具有隔离腔室的相变储能纤维及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有隔离腔室的相变储能纤维，其基体为致密的硼酸交联聚乙烯醇，所述基体中具有若干相互隔离的腔室，所述腔室沿纤维的长度方向分布，各腔室中含有油溶性相变材料。其制备方法如下：(1)配制中间相流体、外相流体和接收液；(2)以油溶性相变材料为内相流体，将内相流体、中间相流体、外相流体分别注入的注射管、过渡管和收集管，内相流体经注射管进入过渡管，在过渡管中内相流体被中间相流体剪切成单分散的液滴，携带单分散液滴的中间相流体经过渡管进入收集管，在收集管中，中间相流体中的组分交联固化并脱水形成纤维，用盛有接收液的接收容器收集所述纤维；(3)待接收液中的纤维完全固化后，将其取出，洗涤并干燥即得。

【技术实现步骤摘要】
具有隔离腔室的相变储能纤维及其制备方法
本专利技术属于相变储能材料领域，特别涉及具有隔离腔室的相变储能纤维及其制备方法。
技术介绍
相变储能纤维是一种双向调温的智能纤维，相变储能纤维内包封的相变材料可根据外界环境的温度变化，发生相态间的可逆转化，同时吸收、储存、释放大量的热量，从而实现温度的调节。相变储能纤维主要应用于航天、航空、军工等领域。现有的相变储能纤维或者相变储能纤维膜的制备方法主要有复合纺丝法，相变材料微胶囊纺丝法以及同轴纺丝法。复合纺丝法是将相变材料与聚合物溶液或聚合物熔融物混合形成纺丝液，通过纺丝制备相变储能纤维。该方法制备的相变储能纤维中，相变材料随机分布于纤维的表面和内部，这种结构导致纤维反复使用后纤维表面的相变材料流失，调温能力下降，热稳定性较差，特别是当其中的相变材料的含量高于30％时，使用过程中相变材料的流失比较严重。相变材料微胶囊纺丝法是将相变材料包封在微囊中，再将微囊加入聚合物溶液中纺丝制备。虽然该方法可解决相变材料易泄漏的问题，但该方法的操作繁琐，并且，为了保证纺丝液的可纺性和避免纺丝喷头堵塞，该方法要求储能纤维中相变微胶囊的含量低于30％，同时微囊的尺寸应小于10μm，这造成该方法制备的相变储能纤维中相变材料的含量有限，其相变潜热低于27J/g，而且包封有相变材料的微囊是随机分布在纤维中的，微囊尺寸过大或分布不均都会对纤维的机械性能造成不利影响。CongVanDo等采用同轴静电纺丝法制备了核-鞘结构的二维纳米纤维膜(见CongVanDo,ThuyThiThuNguyen,JunSeoPark,SolarEnergyMaterials&SolarCells,2012,104,131–139)，这种结构的相变储能纤维虽能将相变材料良好地包封，但只有当相变材料的含量低于45％时才能保证纤维膜的结构良好，当相变材料含量高于50％时，二维纤维膜中会出现大量的串珠，甚至融成一片，导致二维纤维膜失去使用价值。该方法受到电压大小、喷头与接收器间的距离、喷射速度、聚合物溶液的性质等多种因素的影响，其可控性较差。目前该方法制备出的纤维是二维纤维膜，无法精确可控地制备出纳米纤维束。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种具有隔离腔室的相变储能纤维，该相变储能纤维中的相变材料的含量较高且在使用过程中相变材料不易流失，具有良好的热稳定性；所述方法的操作简单并具有可控性。本专利技术提供的具有隔离腔室的相变储能纤维，该相变储能纤维的基体为致密的硼酸交联聚乙烯醇，所述基体中具有若干相互隔离的腔室，所述腔室沿纤维的长度方向分布，各腔室中含有油溶性相变材料。上述具有隔离腔室的相变储能纤维中，所述油溶性相变材料为脂肪酸酯、C8～C22的烷烃、C6～C18的脂肪酸中的至少一种。上述具有隔离腔室的相变储能纤维中油溶性相变材料的含量为25～58wt.％，油溶性相变材料的含量优选为40～58wt.％。上述具有隔离腔室的相变储能纤维的直径为230～300μm。本专利技术所述具有隔离腔室的相变储能纤维的制备方法，步骤如下：(1)配制中间相流体、外相流体和接收液配制中间相流体：将硼酸溶解在水中形成硼酸水溶液，调节硼酸水溶液的pH值至3～4.8，再将聚乙烯醇溶解在所述硼酸水溶液中形成混合液，然后将所述混合液在45～95℃静置至其中的气泡完全脱除即得中间相流体；中间相流体中，聚乙烯醇与水的质量比为(0.08～0.12):1，硼酸与聚乙烯醇的质量比为(0.005～0.06):1；配制外相流体：将氢氧化钠、无水硫酸钠溶解在40～50℃的水中形成混合液，然后将羧甲基纤维素钠加入所述混合液，当羧甲基纤维素钠完全溶解后形成外相流体；外相流体中，氢氧化钠的浓度为80～100g/L，无水硫酸钠的浓度为200～300g/L，羧甲基纤维素钠的浓度为0.005～0.015g/L；配制接收液：将氢氧化钠、无水硫酸钠溶解在40～50℃的水中形成接收液，接收液中，氢氧化钠的浓度为80～100g/L，无水硫酸钠的浓度为300～420g/L；(2)制备相变储能纤维以油溶性相变材料作为内相流体，将内相流体、中间相流体、外相流体分别注入毛细管微流体装置的注射管、过渡管和收集管中，内相流体经注射管进入过渡管，在过渡管中，内相流体被中间相流体剪切成单分散的液滴，携带所述单分散液滴的中间相流体经过渡管进入收集管，在收集管中，中间相流体所含的聚乙烯醇与硼酸在外相流体中交联固化并脱水形成纤维，用盛有接收液的接收容器收集所述纤维；所述内相流体的流量为4～16μL/min，中间相流体的流量为100～200μL/min，外相流体的流量为200～400μL/min；该步骤中，内相流体、中间相流体、外相流体和接收液的温度应使油溶性相变材料处于液态或者熔融状态；(3)洗涤与干燥待接收液中的纤维完全固化后，将其取出，用水洗涤除去氢氧化钠和无水硫酸钠并干燥即得具有隔离腔室的相变储能纤维。上述方法中，所述油溶性相变材料为脂肪酸酯、C8～C22的烷烃、C6～C18的脂肪酸中的至少一种，所述油溶性相变材料优选为C8～C22的烷烃中的一种或者几种的混合物；步骤(2)中，内相流体、中间相流体、外相流体和接收液的温度均为40～47℃。上述方法中，所述聚乙烯醇的醇解度大于90％。上述方法中，所述水为去离子水或者蒸馏水。上述方法的步骤(1)中采用醋酸水溶液调节硼酸水溶液的pH值，优选采用pH值为1～2的醋酸水溶液调节硼酸水溶液的pH值。本专利技术所述方法使用的毛细管微流体装置的结构示意图如图1所示，包括注射管、连接管、过渡管、收集管和接收容器，所述注射管和过渡管由圆形玻璃毛细管制作，其尾部被加工成圆锥形，所述连接管和收集管为方形玻璃管，其内部的通孔为正方形，注射管的尾部插入过渡管的头部并通过连接管连接，过渡管的尾部插入收集管的头部，接收容器位于收集管的下方，接收容器中盛装接收液后，收集管的出口被淹没在接收液中。本专利技术所述方法制备具有隔离腔室的相变储能纤维的原理如下：内相流体为液态或熔融的油溶性相变材料，中间相流体为硼酸-聚乙烯醇水溶液，当二者被注入毛细管微流体装置中后，由于内相流体与中间相流体间的界面张力较大，当内相流体与中间相流体的流速合适时，在过渡管中，内相流体会被中间相流体剪切成单分散的液滴，当携带单分散液滴的中间相流体经过渡管进入毛细管微流体装置的收集管时，中间相流体中的聚乙烯醇与硼酸在外相流体的碱性条件下发生如下式所示的交联反应形成硼酸交联聚乙烯醇网络，外相流体中的硫酸钠对硼酸交联聚乙烯醇网络进行脱水收缩形成纤维，所述纤维进入盛有接收液的接收容器中之后，在接收液中，聚乙烯醇与硼酸会进一步交联与脱水固化，形成具有隔离腔室的相变储能纤维。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术提供了新型结构的相变储能纤维，由于相变材料被包封在相互隔离的腔室内，相变储能纤维的端口是封闭的且相变储能纤维的基体为致密的硼酸交联聚乙烯醇，因而在使用过程中，相变材料不容易泄漏或者流失，实验表明，本专利技术所述相变储能纤维经过100次热循环后依然能保持良好的热稳定性，即使相变材料含量高达58～63wt.％，相变储能纤维经过多次热循环后的热稳定性仍然很好好，克服了现有技术为了保证相变储能纤维的热本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有隔离腔室的相变储能纤维，其特征在于该相变储能纤维的基体为致密的硼酸交联聚乙烯醇，所述基体中具有若干相互隔离的腔室，所述腔室沿纤维的长度方向分布，各腔室中含有油溶性相变材料。

【技术特征摘要】
1.具有隔离腔室的相变储能纤维，其特征在于该相变储能纤维的基体为致密的硼酸交联聚乙烯醇，所述基体中具有若干相互隔离的腔室，所述腔室沿纤维的长度方向均匀分布成一列，各腔室中含有油溶性相变材料；所述油溶性相变材料为脂肪酸酯、C8～C22的烷烃、C6～C18的脂肪酸中的至少一种，该相变储能纤维中，油溶性相变材料的含量为25～58wt.％。2.根据权利要求1所述具有隔离腔室的相变储能纤维，其特征在于该相变储能纤维的直径为230～300μm。3.具有隔离腔室的相变储能纤维的制备方法，其特征在于步骤如下：(1)配制中间相流体、外相流体和接收液配制中间相流体：将硼酸溶解在水中形成硼酸水溶液，调节硼酸水溶液的pH值至3～4.8，再将聚乙烯醇溶解在所述硼酸水溶液中形成混合液，然后将所述混合液在45～95℃静置至其中的气泡完全脱除即得中间相流体；中间相流体中，聚乙烯醇与水的质量比为(0.08～0.12):1，硼酸与聚乙烯醇的质量比为(0.005～0.06):1；配制外相流体：将氢氧化钠、无水硫酸钠溶解在40～50℃的水中形成混合液，然后将羧甲基纤维素钠加入所述混合液，当羧甲基纤维素钠完全溶解后形成外相流体；外相流体中，氢氧化钠的浓度为80～100g/L，无水硫酸钠的浓度为200～300g/L，羧甲基纤维素钠的浓度为0.005～0.015g/L；配制接收液：将氢氧化钠、无水硫酸钠溶解在40～50℃的水中形成接收液，接收液中，氢氧化钠的浓度为80～100g/L，无水硫酸钠的浓度为300～420g/L；(2)制备相变储能纤维以油溶性相变材料作为内相流体，将内...

【专利技术属性】
技术研发人员：温国清，谢锐，褚良银，汪伟，巨晓洁，刘壮，李明，何晓恒，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51