域已得到應(yīng)用。通常PCMs難以直接使用，需要經(jīng)過封裝、共混、或者改性等加工處理以滿足實用要求。常見的對PCMs加工處理方法主要有:1.機械方法，采用將相變材料裝入一種容器當(dāng)中，制成一定形狀的儲熱調(diào)溫裝置，該方法多用于無機類相變材料;2.物理方法，將相變材料與主體材料相混合，主體材料作為載體，如摻入某種納米或微米級相變材料制備的紡織纖維，或者將相變材料與某種支撐材料進行共混，使二者比較牢固地結(jié)合在一起，制備成定形相變材料或形狀穩(wěn)定的相變材料;3.微膠囊方法，將相變材料作為芯材，某些聚合物材料作為殼材制備成微膠囊，避免相變材料與外界環(huán)境直接觸;4.化學(xué)方法，在保持材料相變儲能特性前提下，通過化學(xué)方法將其改性，轉(zhuǎn)變成新型化合物，使其滿足應(yīng)用要求，如將相變材料接支到聚合物大分子鏈上，以及將相變材料進行交聯(lián)處理等。
[0003]采用復(fù)合紡絲技術(shù)，將聚合物和相變材料熔體或溶液直接紡制成皮芯型相變纖維是相變材料與成纖聚合物完美的結(jié)合形式。張興祥等人以聚丙烯(PP)和分子量為1000-20000的聚乙二醇(PEG)及增稠劑為主要原料，采用熔融復(fù)合紡絲的方法研制出了皮芯復(fù)合相變纖維，該纖維加工成490g/m2的非織造布，在35.5 °C左右時其內(nèi)部溫度較純丙綸非織造布低3.3 °C，在26.9 0C左右其內(nèi)部溫度較純丙綸非織造布高6.1V。但此方法制備的復(fù)合纖維所包裹的芯層為固-液相變材料，無法將固-固相變材料進行包裹。所以，該方法得到的纖維仍然存在芯層相變材料的泄露問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中固-固相變纖維難加工、易泄露、相變焓小的問題提供了一種具有皮芯結(jié)構(gòu)且芯層在線交聯(lián)的固-固相變復(fù)合纖維及該復(fù)合纖維的制備方法。以海藻酸鹽為皮層，以烯丙基聚乙二醇單體、三烯丙基異氰脲酸酯交聯(lián)劑和引發(fā)劑制備的相變材料為芯層，采用濕法紡絲技術(shù)得到具有皮芯結(jié)構(gòu)的復(fù)合纖維，并在纖維后加工過程中對其進行熱處理，使得芯層進行在線交聯(lián)反應(yīng)，得到具有芯層為交聯(lián)結(jié)構(gòu)的固-固相變材料，皮層為海藻酸鹽的復(fù)合纖維。該復(fù)合纖維穩(wěn)定性好、結(jié)晶焓高，且制備方法簡單，具有良好的應(yīng)用前景。
[0005]本發(fā)明第一個目的是請求保護具有皮芯結(jié)構(gòu)且芯層在線交聯(lián)的固-固相變復(fù)合纖維，以海藻酸鹽為皮層，以烯丙基聚乙二醇、三烯丙基異氰脲酸酯和引發(fā)劑制備的相變材料為芯層，得復(fù)合纖維。海藻酸鹽可以是海藻酸鈉和/或海藻酸鈣。
[0006]優(yōu)選的，所述烯丙基聚乙二醇與三烯丙基異氰脲酸酯的摩爾比為1:1?1:5;所述引發(fā)劑占三烯丙基異氰脲酸酯與烯丙基聚乙二醇總質(zhì)量的3?7%。
[0007]本發(fā)明第二個目的是請求保護具有皮芯結(jié)構(gòu)且芯層在線交聯(lián)的固-固相變復(fù)合纖維的制備方法，包括以下步驟:
[0008](I)芯層相變材料的制備:將烯丙基聚乙二醇加溫至熔融，加入三烯丙基異氰脲酸酯和引發(fā)劑，在高速攪拌下使其混合均勻，得到芯層相變材料熔體；
[0009](2)皮層紡絲溶液的制備:海藻酸鈉與水配成海藻酸鈉溶液后，進行真空脫泡；
[0010](3)復(fù)合纖維的制備:將芯層相變材料熔體裝入芯層紡絲罐中，海藻酸鈉溶液裝入皮層紡絲罐中，芯層熔體和皮層溶液進入復(fù)合噴絲板，經(jīng)復(fù)合噴絲板擠入到凝固浴中纖維成型，將成型的纖維進行熱處理，使得芯層材料進行在線交聯(lián)反應(yīng)，得到具有皮芯結(jié)構(gòu)的固-固相變纖維。
[0011 ]優(yōu)選的，所述的三烯丙基異氰脲酸酯分子量為2400。
[0012]優(yōu)選的，所述的引發(fā)劑為過氧化苯甲?；蚺嫉惗‰?。
[0013]優(yōu)選的，海藻酸鈉溶液濃度為3?5wt%
[0014]優(yōu)選的，步驟(I)所述的熔融溫度為65?80°C。更優(yōu)選的，先將烯丙基聚乙二醇加溫到70°C熔融，再加入三烯丙基異氰脲酸酯和引發(fā)劑效果更佳。
[0015]優(yōu)選的，步驟(2)所述真空脫泡時間為4?6h。
[0016]優(yōu)選的，步驟(3)所述凝固浴中含3?5wt%氯化I丐。
[0017]優(yōu)選的，步驟(3)所述的熱處理溫度為100?130°C，熱處理時間為60?100s。
[0018]本發(fā)明通過將制備的相變材料熔體裝入芯層紡絲罐中，海藻酸鈉溶液裝入皮層紡絲罐中，皮層和芯層原液進入復(fù)合噴絲板，經(jīng)噴絲板擠入凝固浴中，在凝固浴的作用下纖維成型，將成型的纖維進行熱處理，使得芯層材料進行在線交聯(lián)反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)楣?固相變材料，制備了具有皮芯結(jié)構(gòu)且芯層在線交聯(lián)的固-固相變復(fù)合纖維。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0020](I)本發(fā)明采用濕法復(fù)合紡絲法制備皮芯結(jié)構(gòu)的相變纖維，海藻酸鹽為皮層，相變材料烯丙基聚乙二醇、交聯(lián)劑和引發(fā)劑為芯層，熱處理時芯層材料進行交聯(lián)反應(yīng)，制備了一種具有皮芯結(jié)構(gòu)且芯層交聯(lián)的固-固相變復(fù)合纖維，避免了相變材料泄露問題；
[0021 ] (2)本發(fā)明所制備的相變纖維結(jié)晶焓為86.45?88.48J/g，結(jié)晶溫度在34.56°C?35.53°C之間，在紡織行業(yè)有廣泛的應(yīng)用前景；
[0022](3)本發(fā)明工藝簡單，對復(fù)合紡絲工藝無附加要求，且生產(chǎn)成本低，易于工業(yè)化生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明制備的具有皮芯結(jié)構(gòu)且芯層交聯(lián)的固-固相變復(fù)合纖維顯微鏡照片；
[0024]圖2為本發(fā)明實施例1制備的復(fù)合纖維的DSC曲線。
【具體實施方式】
[0025]下面通過具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述，但該實施例不用于限制本發(fā)明的保護范圍。下述實施例中所用材料，試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。
[0026]實施例1
[0027]芯層相變材料制備:將分子量為2400的烯丙基聚乙二醇加溫到70°C熔融，加入等摩爾的三烯丙基異氰脲酸酯和經(jīng)研磨過的引發(fā)劑ΒΡ0，ΒΡ0占上述原料總質(zhì)量3%，在高速攪拌下使其混合均勻。
[0028]皮層海藻酸鈉紡絲溶液的制備:取一定的海藻酸鈉與水配成3%溶液后進行4h真空脫泡。
[0029]復(fù)合纖維的制備:將上述方法制備的相變材料熔體裝入芯層紡絲罐中，海藻酸鈉溶液裝入皮層紡絲罐中，皮層和芯層原液進入復(fù)合噴絲板，經(jīng)噴絲板擠入含3 %氯化鈣的凝固浴中，在凝固浴的作用下纖維成型，將成型的纖維在120°C進行80s熱處理，使得芯層材料進行在線交聯(lián)反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)槠ば窘Y(jié)構(gòu)的固-固相變纖維，其形貌特征如附圖1所示。制備的相變纖維結(jié)晶晗與結(jié)晶溫度分別為88.48J/g，35.53°C。
[0030]DSC差示掃描量熱分析(如附圖2所示)研究分析顯示未經(jīng)熱處理的皮芯復(fù)合纖維結(jié)晶溫度為33.90°C，經(jīng)上述條件熱處理的復(fù)合纖維結(jié)晶溫度為35.53°C，結(jié)晶溫度升高1.63°C，表明了鏈的活動能力下降，說明了在熱處理過程中芯層發(fā)生了交聯(lián)反應(yīng)。
[0031]實施例2
[0032]芯層相變材料制備:將分子量為2400的烯丙基聚乙二醇加溫到65°C熔融，加入摩爾比為1:2的三烯丙基異氰脲酸酯和經(jīng)研磨過的占質(zhì)量4%的引發(fā)劑ΒΡ0，在高速攪拌下使其混合均勻。
[0033]皮層海藻酸鈉紡絲溶液的制備:取一定的海藻酸鈉與水配成4%溶液后進行5h真空脫泡。
[0034]復(fù)合纖維的制備:將上述方法制備的相變材料熔體裝入芯層紡絲罐中，海藻酸鈉溶液裝入皮層紡絲罐中，皮層和芯層原液進入復(fù)合噴絲板，經(jīng)噴絲板擠入含5 %氯化鈣的凝固浴中，在凝固浴的作用下纖維成型，將成型的纖維在100°C進行60s熱處理，使得芯層材料進行交聯(lián)反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)變?yōu)槠ば窘Y(jié)構(gòu)的固-固相變纖維。制備的相變纖維結(jié)晶晗與結(jié)晶溫度分別為 87.51 J/g，35.10°C
[0035]實施例3
[0036]芯層相變材料制備:將分子量為2400的烯丙基聚乙二醇加溫到80°C熔融，加入摩爾比為1:3的三烯丙基異氰脲酸酯和經(jīng)研磨過的占質(zhì)量5%的引發(fā)劑ΒΡ0，在高速攪拌下使其混合均勻。
[0037]皮層海藻酸鈉紡絲溶液的制備:取一定的海藻酸鈉與水配成5%溶液后進行6h真空脫泡。
[0038]復(fù)合纖維的制備:將上述方法制備的相變材料熔體裝入芯層紡絲罐中，海藻