[发明专利]一种制备具有取向孔结构的多孔纤维的装置

说明书

本发明涉及一种制备具有取向孔结构的多孔纤维的装置，包括：纤维挤出单元；冷冻单元，所述纤维挤出单元挤出的纤维穿过冷冻单元；以及用于收集冷冻后的纤维的收集单元。该装置通过结合定向冷冻和溶液纺丝，得到的多孔纤维的孔结构具有取向性；同时，可以实现多孔纤维的连续和大规模制备。

技术领域

本发明涉及多孔纤维的制备装置，具体涉及一种制备具有取向孔结构的多孔纤维的装置。

背景技术

纺丝装置是一种使成纤聚合物溶液或熔体形成丝状物的机器。根据纤维纺丝方法不同，传统纺丝分为湿法纺丝、干法纺丝和熔融纺丝。

湿法纺丝是从喷丝头中挤出纺丝液细流进入凝固浴，聚合物在凝固浴中析出而形成初生纤维的技术。湿法纺丝需要种类繁多、体积庞大的原液制备和纺前准备设备，而且还要有凝固浴、循环及回收设备，工艺流程复杂、厂房建筑和设备投资费用大、纺丝速度低，因此成本较高。

干法纺丝是从喷丝头中挤出纺丝溶液进入纺丝甬道，通过甬道中热空气的作用，使溶液细流中的溶剂快速挥发，溶液细流在逐渐脱去溶剂的同时发生浓缩和固化而形成初生纤维的技术。干法纺丝适合于加工分解温度低于熔点或加热时易变色、但能溶解在适当溶剂中的成纤高聚物。但是干法纺丝需要的辅助设备较多，成本高。

熔融纺丝是将聚合物加热熔融，通过喷丝孔挤出，在空气中冷却固化形成纤维的纺丝方法。熔融纺丝不需要溶剂和沉淀剂，设备简单，工艺流程短。但设备所需电压较高，操作温度高。

定向冷冻是一种利用温度梯度来影响和控制原料的运动和组装从而获得取向结构多孔材料的方法。近年来，人们利用定向冷冻法成功制备了多类具有取向结构的多孔材料。Deville等人(S.Deville,E.Saiz,A.P.Tomsia,Biomaterials 2006,27,5480.)成功制备了羟基磷灰石的支架材料，取向结构的存在使得这种材料具有比其他结构更大的压缩强度。Wicklein等人(B.Wicklein,A.Kocjan,G.Salazar-Alvarez,F.Carosio,G.Camino,M.Antonietti,L.Bergstrom,Nat.Nanotechnol.2014,10,27791)利用定向冷冻法制备的石墨烯/纤维素复合支架材料因为取向结构而具有更好的隔热和阻燃性能。由于其模具的限制，通过冷冻法制备的多孔材料其尺寸一般较大，难以应用于纺织行业；同时，无法实现连续大规模的制备，对于需要大规模连续制备多孔纤维的场合，这一缺点严重限制了定向冷冻法制备多孔纤维的应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备具有取向孔结构的多孔纤维的装置，通过结合定向冷冻和溶液纺丝，得到的多孔纤维的孔结构具有取向性；同时，可以实现多孔纤维的连续和大规模制备。

本发明所提供的技术方案为：

一种制备具有取向孔结构的多孔纤维的装置，包括：

纤维挤出单元；

冷冻单元，所述纤维挤出单元挤出的纤维穿过冷冻单元；

以及用于收集冷冻后的纤维的收集单元。

上述技术方案中，针对装置结构进行设计将定向冷冻和溶液纺丝技术结合，制备出具有取向孔结构的多孔纤维。纺丝液经由纤维挤出单元挤出，穿过冷冻单元，在垂直冷冻单元方向存在温度梯度，由于温度梯度的影响，冰晶的成核和生长在挤出方向上都得到了取向，形成取向孔结构。同时，由于体系发生微观相分离，原料被冰晶所排挤、压缩在冰晶之间的空隙之中。冷冻后的纤维由收集单元进行收集。待冷冻完全后，再通过冷冻干燥法除去冰晶，就得到了以冰晶为模板的，具有取向孔结构的多孔纤维。因此，上述的设备可以实现多孔纤维的连续和大规模制备。

本发明所述纤维挤出单元的纤维挤出方向可以向竖直方向进行挤出，也可以向水平方向进行挤出，或者别的任何角度。