本發(fā)明涉及材料科學(xué)與纖維制造，具體為一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法。

背景技術(shù)：

1、陶瓷納米纖維材料具有高孔隙率、低密度、大比表面積以及出色的化學(xué)和熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，在各種應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。

2、卷曲是自然界中纖維結(jié)構(gòu)的一種重要形式，如棉捻、羊毛卷曲和dna雙螺旋，卷曲結(jié)構(gòu)可以提高纖維的柔韌性、彈性和空間可擴(kuò)展性，使其成為各種應(yīng)用的有前途的候選者。

3、偏心共軸靜電紡絲法是制備卷曲纖維的一種方法，其使用兩種具有不同彈性模量的前驅(qū)體，所制備的納米纖維由于不對(duì)稱(chēng)變形自然形成高度屈曲的結(jié)構(gòu)，在紡絲過(guò)程的開(kāi)始階段，復(fù)合射流從液滴尖端發(fā)出后，從中心漂移到一側(cè)，復(fù)合射流開(kāi)始產(chǎn)生螺旋，這些螺旋的形成是由于tpu相和nomex相的界面相互作用造成的，因?yàn)樗鼈兊氖湛s行為不均勻。

4、但是上述技術(shù)在實(shí)際使用時(shí)，偏心共軸靜電紡絲法雖然能夠制備出卷曲纖維，但是由于需要高壓靜電場(chǎng)，不僅存在安全隱患，而且對(duì)材料的導(dǎo)電性有嚴(yán)格要求，限制了其在某些非導(dǎo)電材料上的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，以解決需要高壓靜電場(chǎng)，不僅存在安全隱患，而且對(duì)材料的導(dǎo)電性有嚴(yán)格要求，限制了其在某些非導(dǎo)電材料上應(yīng)用的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，包括以下步驟：

3、s1、準(zhǔn)備核層與殼層溶液：分別注入核層溶液和殼層溶液到兩個(gè)內(nèi)徑不同但同軸的毛細(xì)管中；

4、s2、同軸紡絲：將步驟s1中的核層與殼層溶液在噴頭末端匯合，形成同軸射流，并在高速氣流的作用下拉伸形成同軸的泰勒錐，高速氣流與同軸針頭朝向保持平行并居中；

5、s3、纖維固化與收集：步驟s2中同軸射流在高速氣流的剪切力作用下彎曲固化，沉積在收集裝置上形成殼－核同軸纖維；

6、s4、熱處理：將步驟s3收集得到的同軸纖維進(jìn)行熱處理，利用核層和殼層材料的熱膨脹系數(shù)和熱分解溫度不同，使殼層分解，核層形成高卷曲度的超細(xì)纖維。

7、優(yōu)選的，所述步驟s1中核層溶液制備步驟為：正丙醇鋯與乙酰丙酮按照質(zhì)量比4:1比例混合，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)2h后，再按照8ysz的zr：y＝92:8摩爾比添加硝酸釔的乙醇溶液，繼續(xù)攪拌1h，得到的含鋯釔的混合溶液，并添加一定量乙醇攪拌混合，制得核層溶液；

8、殼層溶液制備步驟為：將聚乙烯吡咯烷酮溶解在無(wú)水乙醇溶液中，60℃下磁性攪拌3小時(shí)直至完全溶解，制得殼層溶液。

9、優(yōu)選的，所述步驟s1中核層溶液制備步驟為：鈦酸四丁酯、乙醇和乙酸按質(zhì)量比為1:3:1的混合溶液中，再將配好的溶液在室溫條件下磁力攪拌約6h，直至溶液中的鹽完全溶解，制得核層溶液；

10、殼層溶液制備步驟為：將聚乙烯吡咯烷酮溶解在無(wú)水乙醇溶液中，60℃下磁性攪拌3小時(shí)直至完全溶解，制得殼層溶液。

11、優(yōu)選的，所述步驟s1中核層溶液制備步驟為：將氧氯化鋯、乙醇和去離子水按質(zhì)量比為1:2:2的混合，再將溶液在室溫條件下經(jīng)過(guò)磁力攪拌約6h，直至其中溶質(zhì)完全溶解，制得核層溶液；

12、殼層溶液制備步驟為：將聚乙烯吡咯烷酮溶解在無(wú)水乙醇溶液中，60℃下磁性攪拌3小時(shí)直至完全溶解，制得殼層溶液。

13、優(yōu)選的，所述步驟s1中核層溶液制備步驟為：將聚丙烯酸溶解在n,n-二甲基甲酰胺溶液中，60℃下磁性攪拌4小時(shí)直至完全溶解，paa濃度為溶液的20wt％，制得核層溶液。

14、殼層溶液制備步驟為：將聚氧化乙烯溶解在n,n-二甲基甲酰胺溶液中，60℃下磁性攪拌4小時(shí)直至完全溶解，制得殼層溶液，其中peo濃度為溶液的12wt％。

15、優(yōu)選的，所述收集裝置為多孔籠型，便于收集纖維并形成三維結(jié)構(gòu)。

16、優(yōu)選的，所述高速氣流包括空氣、氮?dú)?、氬氣以及一種或多種混合氣體。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

18、本發(fā)明通過(guò)同軸針頭與高速氣流的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了纖維的高效、安全制備，無(wú)需高壓靜電，有效避免了安全隱患，且制備出的纖維具有優(yōu)異的柔韌性、彈性和空間可拓展性，該方法不受前驅(qū)體溶液導(dǎo)電性限制，適用于多種材料體系，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)特征：

1.一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，其特征在于：所述步驟s1中核層溶液制備步驟為：正丙醇鋯與乙酰丙酮按照質(zhì)量比4:1比例混合，充分?jǐn)嚢璺磻?yīng)2h后，再按照8ysz的zr：y＝92:8摩爾比添加硝酸釔的乙醇溶液，繼續(xù)攪拌1h，得到的含鋯釔的混合溶液，并添加一定量乙醇攪拌混合，制得核層溶液；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，其特征在于：所述步驟s1中核層溶液制備步驟為：鈦酸四丁酯、乙醇和乙酸按質(zhì)量比為1:3:1的混合溶液中，再將配好的溶液在室溫條件下磁力攪拌約6h，直至溶液中的鹽完全溶解，制得核層溶液；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，其特征在于：所述步驟s1中核層溶液制備步驟為：將氧氯化鋯、乙醇和去離子水按質(zhì)量比為1:2:2的混合，再將溶液在室溫條件下經(jīng)過(guò)磁力攪拌約6h，直至其中溶質(zhì)完全溶解，制得核層溶液；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，其特征在于：所述步驟s1中核層溶液制備步驟為：將聚丙烯酸溶解在n,n-二甲基甲酰胺溶液中，60℃下磁性攪拌4小時(shí)直至完全溶解，paa濃度為溶液的20wt％，制得核層溶液。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，其特征在于：所述收集裝置為多孔籠型，便于收集纖維并形成三維結(jié)構(gòu)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，其特征在于：所述高速氣流包括空氣、氮?dú)?、氬氣以及一種或多種混合氣體。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及材料科學(xué)與纖維制造技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高速氣流與核殼作用下制備高卷曲度超細(xì)纖維方法，包括以下步驟：分別注入核層溶液和殼層溶液到兩個(gè)內(nèi)徑不同但同軸的毛細(xì)管中；將核層與殼層溶液在噴頭末端匯合，形成同軸射流，并在高速氣流的作用下拉伸形成同軸的泰勒錐；同軸射流彎曲固化形成殼－核同軸纖維；利用核層和殼層材料的熱膨脹系數(shù)和熱分解溫度不同，使殼層分解形成高卷曲度的超細(xì)纖維。本發(fā)明通過(guò)同軸針頭與高速氣流的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了纖維的高效、安全制備，無(wú)需高壓靜電，有效避免了安全隱患，且不受前驅(qū)體溶液導(dǎo)電性限制，適用于多種材料體系，進(jìn)一步拓寬了其應(yīng)用范圍。

技術(shù)研發(fā)人員：王浩倫,劉艷玲
受保護(hù)的技術(shù)使用者：四川大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15