纳米纤维表面的皮芯复合纤维及其制备方法与流程

本发明涉及纺织材料领域，尤其涉及一种纳米纤维表面的皮芯复合纤维及其制备方法。

背景技术：

目前，纤维广泛的应用于纺织、包装、医疗卫生、汽车、电子电器、安全防护、环境保护等领域，而随着社会的进步，人民生活水平的提高，对纤维的差别化、功能化需要越来越高。皮芯复合纤维的产生促进了纤维差别化的发展，皮芯复合纤维是由皮层和芯层两种组分构成，可以使纤维兼具皮层和芯层两种材料的部分性能，赋予纤维更多性能组合。目前，市场上应用较为广泛的皮芯结构纤维为中空纤维，超细纤维，人造羊毛以及耐火纤维，由于皮芯纤维具有柔韧性强，力学性能优，生产成本低等特点，研究者逐渐将皮芯纤维应用在电极材料，传感器以及水处理等领域，但是，传统的皮芯结构的纤维表面都是光滑平整的，存在比表面积小的缺点，无法较好地实现传感，导电，吸附的功能。

技术实现要素：

为解决以上问题，本发明的目的是提供一种纳米纤维表面的皮芯复合纤维及其制备方法，纳米纤维表面的皮芯复合纤维具有较大的比表面积又具有较好的机械性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

纳米纤维表面的皮芯复合纤维，包括芯层，它还包括包裹在芯层外表面的纳米纤维皮层，所述纳米纤维皮层是由纳米纤维丝堆叠组成，所述纳米纤维丝的平均直径为100～500nm；所述芯层为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种，所述纳米纤维皮层为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种；所述芯层的直径为0.05～5mm。

作为优选，所述纳米纤维皮层与芯层为同一种材料。

纳米纤维表面的皮芯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)制备皮芯复合纤维：

称取皮层原料：按质量比，称取皮层聚合物：醋酸丁酸纤维素为1:9～2:3，混合均匀得到皮层原料；

将皮层原料与芯层原料投入双组份皮芯型复合纺丝机中熔融纺丝，皮层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的双螺杆挤出，芯层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的单螺杆挤出，得到由芯层与皮层组成的皮芯复合纤维；所述皮层聚合物为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种，所述芯层原料为聚丙烯、聚乙烯、聚酯和聚酰胺中的一种；

2)制备纳米纤维表面的皮芯复合纤维：

将皮芯复合纤维浸泡在丙酮溶液中，利用丙酮萃取皮层中的醋酸丁酸纤维素后，皮层形成纳米纤维皮层，干燥后，得到纳米纤维表面的皮芯复合纤维。

作为优选，所述皮层原料与芯层原料的质量比为1:4～4:1。

作为优选，所述熔融纺丝的温度为200～300℃。

作为优选，所述芯层原料与皮层聚合物为同一种材料。芯层原料与皮层聚合物为同一种材料制得的纳米纤维表面的皮芯复合纤维中皮芯两层的复合效果更好，贴附的更紧。

作为优选，所述纳米纤维皮层中纳米纤维丝的平均直径为100～500nm，所述芯层的直径为0.05～5mm。

本发明的优点在于：

1，本发明通过双组份皮芯型复合纺丝机纺织皮芯结构的复合纤维，而且皮层通过丙酮萃取醋酸丁酸纤维素后皮层形成纳米纤维皮层；皮层的纳米纤维丝增大了复合纤维的比表面积，芯层又可以提高复合纤维的强度，因此，与传统的纤维相比，该复合纤维既具有较大的比表面积又具有较好的机械性能。

2，本发明利用醋酸丁酸纤维素与聚合物共混的方法实现外层多孔结构，且外层形成纳米纤维丝的平均直径为100～500nm，纳米级的纳米纤维丝具有优异的吸附特性，若经过功能性物质处理，该纳米级的孔洞结构可紧密吸附功能性物质从而实现特殊的功能，如导电，亲水，疏水，即可在特殊纺织面料，传感，超级电容器等领域得到应用。

3，质量比，皮层聚合物：醋酸丁酸纤维素为1:9～2:3，在这个范围内醋酸丁酸纤维素作为海相，皮层聚合物作为岛相，经过共混挤出牵伸，热值相分离，皮层聚合物被分散成纳米纤维丝结构，通过丙酮将醋酸丁酸纤维素萃取后，形成纳米纤维皮层，若质量比小于1:9，外层的纳米纤维膜过于稀少，若质量比大于2:3，则醋酸丁酸纤维素被均匀的分散在外层聚合物中，并且不能形成连续相，当丙酮萃取后，不能形成纳米纤维丝结构而是形成孔洞结构。

附图说明

图1为本发明纳米纤维表面的皮芯复合纤维的结构示意图；

图2为图1的横截面图；

图3为实施例1～4中步骤1)得到的皮芯复合纤维的横截面图；

图4为实施例4得到的纳米纤维表面的皮芯复合纤维的电镜图；

图中各部件标号如下：芯层1、皮层2、纳米纤维皮层3。

具体实施方式

为更好地理解本发明，以下将结合附图和具体实例对发明进行详细的说明。

实施例1

一种纳米纤维表面的皮芯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)制备皮芯复合纤维：

称取皮层原料：按质量比，称取聚丙烯100g与醋酸丁酸纤维素900g，混合均匀得到皮层原料；

芯层原料：称取聚丙烯1000g；

将皮层原料与芯层原料投入双组份皮芯型复合纺丝机中，200℃熔融纺丝，皮层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的双螺杆挤出，芯层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的单螺杆挤出后得到由芯层1与皮层2组成的皮芯复合纤维(如图3所示)；

2)制备纳米纤维表面的皮芯复合纤维：

将皮芯复合纤维浸泡在丙酮溶液中，利用丙酮萃取皮层2中的醋酸丁酸纤维素后，皮层2形成纳米纤维皮层3，干燥后，得到纳米纤维表面的皮芯复合纤维(如图2)。

结合图1所示，芯层1的直径为1mm，纳米纤维皮层3中纳米纤维丝的平均直径为500nm。

实施例2

一种纳米纤维表面的皮芯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)制备皮芯复合纤维：

称取皮层原料：按质量比，称取聚乙烯400g与醋酸丁酸纤维素600g，混合均匀得到皮层原料；

芯层原料：称取聚乙烯4000g；

将皮层原料与芯层原料投入双组份皮芯型复合纺丝机中，250℃熔融纺丝，皮层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的双螺杆挤出，芯层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的单螺杆挤出后得到由芯层1与皮层2组成的皮芯复合纤维(如图3所示)；

2)制备纳米纤维表面的皮芯复合纤维：

将皮芯复合纤维浸泡在丙酮溶液中，利用丙酮萃取皮层2中的醋酸丁酸纤维素后，皮层2形成纳米纤维皮层3，干燥后，得到纳米纤维表面的皮芯复合纤维(如图2)。

结合图1所示，芯层1的直径为5mm，纳米纤维皮层3中纳米纤维丝的平均直径为300nm。

实施例3

一种纳米纤维表面的皮芯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)制备皮芯复合纤维：

称取皮层原料：按质量比，称取聚酯200g与醋酸丁酸纤维素800g，混合均匀得到皮层原料；

芯层原料：称取聚酯250g；

将皮层原料与芯层原料投入双组份皮芯型复合纺丝机中，300℃熔融纺丝，皮层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的双螺杆挤出，芯层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的单螺杆挤出后得到由芯层1与皮层2组成的皮芯复合纤维(如图3所示)；

2)制备纳米纤维表面的皮芯复合纤维：

将皮芯复合纤维浸泡在丙酮溶液中，利用丙酮萃取皮层2中的醋酸丁酸纤维素后，皮层2形成纳米纤维皮层3，干燥后，得到纳米纤维表面的皮芯复合纤维(如图2)。

结合图1所示，芯层1的直径为0.05mm，纳米纤维皮层3中纳米纤维丝的平均直径为100nm。

实施例4

一种纳米纤维表面的皮芯复合纤维的制备方法，包括以下步骤：

1)制备皮芯复合纤维：

称取皮层原料：按质量比，称取聚酰胺300g与醋酸丁酸纤维素700g，混合均匀得到皮层原料；

制备芯层原料：称取聚酰胺2000g；

将皮层原料与芯层原料投入双组份皮芯型复合纺丝机中，300℃熔融纺丝，皮层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的双螺杆挤出，芯层原料经双组份皮芯型复合纺丝机中的单螺杆挤出后得到由芯层1与皮层2组成的皮芯复合纤维(如图3所示)；

2)制备纳米纤维表面的皮芯复合纤维：

将皮芯复合纤维浸泡在丙酮溶液中，利用丙酮萃取皮层2中的醋酸丁酸纤维素后，皮层2形成纳米纤维皮层3，干燥后，得到纳米纤维表面的皮芯复合纤维(如图2)。

结合图1所示，芯层1的直径为2mm，纳米纤维皮层3中纳米纤维丝的平均直径为200nm。

实施例4得到的纳米纤维表面的皮芯复合纤维的电镜图如图4所示。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。