一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法

摘要

本发明涉及一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法，包括：（1）利用石墨烯、硫化铜和聚乙二醇经共混法制备三元复合相变介质；或利用石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯经三维网络法制备三元复合相变介质；（2）将上述三元复合相变介质与聚合物基质进行共混制备纺丝级切片，并干燥，最后经熔融纺丝法纺制成智能调温纤维。本发明的方法操作简单，该智能调温纤维对远、近红外光，可见光均有吸收，且该智能调温纤维具有快响应高效率的特点，应用前景广阔。

权利要求

1.一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法，包括：

(1)利用石墨烯、硫化铜和聚乙二醇经共混法制备三元复合相变介质；其中石墨烯、硫化铜和聚乙二醇三者的质量比为1～50:1～50:1000；共混法中共混温度为60～80℃，共混时间为2～4小时；

或利用石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯经三维网络法制备三元复合相变介质；其中石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯三者的质量比为1～50:1～50:1000；其中三维网络法为：将石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯混合后，加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或二乙烯基苯作为交联剂，然后经光辐射交联或溶液自由基聚合而成，其中聚乙二醇丙烯酸酯的分子量为1000～20000，交联剂占单体聚乙二醇丙烯酸酯的摩尔分数为20～40％；

(2)将上述三元复合相变介质与聚合物基质进行共混制备纺丝级切片，并干燥，最后经熔融纺丝法纺制成智能调温纤维。

2.根据权利要求1所述的一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的聚合物基质为聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚酰胺中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的三元复合相变介质与聚合物基质的质量比5:95～40:60，共混的温度为

180～300℃。

4.根据权利要求1所述的一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法，其特征在于：步骤(2)中所述的干燥为干燥至切片的含水率为50～100ppm。

说明书

一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法

技术领域

[0001] 本发明属于智能调温纤维的制备领域，特别涉及一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法。

背景技术

[0002] 随着社会的进步和人们需求的发展，纤维纺织业逐渐向功能化、感性化、智能化方向转变，品种趋向功能智能一体化。蓄热调温纤维是其中较大的一种舒适性纤维。调温纤维利用物质相变过程中释放或吸收潜热、温度保持不变的特性开发出来的一种功能纤维，具有双向自动调温功能。调温纤维的应用领域较为广泛，欧美等国家重视其研发，国内处于摸索阶段，而没有实现产业化，产品以进口为主，价格居高不下。美国等采用微胶囊溶液纺丝法，已经成功实现丙烯腈、粘胶系列纤维的调温改性。因微胶囊合成工艺复杂，且只适合湿法纺丝纤维品种，成本偏高，导致产品价格昂贵。另湿法纺丝工艺的纺程较长、污染较大、产量较低，且理论添加量也较低，而采用熔融纺丝工艺能够较好地解决上述问题，是目前研究的一个热点。

[0003] 首先，需要制备一种快响应高储能的相变介质。按材料的化学组成可将相变介质材料分为无机相变材料、有机相变材料和高分子及其复合相变材料。无机相变材料主要包括结晶水合盐、熔融盐和金属合金等；有机相变材料主要包括石蜡、酯、羧酸、多元醇等；高分子及其复合相变材料主要包括高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙二醇(PEG)以及高分子与有机或无机PCM的复合物。有机相变材料具有过冷程度小、无相分离等优点，是相变储能材料研究中相对成熟的一类，但该材料在相变过程中有液相产生，其应用条件和范围受到限制。尽管采用微囊包封技术可以在一定程度上解决这一问题，但材料的包裹率低、成本高、储热能力有限。高分子基PCM既可以使材料在相变时保持宏观形状不发生变化，还可以提高PCM在基体中的含量，是极有发展前景的PCM。

[0004] 根据相变材料的研究及应用发现，单一相变材料已不能满足功能智能一体化的需求。通过物理及化学的手段，在相变材料中加入功能性添加剂，提供一种快响应高储能的相变介质材料。

[0005] 其次，提高相变材料的热稳定性、化学稳定性及抗剪切性。当相变材料被添加进聚合物基质中进行熔体纺丝时，相变材料须在加工热环境下，经过螺杆的剪切作用而不发生变质。常规聚烯烃、聚酯、聚酰胺等聚合物的熔体加工温度均高于200°C，压力超过21MPa，相变材料在这种环境下易发生降解或变质，导致其丧失储能调温功能。

[0006] 最后，制备性能稳定的相变纤维，获得完善的成形加工工艺。研究相变材料在聚合物介质中的相容性、流变性及结晶性等性能，为熔融加工纺丝成形的提供理论基础。通过研究外场（温度场和拉伸应力等）对初生纤维的力学、热学性能的影响，建立外场条件、相变纤维凝聚态、及力学性能之间的关系，不仅为实现多功能舒适性纤维的产业化奠定理论基础，而且为实现相变纤维的成形提供了一种新的路径。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法，该方法制备的智能调温纤维是基于常规相变材料聚乙二醇的基础上，利用具有远、近红外吸收石墨烯、硫化铜作为能量转化的促进剂，制备快响应储能调温纤维；本发明的智能调温纤维对远、近红外光、可见光均有吸收。

[0008] 本发明的一种熔融纺丝法制备智能调温纤维的方法，包括：

[0009] （1）利用石墨烯、硫化铜和聚乙二醇经共混法制备能够转化并储存远、近红外光和可见光光能量的三元复合相变介质；

[0010] 或利用石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯经三维网络法制备能够转化并储存远、近红外光和可见光光能量的三元复合相变介质；

[0011] （2）将上述三元复合相变介质与聚合物基质进行共混制备纺丝级切片，并干燥，最后经熔融纺丝法纺制成智能调温纤维。

[0012] 步骤（1）中所述的石墨烯、硫化铜和聚乙二醇三者的质量比为1～50:1～50:1000；石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯三者的质量比为1～50:1～50:1000。

[0013] 步骤（1）中所述的共混法中共混温度为60～80°C，共混时间为2～4小时。

[0014] 步骤（1）中所述的三维网络法为：将石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯混合后（聚乙二醇丙烯酸酯为单体），加入N,N’-亚甲基双丙烯酰胺或二乙烯基苯作为交联剂，然后经光辐射交联或溶液自由基聚合而成，其中聚乙二醇丙烯酸酯的分子量为1000～20000，交联剂占单体聚乙二醇丙烯酸酯的摩尔分数为20～40%。

[0015] 步骤（2）中所述的聚合物基质为聚丙烯（PP）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）、聚酰胺（PA）中的一种。

[0016] 步骤（2）中所述的三元复合相变介质与聚合物基质的质量比5:95～40:60，共混的温度为180～300°C。

[0017] 步骤（2）中所述的干燥为干燥至切片的含水率为50～100ppm。

[0018] 本发明的纤维基于常规相变材料聚乙二醇的储能调温功能，结合具有远红外吸收功能的粉体石墨烯（GNP）与近红外吸收功能的硫化铜（CuS），以增加相变介质对光能量的吸收及转化效率。

[0019] 有益效果：

[0020] （1）本发明得到的智能调温纤维对远、近红外光，可见光均有吸收，且该智能调温纤维具有快响应高效率的特点；

[0021] （2）本发明制备的智能调温纤维不仅能够应用在舒适性功能纤维领域，其特有的红外吸收功能有望在红外屏蔽领域取得突破。

附图说明

[0022] 图1是本发明方法制备智能调温纤维的流程示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0024] 实施例1

[0025] 首先，利用质量比为1:1:1000的石墨烯、硫化铜和聚乙二醇，在60°C下充分共混2h，获得三元复合相变介质（CuGEG）；其次将质量比为5:95的CuGEG和聚丙烯（PP）切片在190°C经双螺杆共混造粒获得复合切片；最后复合切片经干燥后，控制含水率在50～100ppm时，经熔融纺丝获得储能调温纤维。图1给出了调温纤维的制备示意图。

[0026] 实施例2

[0027] 首先，利用质量比为50:50:1000的石墨烯、硫化铜和聚乙二醇，在80°C下充分共混4h，获得三元复合相变介质（CuGEG）；其次将质量比为40:60的CuGEG和聚对苯二甲酸乙二酯（PET）切片在280°C经双螺杆共混造粒获得复合切片；最后复合切片经干燥后，控制含水率在50～100ppm时，经熔融纺丝获得储能调温纤维。

[0028] 实施例3

[0029] 首先，利用质量比为5:5:1000的石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯（Mn≈1000），加入摩尔分数为聚乙二醇丙烯酸酯20%的N,N’-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，经溶液自由基聚合获得CuGEG；其次将质量比为30:70的CuGEG和聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)在290°C经双螺杆共混造粒获得复合切片；最后复合切片经干燥后，控制含水率在50～100ppm时，经熔融纺丝获得储能调温纤维。

[0030] 实施例4

[0031] 首先，利用质量比为10:10:1000的石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯（Mn≈20000），加入摩尔分数为聚乙二醇丙烯酸酯40%的二乙烯基苯为交联剂，经溶液自由基聚合获得CuGEG；其次将质量比为20:80的CuGEG和聚对苯二甲酸丙二酯（PTT）在290°C经双螺杆共混造粒获得复合切片；最后复合切片经干燥后，控制含水率在50～100ppm时，经熔融纺丝获得储能调温纤维。

[0032] 实施例5

[0033] 首先，利用质量比为40:40:1000的石墨烯、硫化铜和聚乙二醇丙烯酸酯（Mn≈10000），加入摩尔分数为聚乙二醇丙烯酸酯30%的二乙烯基苯为交联剂，经辐射交联聚合获得CuGEG；其次将质量比为10:90的CuGEG和聚酰胺（PA）在310°C经双螺杆共混造粒获得复合切片；最后复合切片经干燥后，控制含水率在50～100ppm时，经熔融纺丝获得储能调温纤维。