具有皮芯结构且芯层在线交联的固‑固相变复合纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及相变储能材料技术领域，特别涉及具有皮芯结构且芯层在线交联的固‑固相变复合纤维及其制备方法。该复合纤维以海藻酸盐为皮层，以烯丙基聚乙二醇，三烯丙基异氰脲酸酯和引发剂为芯层，采用湿法纺丝技术得到具有皮芯结构的复合纤维，并在纤维后加工过程中对其进行热处理，使得芯层进行交联反应，得到具有芯层为交联结构的固‑固相变材料，皮层为海藻酸盐的复合纤维。该纤维稳定性好、结晶焓高、且制备方法简单，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及相变储能材料
，特别涉及一种具有皮芯结构且芯层在线交联的固-固相变复合纤维以及该复合纤维的制备方法。
技术介绍
相变材料(PCMs)是指在环境温度驱动下可存储或释放热能而其自身温度保持不变的功能性材料。PCMs近年应用范围不断扩大，在太阳能利用、废热回收、农业温室大棚、智能空调建筑、服装保温、电子器件恒温保护、储能炊具和军事伪装等领域已得到应用。通常PCMs难以直接使用，需要经过封装、共混、或者改性等加工处理以满足实用要求。常见的对PCMs加工处理方法主要有：1.机械方法，采用将相变材料装入一种容器当中，制成一定形状的储热调温装置，该方法多用于无机类相变材料；2.物理方法，将相变材料与主体材料相混合，主体材料作为载体，如掺入某种纳米或微米级相变材料制备的纺织纤维，或者将相变材料与某种支撑材料进行共混，使二者比较牢固地结合在一起，制备成定形相变材料或形状稳定的相变材料；3.微胶囊方法，将相变材料作为芯材，某些聚合物材料作为壳材制备成微胶囊，避免相变材料与外界环境直接触；4.化学方法，在保持材料相变储能特性前提下，通过化学方法将其改性，转变成新型化合物，使其满足应用要求，如将相变材料接支到聚合物大分子链上，以及将相变材料进行交联处理等。采用复合纺丝技术，将聚合物和相变材料熔体或溶液直接纺制成皮芯型相变纤维是相变材料与成纤聚合物完美的结合形式。张兴祥等人以聚丙烯(PP)和分子量为1000-20000的聚乙二醇(PEG)及增稠剂为主要原料，采用熔融复合纺丝的方法研制出了皮芯复合相变纤维，该纤维加工成490g/㎡的非织造布，在35.5℃左右时其内部温度较纯丙纶非织造布低3.3℃，在26.9℃左右其内部温度较纯丙纶非织造布高6.1℃。但此方法制备的复合纤维所包裹的芯层为固-液相变材料，无法将固-固相变材料进行包裹。所以，该方法得到的纤维仍然存在芯层相变材料的泄露问题。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中固-固相变纤维难加工、易泄露、相变焓小的问题提供了一种具有皮芯结构且芯层在线交联的固-固相变复合纤维及该复合纤维的制备方法。以海藻酸盐为皮层，以烯丙基聚乙二醇单体、三烯丙基异氰脲酸酯交联剂和引发剂制备的相变材料为芯层，采用湿法纺丝技术得到具有皮芯结构的复合纤维，并在纤维后加工过程中对其进行热处理，使得芯层进行在线交联反应，得到具有芯层为交联结构的固-固相变材料，皮层为海藻酸盐的复合纤维。该复合纤维稳定性好、结晶焓高，且制备方法简单，具有良好的应用前景。本专利技术第一个目的是请求保护具有皮芯结构且芯层在线交联的固-固相变复合纤维，以海藻酸盐为皮层，以烯丙基聚乙二醇、三烯丙基异氰脲酸酯和引发剂制备的相变材料为芯层，得复合纤维。海藻酸盐可以是海藻酸钠和/或海藻酸钙。优选的，所述烯丙基聚乙二醇与三烯丙基异氰脲酸酯的摩尔比为1：1～1:5；所述引发剂占三烯丙基异氰脲酸酯与烯丙基聚乙二醇总质量的3～7％。本专利技术第二个目的是请求保护具有皮芯结构且芯层在线交联的固-固相变复合纤维的制备方法，包括以下步骤：(1)芯层相变材料的制备：将烯丙基聚乙二醇加温至熔融，加入三烯丙基异氰脲酸酯和引发剂，在高速搅拌下使其混合均匀，得到芯层相变材料熔体；(2)皮层纺丝溶液的制备：海藻酸钠与水配成海藻酸钠溶液后，进行真空脱泡；(3)复合纤维的制备：将芯层相变材料熔体装入芯层纺丝罐中，海藻酸钠溶液装入皮层纺丝罐中，芯层熔体和皮层溶液进入复合喷丝板，经复合喷丝板挤入到凝固浴中纤维成型，将成型的纤维进行热处理，使得芯层材料进行在线交联反应，得到具有皮芯结构的固-固相变纤维。优选的，所述的三烯丙基异氰脲酸酯分子量为2400。优选的，所述的引发剂为过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈。优选的，海藻酸钠溶液浓度为3～5wt％优选的，步骤(1)所述的熔融温度为65～80℃。更优选的，先将烯丙基聚乙二醇加温到70℃熔融，再加入三烯丙基异氰脲酸酯和引发剂效果更佳。优选的，步骤(2)所述真空脱泡时间为4～6h。优选的，步骤(3)所述凝固浴中含3～5wt％氯化钙。优选的，步骤(3)所述的热处理温度为100～130℃，热处理时间为60～100s。本专利技术通过将制备的相变材料熔体装入芯层纺丝罐中，海藻酸钠溶液装入皮层纺丝罐中，皮层和芯层原液进入复合喷丝板，经喷丝板挤入凝固浴中，在凝固浴的作用下纤维成型，将成型的纤维进行热处理，使得芯层材料进行在线交联反应，最终转变为固-固相变材料，制备了具有皮芯结构且芯层在线交联的固-固相变复合纤维。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术采用湿法复合纺丝法制备皮芯结构的相变纤维，海藻酸盐为皮层，相变材料烯丙基聚乙二醇、交联剂和引发剂为芯层，热处理时芯层材料进行交联反应，制备了一种具有皮芯结构且芯层交联的固-固相变复合纤维，避免了相变材料泄露问题；(2)本专利技术所制备的相变纤维结晶焓为86.45～88.48J/g，结晶温度在34.56℃～35.53℃之间，在纺织行业有广泛的应用前景；(3)本专利技术工艺简单，对复合纺丝工艺无附加要求，且生产成本低，易于工业化生产。附图说明图1为本专利技术制备的具有皮芯结构且芯层交联的固-固相变复合纤维显微镜照片；图2为本专利技术实施例1制备的复合纤维的DSC曲线。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行详细描述，但该实施例不用于限制本专利技术的保护范围。下述实施例中所用材料，试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1芯层相变材料制备：将分子量为2400的烯丙基聚乙二醇加温到70℃熔融，加入等摩尔的三烯丙基异氰脲酸酯和经研磨过的引发剂BPO，BPO占上述原料总质量3％，在高速搅拌下使其混合均匀。皮层海藻酸钠纺丝溶液的制备：取一定的海藻酸钠与水配成3％溶液后进行4h真空脱泡。复合纤维的制备：将上述方法制备的相变材料熔体装入芯层纺丝罐中，海藻酸钠溶液装入皮层纺丝罐中，皮层和芯层原液进入复合喷丝板，经喷丝板挤入含3％氯化钙的凝固浴中，在凝固浴的作用下纤维成型，将成型的纤维在120℃进行80s热处理，使得芯层材料进行在线交联反应，最终转变为皮芯结构的固-固相变纤维，其形貌特征如附图1所示。制备的相变纤维结晶晗与结晶温度分别为88.48J/g，35.53℃。DSC差示扫描量热分析(如附图2所示)研究分析显示未经热处理的皮芯复合纤维结晶温度为33.90℃，经上述条件热处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有皮芯结构且芯层在线交联的固‑固相变复合纤维，其特征在于，以海藻酸盐为皮层，以烯丙基聚乙二醇、三烯丙基异氰脲酸酯和引发剂制备的相变材料为芯层，得复合纤维。

【技术特征摘要】
1.具有皮芯结构且芯层在线交联的固-固相变复合纤维，其特征在于，以海藻酸
盐为皮层，以烯丙基聚乙二醇、三烯丙基异氰脲酸酯和引发剂制备的相变材料为
芯层，得复合纤维。
2.根据权利要求1所述的具有皮芯结构且芯层在线交联的固-固相变复合纤维，
其特征在于，所述烯丙基聚乙二醇与三烯丙基异氰脲酸酯的摩尔比为1：1～1：
5；所述引发剂占三烯丙基异氰脲酸酯与烯丙基聚乙二醇总质量的3～7％。
3.一种权利要求1所述的具有皮芯结构且芯层在线交联的固-固相变复合纤维的
制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)芯层相变材料的制备：将烯丙基聚乙二醇加温至熔融，加入三烯丙基
异氰脲酸酯和引发剂，在高速搅拌下使其混合均匀，得到芯层相变材料熔体；
(2)皮层纺丝溶液的制备：海藻酸钠与水配成海藻酸钠溶液后，进行真空
脱泡；
(3)复合纤维的制备：将芯层相变材料熔体装入芯层纺丝罐中，海藻酸钠
溶液装入皮层纺丝罐中，芯层熔体和皮层溶液进入复合喷丝板，经复合喷丝板挤
入到凝固浴中纤维成型，将成型的纤维进行热处理，使得芯层材料进行在线交联
反应，得到具有皮芯结构的固-固相变纤维。
4.根据权利要求3所述的一种具...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭静，巩学勇，安庆大，管福成，李圣林，黄学淋，王迪，
申请(专利权)人：大连工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21