[发明专利]一种热稳定、高强度定型相变超细纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种热稳定、高强度定型相变超细纤维的制备方法，包括以下步骤：（1）相变超细纤维纺丝前驱液制备；（2）高压静电纺丝。与现有技术相比，本发明的有益效果为：聚丙烯腈基体材料能够包裹相变材料，对聚乙二醇起到支撑和固定作用，有效防止相变材料在应用过程中发生渗漏。通过静电纺丝成型超细相变纤维，聚乙二醇和聚丙烯腈未出现相分离现象，两者具有较好的相容性。有机季铵盐蒙脱土与聚丙烯腈基体复合所制备的聚丙烯腈/有机季铵盐蒙脱土纳米复合材料模量高、拉伸强度高、热变形温度高、具有一定的气体阻隔性和阻燃性能，有效提高相变纤维的机械性能。所得相变超细纤维绿色、环保，具有热稳定性、强度高特点。

技术领域

本发明涉及相变纤维材料，特别是一种热稳定、高强度定型相变超细纤维的制备方法。

背景技术

潜热储存具有高的储能密度、在能量的储存和释放过程中温度变化小等特点，是一种高效的热能储存方式。相变材料在潜热储存时表现出接近恒温的高密度储能性，在应对当今面临能源危机时被认为是最有前景的热能储存材料，主要应用在建筑节能、太阳能储存系统和热调节功能纤维等领域。相变材料主要是利用固—液或固—固相变转变过程，在应用过程中存在相变材料发生渗漏和形状不稳定等问题，严重限制了其应用领域和使用效果。而相变调温纤维是将相变调温材料与其他聚合物基体复合制备出的一种蓄热调温纤维，纤维中的相变材料能够根据环境温度变化发生相转变过程与外界环境进行热量交换，从而达到对纤维周围环境的温度调控。同时相变纤维中的聚合物基体能够对相变材料起到支撑和固定的作用，防止相变材料在应用过程中发生渗漏并对相变材料起到了包裹的作用，使相变纤维成为一种优良的定型相变材料。目前，科研人员通过聚合反应将相变材料掺杂到聚合物基材当中制备相变纤维，但制备工艺复杂、纤维相变性能表现不良。另有学者研究通过熔融法或湿法纺丝法把微量相变材料复合到聚合物体系中，然而存在相变材料掺杂量少，产品综合性能不佳等缺点。静电纺丝法是一种可纺原料丰富、基材掺杂简单、工艺简易、结构可控、可批量生产的纳米纤维高效制备技术手段。聚合物复合体系通过静电纺丝成型所得纤维集合体具有空隙率高、比表面积大、性能稳定等特点，聚合物通过静电纺丝均匀掺杂，产品广泛用于过滤吸附、增强材料、催化、能源器件及柔性智能纺织产品等领域。聚丙烯腈(PAN)是重要的工业聚合物原料，在纺织工业领域使用量排名处于合成聚合物第四位，常被用来碳化制备高强度、高模量、轻质地的碳纤维、碳纳米管/线等。聚丙烯腈分子链中含有大量的强极性氰基基团具有较强的化学反应活性、可与有机物等形成较强的氢键等结合作用，是聚丙烯腈聚合物改性、功能化修饰的活性位点。

研究发现，有机改性后的蒙脱土属于层结构硅酸盐矿物质，具有特殊的层状二维纳米结构，可通过插层、机械振荡等方式剥离分散片层结构。有机蒙脱土与聚合物基体复合所制备的聚合物/蒙脱土纳米复合材料具有模量高、拉伸强度高、热变形温度高、较好的气体阻隔性和阻燃性能。

相变调温、储能材料聚乙二醇(PEG) 在常温下能够发生从无定形到结晶的相变并获得相变焓，同时伴随潜热的形式吸收、储存、释放能量，是常见的相变材料。但是将有机蒙脱土和聚合物基体聚丙烯腈复合与聚乙二醇掺杂，通过静电纺丝制备超细相变纤维的研究尚未见报道。如何解决聚乙二醇相变材料在应用时存在发生变形渗漏和尺寸不稳定、力学性能差、热稳定差等，是目前是当前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种热稳定、高强度定型相变超细纤维的制备方法，以解决现有技术中的不足，它能够聚乙二醇相变材料在应用时存在发生变形渗漏和尺寸不稳定、力学性能差、热稳定差等，制备出的相变超细纤维机械性能稳定、绿色、环保。

本发明提供了一种热稳定、高强度定型相变超细纤维的制备方法，包括以下步骤：