一种双层相变复合纤维膜及其制备方法和应用

本发明属于功能化相变材料制备方法，涉及一种双层相变复合纤维膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着社会文明的发展，服装的艺术性和审美性受到广泛的重视，而热舒适性能则是满足日常生活和劳动生产要求的首要目标。在大多数情况下，室内热调节在很大程度上依赖于建筑物的采暖、通风和空调(hvac)系统，然而，这种能源密集型的环境控制系统与节能低碳的目标背道而驰。因此，面对能源危机和全球变暖，迫切需要通过更有效的策略来实施热调节。近年来，智能热调节纺织品受到了极大的关注，热能储存技术(tes)已在先进的智能热调节纺织品中得到了广泛的探索。在各种tes策略中，相变材料(pcm)凭借其高潜热储存密度、刺激响应性和可逆热调节能力脱颖而出，pcm能够在几乎恒定的温度下在相变过程中储存和释放潜热。将pcm与服装结合在一起，可以吸收身体的多余热量并在需要时释放储存的热量，提供暂时的降温或保暖效果，从而提高人体热舒适性。为了解决pcm的泄漏问题，研究者通过物理共混或化学交联等方式开发了形状稳定的复合pcm，并赋予其一定的导热性。peg1000的熔融焓为144.11j/g，熔融温度为34.3℃，结晶焓为128.08j/g，结晶温度为25.6℃，其具有使人体感觉舒适的温度，可以应用于智能热调节纺织品的制备。然而，聚乙二醇熔融泄漏和热导率低等问题，限制了它在可穿戴热管理场景中的应用，同时目前纺织品耐污性能差，频繁清洗也容易造成其导热蓄热功能的下降。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种双层相变复合纤维膜及其制备方法和应用，从而解决现有技术中相变组分聚乙二醇熔融泄漏、热导率低以及现有的智能纺织品耐污性能差的技术问题。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种双层相变复合纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将聚丙烯腈溶于n’n-二甲基甲酰胺中，搅拌使其完全溶解后，加入聚乙二醇并继续搅拌，使得聚乙二醇完全溶解，然后加入羧基化碳纳米管，超声搅拌使得羧基化碳纳米管分散均匀，制得纺丝前驱液；

5、s2：将所述纺丝前驱液通过静电纺丝过程制得复合相变纤维膜；

6、s3：在所述复合相变纤维膜上继续通过静电纺丝过程构建聚偏氟乙烯纤维层，制得所述双层相变复合纤维膜。

7、优选的，所述聚丙烯腈的质量浓度为10％～12％。

8、优选的，所述聚乙二醇的添加量为聚丙烯腈质量的20％～50％，羧基化碳纳米管的添加量为聚丙烯腈质量的1％～5％。

9、优选的，所述聚乙二醇的分子量为800～6000。

10、优选的，步骤s2中，所述静电纺丝过程中电压为20～25kv，纺丝距离为12～17cm，进料速率为0.015～0.020ml/min。

11、优选的，步骤s3中，首先将聚偏氟乙烯溶于有机溶剂中制得聚偏氟乙烯纺丝液，然后控制静电纺丝的电压为17～23kv、纺丝距离为12～17cm，进料速率为0.015～0.020ml/min进行纺丝，制得所述双层相变复合纤维膜。

12、优选的，所述有机溶剂为n’n-二甲基甲酰胺或n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的混合溶液；当所述有机溶剂为n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的混合溶液时，所述n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的体积比为(9～7):(1～3)。

13、一种双层相变复合纤维膜，通过上述的制备方法制得，所述双层相变复合纤维膜包括导热层和耐污层。

14、上述的一种双层相变复合纤维膜，所述导热层的导热系数为0.027～0.051w/(m·k)，熔融焓为10.52～46.15j/g，熔融温度为18.5～59.6℃，结晶焓为12.18～46.81j/g，结晶温度为8.8～39.6℃；所述耐污层的水接触角大于130°。

15、上述的双层相变复合纤维膜在智能纺织品中的应用。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

17、本发明公开一种双层相变复合纤维膜的制备方法，将聚乙二醇与聚丙烯腈以及羧基化碳纳米管进行混合纺丝，聚丙烯腈上的氰基基团和羧基化碳纳米管的羧基与聚乙二醇中的羟基形成氢键键合，经过静电纺丝后，形成尺寸分布均匀、表面光滑的纳米纤维，聚丙烯腈作为易纺的高分子聚合物，与聚乙二醇进行共混纺丝，使得聚丙烯腈可以有效包裹聚乙二醇，有效避免了聚乙二醇的泄漏问题，另外羧基化碳纳米管具有良好的传热潜力，且能够分散在液相有机材料中，通过静电纺丝，有效提高了复合纤维薄膜的导热性能，另外，聚偏氟乙烯通过叠加形式与聚乙二醇、聚丙烯腈以及羧基化碳纳米管构成的复合薄膜结合，基于pvdf超疏水的特性，构建了超疏水的表面，有效提高了材料的耐污性能。该方法制备简单，设计合理，有效提高了材料的导热性能、储热散热性能以及耐污性能，具备广泛的应用前景。

18、进一步的，聚丙烯腈的质量浓度为10％～12％，可使得在一定纺丝条件下与peg共混形成形貌均一良好的纤维。

19、进一步的，聚乙二醇的添加量为聚丙烯腈质量的20％～50％，羧基化碳纳米管的添加量为聚丙烯腈质量的1％～5％，可使得获得更高相变焓的复合纤维，并且具有一定的导热性能。

20、进一步的，聚乙二醇的分子量为800～6000，可使得所述纤维的作用温度接近人体温度，可以应用于智能纺织品。

21、进一步的，步骤s2中，所述静电纺丝过程中电压为20～25kv，纺丝距离为12～17cm，进料速率为0.015～0.020ml/min，可使得共混纺丝前驱液能够连续纺丝，纤维长径比大、形貌良好、无黏结与纺锤体结构。

22、进一步的，步骤s3中，静电纺丝的电压为17～23kv、纺丝距离为12～17cm，进料速率为0.015～0.020ml/min进行纺丝，可使得pvdf纺丝前驱液能够连续成丝，确保得到尺寸均一的纺丝。

23、进一步的，有机溶剂为n’n-二甲基甲酰胺或n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的混合溶液；当所述有机溶剂为n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的混合溶液时，所述n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的体积比为(9～7):(1～3)，可使得pvdf充分溶解在有机溶剂中，确保最佳纺丝条件。

技术特征：

1.一种双层相变复合纤维膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种双层相变复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈的质量浓度为10％～12％。

3.根据权利要求1所述的一种双层相变复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇的添加量为聚丙烯腈质量的20％～50％，羧基化碳纳米管的添加量为聚丙烯腈质量的1％～5％。

4.根据权利要求1所述的一种双层相变复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚乙二醇的分子量为800～6000。

5.根据权利要求1所述的一种双层相变复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述静电纺丝过程中电压为20～25kv，纺丝距离为12～17cm，进料速率为0.015～0.020ml/min。

6.根据权利要求1所述的一种双层相变复合纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤s3中，首先将聚偏氟乙烯溶于有机溶剂中制得聚偏氟乙烯纺丝液，然后控制静电纺丝的电压为17～23kv、纺丝距离为12～17cm，进料速率为0.015～0.020ml/min进行纺丝，制得所述双层相变复合纤维膜。

7.根据权利要求6所述的一种双层相变复合纤维膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为n’n-二甲基甲酰胺或n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的混合溶液；当所述有机溶剂为n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的混合溶液时，所述n’n-二甲基甲酰胺与丙酮的体积比为(9～7):(1～3)。

8.一种双层相变复合纤维膜，其特征在于，通过权利要求1～7中任意一项所述的制备方法制得，所述双层相变复合纤维膜包括导热层和耐污层。

9.根据权利要求8所述的一种双层相变复合纤维膜，其特征在于，所述导热层的导热系数为0.027～0.051w/(m·k)，熔融焓为10.52～46.15j/g，熔融温度为18.5～59.6℃，结晶焓为12.18～46.81j/g，结晶温度为8.8～39.6℃；所述耐污层的水接触角大于130°。

10.权利要求9中所述的双层相变复合纤维膜在智能纺织品中的应用。

技术总结
本发明公开一种双层相变复合纤维膜及其制备方法和应用，其制备方法包括将聚丙烯腈溶于N’N‑二甲基甲酰胺中，搅拌使其完全溶解后，加入聚乙二醇并继续，使得聚乙二醇完全溶解，然后加入羧基化碳纳米管，搅拌使得羧基化碳纳米管分散均匀，制得静电纺丝前驱液；将静电纺丝前驱液通过静电纺丝过程制得所述复合相变纤维膜；在复合相变纤维膜上继续通过静电纺丝过程构建聚偏氟乙烯纤维层，制得所述双层相变复合纤维膜。该方法制备简单，设计合理，有效提高了材料的导热性能、储热散热性能以及耐污性能，具备广泛的应用前景。

技术研发人员：谢璠,代曦怡,陆赵情,魏海涛,刘巧玲
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16