【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及纤维，具体涉及一种聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维及其制备方法。
技术介绍
1、高强高韧纤维复合材料在纺织工业、环境保护和生物医学等领域被广泛需求。基于石化原料制备的碳纤维，具有优异的拉伸强度(可达2-8gpa)，但韧性较低(断裂伸长率低于4％，断裂能为15-30kj/m2)(ceramics international，2023，49(4):6451)。选择适宜的原料，制备高强高韧纤维复合材料，具有重要的实际意义。蛛丝作为一种天然高强高韧纤维，拉伸强度可超过1.2gpa，韧性较高(断裂伸长率为126％-750％，断裂能为9.33-29.8kj/m2)(advanced science，2021，9(5):e2103965)。但是，目前还无法通过饲养方法大规模获取蛛丝，人工合成蛛丝蛋白又成本高昂。因此如何快速高效、低成本规模化制备高强高韧纤维材料，已成为行业亟待解决的难题。
2、聚乙烯醇(pva)作为一种水溶性高分子聚合物，具有良好成膜性和生物相容性，制备成薄膜、凝胶后广泛应用于生物医学、美容科技、环境保护等领域。于川力通过静电纺丝制备pva纳米纤维膜，断裂伸长率为56.39％，显示出优异的形变能力，但其拉伸强度仅为2.81mpa(合成纤维工业，2023，46(01):15)，力学性能相对较弱，不能满足工业纺织、生物医学等高强度复合纤维材料对力学性能、耐久性的要求。
3、纤维素纳米晶须(cnc)是一种可通过化学法、机械法和生物法等加工方法从天然植物中提取的纳米尺寸材料，结晶度和比
4、静电纺丝技术是制备纳米纤维的重要途径，收集装置可调控纳米纤维的分布取向，具有装置简单、成型便捷、工艺可控等优点。加捻技术通过机械应力诱导纤维绕轴线扭转，纤维相互抱合形成高强高韧螺旋状纤维，具有内部微观结构与宏观应力形变量可调等特点。本专利技术首次提出采用静电纺丝工艺制备纤维素纳米晶须(cncm)定向增强聚乙烯醇(pva)且pva/cncm复合纳米纤维取向分布的柔性膜，提高了膜的拉伸强度和韧性，并通过加捻制备高强高韧、螺旋状、大尺寸pva/cncm长纤维，可应用于纺织工业，环境保护和生物医学等领域，具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提出一种聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维及其制备方法，本专利技术核心在于(1)采用静电纺丝工艺实现①cncm在pva基体中的定向分布增强，②pva/cncm复合纳米纤维的取向可控分布，得到pva/cncm复合纳米纤维取向分布的柔性膜；(2)采用加捻工艺对柔性膜进行成纤处理，即可得到螺旋状、长径可调的高强高韧纤维。本方法具有成本低廉、工艺可控、操作简单高效的优点。
2、本专利技术的技术方案是这样实现的：
3、本专利技术提供一种聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4、s1.改性纤维素纳米晶须cncm的制备：通过对天然植物纤维进行酸水解、氧化处理，制备具有特定官能团的改性纤维素纳米晶须cncm；
5、s2.静电纺丝pva/cncm复合纳米纤维柔性膜制备：将步骤s1的改性纤维素纳米晶须cncm、聚乙烯醇pva和去离子水配制成pva/cncm混合溶液，通过静电纺丝得到复合纳米纤维，沉积黏合得到pva/cncm复合纳米纤维柔性膜；
6、s3.pva/cncm柔性膜定向加捻：将s2中制备的pva/cncm复合纳米纤维柔性膜裁剪成长条，通过手工加捻或机械加捻装置对长条进行定向机械力加捻处理，制得pva/cncm长纤维；
7、s4.聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维的浸渍修饰：配制交联改性溶液，对s3中的pva/cnc长纤维进行浸渍修饰，制得聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维；所述交联改性溶液为0.5wt％-5wt％的交联改性溶液，所述交联改性溶液选自戊二醛、柠檬酸、壳聚糖、银氨、氧化石墨烯、碳纳米管中的至少一种。
8、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中所述特定官能团选自醛基、羧基、磺酸基中的至少一种；所述改性纤维素纳米晶须cncm的直径为8-25nm、长度为100-900nm、长径比为10-100，官能团取代度为0.1-1.5，zeta电位值为-33至-53mv。所述的制备改性纳米纤维素的方法包括硫酸水解法、高碘酸钠氧化法、过硫酸铵氧化法等。
9、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中所述pva/cncm混合溶液中所述聚乙烯醇浓度为7wt％-12wt％，cncm与pva水溶液的质量比为0.1-6:100。
10、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中所述静电纺丝的纺丝电压为10-20kv，喷丝针头与收集辊的垂直距离为10-20cm，收集辊转速为1000-2400r/min，喷丝针头出液速率为0.5-1.5ml/h。
11、作为本专利技术的进一步改进，所述改性纤维素纳米晶须cncm在复合纳米纤维内部的取向角为0°，所述复合纳米纤维在pva/cncm复合纳米纤维柔性膜中的取向角度为0-80°。
12、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中所述pva/cncm复合纳米纤维柔性膜的宽度为10-50cm，长度为50-200cm，厚度为0.01-0.05cm，所述制得的pva/cncm复合纳米纤维柔性膜中，复合纳米纤维的直径为100-600nm，所述柔性膜中的聚乙烯醇纳米纤维的结晶度为22％-40％。
13、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中所述长条的宽度为0.2-10cm、长度为10-200cm；所述加捻处理的捻度为0.2-3t/cm，捻回角为10-80°，捻系数为4.0-5.5，加捻后得到的pva/cnc长纤维的直径为0.05-5cm，长度为5-160cm，密度为1.0-1.6g/cm3。
14、作为本专利技术的进一步改进，步骤s4中所述浸渍修饰控制的浸渍温度为20-60℃，时间为1-6h，在40℃烘箱中放置24h或在室温环境下自然风干，直至纤维中的水分含量为5％-10％。
15、作为本专利技术的进一步改进，所述天然植物纤维包括一切种子纤维、茎韧皮纤维、叶纤维、果实纤维中的至少一种。天然植物纤维包括一切种子纤维(如棉花纤维)、茎韧皮纤维(如木材、竹材、苎麻纤维)、叶纤维(蕉麻纤维)、果实纤维(椰壳纤维)。
16、本专利技术进一步保护一种上述的制备方法制得的聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维，所述聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维的拉伸强度在1本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述特定官能团选自醛基、羧基、磺酸基中的至少一种；所述改性纤维素纳米晶须CNCm的直径为8-25nm、长度为100-900nm、长径比为10-100，官能团取代度为0.1-1.5，Zeta电位值为-33至-53mV。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述PVA/CNCm混合溶液中所述PVA浓度为7wt％-12wt％，CNCm与PVA水溶液的质量比为0.1-6:100。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述静电纺丝的纺丝电压为10-20kV，喷丝针头与收集辊的垂直距离为10-20cm，收集辊转速为1000-2400r/min，喷丝针头出液速率为0.5-1.5mL/h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性纤维素纳米晶须CNCm在复合纳米纤维内部的取向角为0°，所述复合纳米纤维在PVA/CNCm复合纳米纤维柔性膜中的取向角度为
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述PVA/CNCm复合纳米纤维柔性膜的宽度为10-50cm，长度为50-200cm，厚度为0.01-0.05cm，所述制得的PVA/CNCm复合纳米纤维柔性膜中，复合纳米纤维的直径为100-600nm，所述柔性膜中的聚乙烯醇纳米纤维的结晶度为22％-40％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述长条的宽度为0.2-10cm、长度为10-200cm；所述加捻处理的捻度为0.2-3t/cm，捻回角为10-80°，捻系数为4.0-5.5，加捻后得到的PVA/CNC长纤维的直径为0.05-5cm，长度为5-160cm，密度为1.0-1.6g/cm3。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述浸渍修饰控制的浸渍温度为20-60℃，时间为1-6h，在40℃烘箱中放置24h或在室温环境下自然风干，直至纤维中的水分含量为5％-10％。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述天然植物纤维包括一切种子纤维、茎韧皮纤维、叶纤维、果实纤维中的至少一种。天然植物纤维包括一切种子纤维(如棉花纤维)、茎韧皮纤维(如木材、竹材、苎麻纤维)、叶纤维(蕉麻纤维)、果实纤维(椰壳纤维)。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维，其特征在于，所述聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维的拉伸强度在100-400MPa之间，断裂伸长率在100％-350％之间。
...【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯醇/纤维素高强高韧、螺旋状大尺寸长纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中所述特定官能团选自醛基、羧基、磺酸基中的至少一种；所述改性纤维素纳米晶须cncm的直径为8-25nm、长度为100-900nm、长径比为10-100，官能团取代度为0.1-1.5，zeta电位值为-33至-53mv。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述pva/cncm混合溶液中所述pva浓度为7wt％-12wt％，cncm与pva水溶液的质量比为0.1-6:100。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述静电纺丝的纺丝电压为10-20kv，喷丝针头与收集辊的垂直距离为10-20cm，收集辊转速为1000-2400r/min，喷丝针头出液速率为0.5-1.5ml/h。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述改性纤维素纳米晶须cncm在复合纳米纤维内部的取向角为0°，所述复合纳米纤维在pva/cncm复合纳米纤维柔性膜中的取向角度为0-70°。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤s2中所述pva/cncm复合纳米纤维柔性膜的宽度为10-50cm，长度为50-200cm，厚度为0.01-0.05cm...
【专利技术属性】
技术研发人员：卿彦，李知函，李星池，罗莎，吴义强，
申请(专利权)人：中南林业科技大学，
类型：发明
国别省市：
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