海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及功能材料领域，尤其涉及一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法及其应用。本发明专利技术所设计的海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法，包括以下步骤：1)配制海藻酸钠胶体纺丝液；2)配制氯化钙凝固浴；3)利用湿法纺丝工艺制备海藻酸钠凝胶态纤维；4)海藻酸钠凝胶态纤维加捻处理得到海藻酸钠纤维基扭转驱动器。该海藻酸钠纤维基扭转驱动器可应用于发电装置、湿度控制起重机、晴雨自驱动折叠窗帘以及可呼吸织物。

【技术实现步骤摘要】
海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法及其应用
本专利技术涉及功能材料领域，尤其涉及一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法及其应用。
技术介绍
海藻酸钠是一种天然多糖，属于环境友好高分子材料，具有比较优良的稳定性、溶解性、粘性、安全性和吸湿性，此外，海藻酸钠成本低廉，可再生，在食品工业和医药领域具有广泛的应用。纤维基扭转驱动器是一种柔性驱动器，这种柔性驱动器可以对外界环境刺激做出刺激性响应，在驱动过程中产生宏观的运动，即产生机械能。如申请号为201510270534.0的中国专利技术专利公开了一种卷曲和非卷曲加捻纳米纤维纱线及聚合物纤维扭转和拉伸驱动器，其包括捻纺纳米纤维纱线或插捻聚合物纤维的驱动器(人造肌肉)在经电、光、化学、热、通过吸收或通过其它方式供能时产生扭转和/或拉伸驱动。该专利技术专利实施例17中阐述了石蜡渗透的碳纳米管纱线通过光加热产生扭转驱动，以及实施例10，实施例11以及图8中阐述了温度变化也可为纯碳纳米管纱线提供扭转驱动。该专利技术专利详细阐述了对外界环境的温度变化而产生的刺激性响应的捻纺纳米纤维纱线或插捻聚合物纤维，但是对于外界环境水刺激产生扭转响应的柔性驱动器并没有提及。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术的目的是提供一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法及其应用，该海藻酸钠纤维基扭转驱动器受环境水刺激产生自发高速旋转，其制备方法简单、快速，可实现大批量规模化生产；该海藻酸钠纤维基扭转驱动器可应用于发电装置、湿度控制起重机、晴雨自驱动折叠窗帘以及可呼吸织物。为实现上述目的，本专利技术所设计的海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法，包括以下步骤：1)配制海藻酸钠胶体纺丝液：将海藻酸钠粉末与去离子水搅拌均匀得到凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液；2)配制氯化钙凝固浴：将氯化钙溶解于去离子水中得到氯化钙凝固浴；3)制备海藻酸钠凝胶态纤维：将海藻酸钠胶体纺丝液通过纺丝头连续注入到氯化钙凝固浴中，利用湿法纺丝工艺制备海藻酸钠凝胶态纤维；所述海藻酸钠凝胶态纤维的直径为0.25～0.35mm；具体的湿法纺丝工艺过程为，将海藻酸钠胶体纺丝液吸入到湿法纺丝专用的容器内，通过纺丝头将海藻酸钠胶体纺丝液连续均匀的注入到氯化钙凝固浴中，通过改变纺丝针头直径的大小得到直径为0.25～0.35mm的海藻酸钠凝胶态纤维，制得的海藻酸钠凝胶态纤维被转筒装置连续收集。4)海藻酸钠凝胶态纤维加捻处理：取一根海藻酸钠凝胶态纤维，将其两端固定在加捻机上，进行加捻处理，加捻处理后即得到海藻酸钠纤维基扭转驱动器。本专利技术海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法中采用海藻酸钠作为主要原料，将海藻酸钠制成海藻酸钠凝胶态纤维然后通过加捻处理将海藻酸钠凝胶态纤维中的水分挤出而定型，加捻处理相当于储能过程，加捻完成后得到海藻酸钠纤维基扭转驱动器具有优异的吸湿性，形成具备高能量携带者的高储能体系，海藻酸钠纤维基扭转驱动器在水的环境中吸水溶胀，吸水溶胀过程中的体积变化转化为机械驱动行为，从而产生自发、高速、可逆的扭转驱动行为。进一步，所述步骤1)中，凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液中海藻酸钠的重量百分比为3～5％；所述步骤2)中，氯化钙凝固浴中氯化钙的重量百分比为3～5％。进一步，所述步骤1)中，将配制的凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液在室温下静置20～28小时；所述步骤2)中，将配制得到的氯化钙凝固浴静置0.5～1小时备用。静置处理目的在于除去搅拌产生的气泡。进一步，所述步骤4)中，捻数为1000～6000转/米；海藻酸钠纤维基扭转驱动器的直径为70～120μm，长度为4～20cm。更进一步，所述步骤4)中，捻数为5000～6000转/米，海藻酸钠纤维基扭转驱动器的直径为70～74μm，长度为16～20cm。更进一步，所述步骤4)中，捻数为6000转/米，海藻酸钠纤维基扭转驱动器的直径为70μm，长度为20cm。一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器作为发电装置的应用，其特征在于：所述海藻酸钠纤维基扭转驱动器一端悬空固定，另一端系有磁铁，所述磁铁悬浮于螺旋线圈内，所述螺旋线圈的一端通过导电线连有负载后与螺旋线圈的另一端连接；用水刺激海藻酸钠纤维基扭转驱动器带动磁铁旋转，螺旋线圈切割磁感线产生交流电给负载供电。一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器作为旋转风力驱动小车的动力驱动装置的应用，所述海藻酸纳纤维基扭转驱动器两端固定悬空架起，中间用小夹子吊起一重物，通过湿度控制器在左右两侧的调节作用，实现湿度控制下的重物自驱动起重行为。一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器作为可呼吸织物的应用，所述可呼吸织物包括具有空隙的织物和呼吸面料，呼吸面料由海藻酸钠纤维基扭转驱动器与棉线复合编织而成，呼吸面料的一边与织物空隙的一边固定，通过湿度调节，使呼吸面料发生非对称性的吸湿溶胀行为从而发生弯曲-恢复的可逆驱动行为。一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器作为晴雨自驱动折叠窗帘的应用，海藻酸纳纤维基扭转驱动器作为驱动轴，其两端固定悬空架起，两端与窗帘用线连接，通过湿度调节实现窗帘的自折叠过程。本专利技术的优点在于：1，本专利技术采用海藻酸钠作为纤维基扭转驱动器的主要原料，具有成本低廉，安全环保的特点；而且海藻酸钠具有很好的吸湿性，是制备水刺激产生响应行为的纤维基扭转驱动器的优良原料。2，本专利技术先通过湿法纺丝工艺制备海藻酸钠凝胶态纤维，然后通过加捻处理挤出海藻酸钠凝胶态纤维中的水分，加捻处理相当于储能过程，加捻完成后得到海藻酸钠纤维基扭转驱动器具有优异的吸湿性，形成具备高能量携带者的高储能体系。制备方法简单、快速，可实现大批量规模化生产。3，本专利技术得到的海藻酸钠纤维基扭转驱动器具有高柔性、可编织性以及可加工型，可以制备成发电装置、湿度控制起重机、晴雨自驱动折叠窗帘以及可呼吸织物，实现能量的多重利用。附图说明图1为实施例13中“可呼吸织物”随湿度变化气孔的张开行为的原理示意图。图2A实施例14中在湿度控制起重机的左侧给予湿度刺激，重物快速升起的示意图；图2B实施例14中在湿度控制起重机的右侧给予湿度刺激，重物快速下降的示意图；图3A为实施例15中雨天窗帘下降的示意图；图3B为实施例15中晴天窗帘上升的示意图。具体实施方式为更好地理解本专利技术，以下将结合附图和具体实例对专利技术进行详细的说明。实施例1海藻酸钠纤维基扭转驱动器按如下步骤制造而成：1)配制海藻酸钠胶体纺丝液：取3g海藻酸钠粉末与97g去离子水常温下剧烈搅拌4h，得到凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液，将配制的凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液在室温下静置20小时；2)配制氯化钙凝固浴：取3g氯化钙溶解于97g去离子水中得到氯化钙凝固浴，将配制得到的氯化钙凝固浴静置0.5小时备用；3)制备海藻酸钠凝胶态纤维：将海藻酸钠胶体纺丝液通过纺丝头连续注入到氯化钙凝固浴中，利用湿法纺丝工艺制备海藻酸钠凝胶态纤维；所述海藻酸钠凝胶态纤维的直径为0.25mm；4)海藻酸钠凝胶态纤维加捻处理：取一根海藻酸钠凝胶态纤维，将其两端固定在加捻机上，进行加捻处理；所述捻数为1000转/米；加捻处理后即得到海藻酸钠纤维基扭转驱动器，海藻酸钠纤维基扭转驱动器的直径为120μm，长度为20cm。实施例1制得的海藻酸钠纤维基扭转驱动器的刺激响应行为测试实验。测试方法：将海藻酸钠纤维基扭转驱动器一端固定挂起，另一端负载500mg的砝码，在水溶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)配制海藻酸钠胶体纺丝液：将海藻酸钠粉末与去离子水搅拌均匀得到凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液；2)配制氯化钙凝固浴：将氯化钙溶解于去离子水中得到氯化钙凝固浴；3)制备海藻酸钠凝胶态纤维：将海藻酸钠胶体纺丝液通过纺丝头连续注入到氯化钙凝固浴中，利用湿法纺丝工艺制备海藻酸钠凝胶态纤维，所述海藻酸钠凝胶态纤维的直径为0.25～0.35mm；4)海藻酸钠凝胶态纤维加捻处理：取一根海藻酸钠凝胶态纤维，将其两端固定在加捻机上，进行加捻处理，加捻处理后即得到海藻酸钠纤维基扭转驱动器。

【技术特征摘要】
1.一种海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)配制海藻酸钠胶体纺丝液：将海藻酸钠粉末与去离子水搅拌均匀得到凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液；2)配制氯化钙凝固浴：将氯化钙溶解于去离子水中得到氯化钙凝固浴；3)制备海藻酸钠凝胶态纤维：将海藻酸钠胶体纺丝液通过纺丝头连续注入到氯化钙凝固浴中，利用湿法纺丝工艺制备海藻酸钠凝胶态纤维，所述海藻酸钠凝胶态纤维的直径为0.25～0.35mm；4)海藻酸钠凝胶态纤维加捻处理：取一根海藻酸钠凝胶态纤维，将其两端固定在加捻机上，进行加捻处理，加捻处理后即得到海藻酸钠纤维基扭转驱动器。2.根据权利要求1所述的海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液中海藻酸钠的重量百分比为3～5％；所述步骤2)中，氯化钙凝固浴中氯化钙的重量百分比为3～5％。3.根据权利要求1所述的海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，将配制的凝胶状的海藻酸钠胶体纺丝液在室温下静置20～28小时；所述步骤2)中，将配制得到的氯化钙凝固浴静置0.5～1小时备用。4.根据权利要求1所述的海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，捻数为1000～6000转/米；海藻酸钠纤维基扭转驱动器的直径为70～120μm，长度为4～20cm。5.根据权利要求1所述的海藻酸钠纤维基扭转驱动器的制备方法，其特征在于：所述步骤4)中，捻数为5000～6000转/米，海藻酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王栋，王文，向晨雪，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42