一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法

本发明属于纤维制备，具体涉及一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法。

背景技术：

1、莱赛尔纤维采用新溶剂法纤维素纤维生产技术，工艺流程短，溶剂可循环使用，生产过程绿色环保，从而被视作粘胶纤维的替代产品。随着我国产业政策的调整和环保要求的不断提高，莱赛尔纤维的产业化开发已成为纺织行业新的产业热点。自莱赛尔纤维生产技术问世以来，该技术的不断发展影响了众多行业，同样它也影响着莱赛尔纤维产业的发展。技术的创新降低了纤维的生产成本，提高了纤维的质量和产量。目前，许多纤维生产厂商正致力于对已达到使用寿命的纤维进行再生处理与重复利用，这可能会给莱赛尔纤维市场带来新的发展契机。莱赛尔纤维市场在未来将呈现高速增长的趋势。

2、蜘蛛丝是一种天然的动物蛋白纤维，是随蜘蛛4亿年进化的结果，是为蜘蛛的生存与繁殖所设计的，蛛丝的适应进化和生物学功能塑造了其特有的结构和性能。蜘蛛能纺出具有不同组成结构、性能与生物学特性的蛛丝纤维，以适应不同生活环境的需求。这种多样化的力学性能与生物学功能，为人们进行蛛丝纤维组成、结构、力学性能与功能之间关系的深入研究以及具有特殊性能的新型丝纤维材料的仿生设计研究与利用提供了广阔的空间。蜘蛛丝优良的性能引起了世界各国科学家的兴趣和关注，人们对蜘蛛丝的研究除了科学理论上的需要外，其最终目的是更深入地认识和掌握蜘蛛丝的结构与性能之间的关系，以便模仿其特有的结构来制造符合人们各种需求的功能纤维，这些纤维可广泛应用于人工关节、韧带、肌腱、肌肉等人造组织和器官的组织工程材料领域；医用缝合线、药物载体等医药领域；高性能的丝纤维、条带和薄片、纺织、刺绣等材料的日常生活领域；太空服等航天航空领域。

3、莱赛尔纤维通常以木浆粨为主要原料，以木浆粨为主要原料制备的莱赛尔纤维的强力较好，而以棉浆粨为主要原料制备的莱赛尔纤维的强力较差，为了提高棉浆粨为主要原料制备的莱赛尔纤维的强力，需要需求新方法来解决该难题，但是，目前这方面的解决方案尚未见报道。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法，该方法包括以下步骤：

2、(1)n-甲基吗啉-n-氧化物(nmmo)水溶液的制备：将采购的nmmo水溶液进行蒸馏，制得含nmmo质量分数为97～99％的nmmo水溶液。

3、(2)蜘蛛丝的溶解：搅拌条件下，将蜘蛛丝溶解于nmmo水溶液，制得含蜘蛛丝的nmmo水溶液；

4、优选地，所述蜘蛛丝/g与nmmo水溶液/ml的比例为1︰10～20。

5、(3)棉浆粨的溶解：将棉浆粨溶于nmmo水溶液，在反应釜中于115～130℃真空搅拌溶解3～5小时，制得含棉浆粨的nmmo水溶液；

6、优选地，所述棉浆粨/g与nmmo水溶液/ml的比例为1︰5～7。

7、(4)纺丝液的制备：将步骤(2)制备的含蜘蛛丝的nmmo水溶液滴加步骤(3)制备的含棉浆粨的nmmo水溶液，设置搅拌釜的温度为115～130℃，搅拌混合均匀，制得纺丝液；

8、优选地，所述含蜘蛛丝的nmmo水溶液与含棉浆粨的nmmo水溶液的体积比为1︰20～30。

9、(5)纺丝液的陈化：将纺丝液置于溶剂储存装置静置陈化，设置陈化温度为120～130℃，陈化时间为30～40分钟。

10、(6)莱赛尔纤维的纺丝：将纺丝液加入螺杆挤压机，在100～120℃下进一步溶解，然后过滤，进入纺丝系统进行纺丝，喷出的丝线在空气中呈垂直拉伸，进入凝固浴槽，凝固成形；

11、优选地，所述纺丝系统中，气隙长度为7～9cm，纺丝速度为40～60m/min，喷丝板孔径为50～80μm，孔毛细管长550～700μm。

12、优选地，所述凝固浴浓度为含nmmo质量分数为12～14％的nmmo水溶液，凝固浴温度为0～6℃。

13、(7)纤维的水洗：将步骤(6)处理后的纤维浸入75～80℃的热水中进行水洗，水洗时间为1～3分钟，浴比1︰20～25；

14、(8)纤维的上油：将步骤(7)处理后的纤维浸入3～4g/l的油浴溶液，油浴温度为80～85℃，时间为1～3分钟，浴比1︰15～20；

15、(9)纤维的烘干：将步骤(8)处理后的纤维经过烘干处理后得到莱赛尔纤维。

16、本发明具有如下显著优点：

17、(1)针对棉浆粨为主要原料制备的莱赛尔纤维的强力较差的缺点，本申请的发明人意外地发现，以蜘蛛丝为辅助材料，将棉浆粨和蜘蛛丝制备为莱赛尔纤维；制得的莱赛尔纤维比木浆粨为主要原料制备的莱赛尔纤维具有更好的强力性能。

18、(2)本申请的发明人意外地发现，在制备过程中增加了“纺丝液的陈化”这一重要工序，解决了纤维原纤化严重的问题，有利于纤维强度的增加。

19、(3)本发明构建了蜘蛛丝用量的最佳比例，当蜘蛛丝用量过高或过低时，莱赛尔纤维的强力性能效果均较差。

20、(4)从力学性能的测试结果来看，通过添加蜘蛛丝后，本发明制备的莱赛尔纤维的力学性能均优于市场的莱赛尔纤维。

技术特征：

1.一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法，其特征在于：所述步骤(2)中蜘蛛丝与nmmo水溶液的比例为1g︰(10～20)ml。

3.根据权利要求1所述的一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法，其特征在于：所述步骤(3)中棉浆粨与nmmo水溶液的比例为1g︰(5～7)ml。

4.根据权利要求1所述的一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法，其特征在于：所述步骤(4)中含蜘蛛丝的nmmo水溶液与含棉浆粨的nmmo水溶液的体积比为1︰(20～30)。

5.根据权利要求1所述的一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法，其特征在于：所述步骤(6)中纺丝系统中，气隙长度为7～9cm，纺丝速度为40～60m/min，喷丝板孔径为50～80μm，孔毛细管长550～700μm；所述凝固浴浓度为含nmmo质量分数为12～14％的nmmo水溶液，凝固浴温度为0～6℃。

技术总结
本发明涉及一种蜘蛛丝增强莱赛尔纤维力学强度的方法。本发明以蜘蛛丝为辅助材料，以棉浆粨为主要材料，将蜘蛛丝和棉浆粨分别溶解于N‑甲基吗啉‑N‑氧化物，将蜘蛛丝和棉浆粨混合制得纺丝液，将纺丝液静置陈化，然后，进行纺丝、水洗、上油和烘干等，制得莱赛尔纤维。本发明在制备过程中增加了“陈化”这一重要工序，解决了纤维原纤化严重的问题，有利于纤维强度的增加。从力学性能的测试结果来看，通过添加蜘蛛丝后，本发明制备的莱赛尔纤维的力学性能均优于市场的莱赛尔纤维。

技术研发人员：鄢俊龙,彭雄义,李宁,夏东升,章浩,刘仰硕,董雄伟
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7