一种功能响应性仿竹结构纤维的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种功能响应性仿竹结构纤维的制备方法，将聚合物溶液涂覆在单丝纤维上，然后将纤维快速转入凝固浴中，使溶剂迁移进入凝固浴，从而在纤维上形成多孔聚合物竹节状或珠状结构，其多孔结构内可填充水或其它材料。利用多孔结构内水或功能材料的相变或智能响应性，该仿竹结构纤维不仅具有更高的强度和模量，并且具备了性能可调的功能响应特性，成为具有响应活性的功能性高强高模纤维材料。

Preparation of a Functionally Responsive Bamboo-like Structural Fiber

The invention discloses a preparation method of functional responsive bamboo-like structural fibers. The polymer solution is coated on the monofilament fibers, and then the fibers are quickly transferred into the coagulation bath to transfer the solvent into the coagulation bath, thereby forming a porous polymer bamboo or bead structure on the fibers, which can be filled with water or its porous structure. It's material. The bamboo-like structural fibers not only have higher strength and modulus, but also have adjustable functional response characteristics, and become functional high-strength and high-modulus fibers with response activity by utilizing the phase change or intelligent response of water or functional materials in porous structures.

【技术实现步骤摘要】
一种功能响应性仿竹结构纤维的制备方法
本专利技术涉及一种功能性材料的制备方法，具体涉及一种功能响应性仿竹结构纤维的制备方法。
技术介绍
在自然界中，节状结构和多孔结构是生物结构中很常见的现象，它们用最少的材料高效地获得的优异的强度和韧性并且具有更低的低密度。其中，竹子是最为典型的具有节状和多孔结构的天然材料，其高强度、高韧性和低密度的特点使得竹子几千年来一直被用于制造劳动工具、交通工具、建筑物、武器等经久耐用的结构部件。此外，被人们所忽视的是，存活的竹子孔隙中还存在大量的水，这使得竹子同时具有潜在的温度响应特性，即低温下躯干模量更高、更抗弯折，其模量还会随着温度变化而增大或减小。这种现象在木材或其他含水生物材料中也能被观察到，低温下的高模量特性使得这些生物体在冬天具备了一定的抗风雪能力。由此可见，节状结构、多孔结构、响应性液体是提供生物材料高强度、高模量、低密度以及智能响应性的关键因素。在先进人造材料中，高强度和高模量纤维以其非常稳定的物理性质而著称。先进纤维的大多数物理性质，如热稳定性、力学性能、电性能、光学性质等，在人类活动的温度范围内基本保持恒定。其中，碳纤维以其突出而恒定的机械性能而被用做优异的增强材料，但世界各地的研究人员仍在不断努力提高碳纤维的拉伸强度，拉伸模量和韧性，以追求材料的性能极致，而开发制备具有智能响应特性的碳纤维也经常引起人们的关注。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种功能响应性仿竹结构纤维的制备方法，所制备的仿竹结构纤维具有功能响应性，高模量、低密度的特点。为达到上述目的，本专利技术采用的制备方法如下：1)首先，将热塑性聚合物、致孔剂和有机溶剂混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为10－50％，致孔剂的质量百分含量为5－20％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝纤维表面，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴即得到功能响应性仿竹结构纤维。所述的热塑性聚合物为聚醚砜，聚砜，聚酰胺，聚丙烯或聚偏氟乙烯。所述的致孔剂为异丙醇，异丁醇，聚乙二醇或丙三醇。所述的有机溶剂为二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺，N,N-二甲基吡咯烷酮或二甲基亚砜。所述的单丝纤维为碳纤维，玻璃纤维或有机聚合物纤维。所述的凝固浴为水。本专利技术受竹子结构的启发，采用非常简单的方法制备出具有节状结构、多孔结构的纤维材料，通过在竹节状或珠状结构中填充智能响应性液体，使纤维具备功能响应特性，这种新型纤维具有更高的拉伸强度和杨氏模量，更重要的是其模量、电性能、光性能、磁性能等能够随着外界条件的改变而发生智能响应性变化。附图说明图1为本专利技术仿竹结构纤维与未处理纤维的外观对比示意图；图2为本专利技术仿竹结构碳纤维与未处理碳纤维的动态热机械分析储能模量图。图3为本专利技术仿竹结构碳纤维与未处理碳纤维的拉伸强度，以及二者杨氏模量的分布图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细描述。实施例1：1)首先，将热塑性聚合物聚醚砜、致孔剂异丙醇和有机溶剂二甲基乙酰胺混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为10％，致孔剂的质量百分含量为5％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝碳纤维表面，即可形成一系列无色透明的珠状液滴，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴即水中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴，在纤维上即可形成一系列稳定的白色多孔珠状结构(图1)，从而制成仿竹结构碳纤维。本实施例制备的仿竹结构碳纤维的多孔基体内填充一定量的水，在0℃左右可发生“冰-水”的相变过程，从而使得该纤维在0℃左右会发生明显的储能模量变化(图2)，从而使碳纤维具备了一种模量可随温度响应的智能特性。此外，由于竹节状结构的修复和增强作用，本专利技术所制备的仿竹结构碳纤维比普通碳纤维具有更高的储能模量(图2)和拉伸强度(图3)。实施例2：1)首先，将热塑性聚合物聚砜、致孔剂异丙醇和有机溶剂二甲基乙酰胺混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为20％，致孔剂的质量百分含量为8％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝碳纤维表面，即可形成一系列无色透明的珠状液滴，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴即水中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴，在纤维上即可形成一系列稳定的白色多孔珠状结构，从而制成仿竹结构碳纤维。实施例3：1)首先，将热塑性聚合物聚酰胺、致孔剂聚乙二醇和有机溶剂N,N-二甲基吡咯烷酮混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为30％，致孔剂的质量百分含量为10％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝碳纤维表面，即可形成一系列无色透明的珠状液滴，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴即水中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴，在纤维上即可形成一系列稳定的白色多孔珠状结构，从而制成仿竹结构碳纤维。实施例4：1)首先，将热塑性聚合物聚丙烯、致孔剂聚乙二醇和有机溶剂二甲基亚砜混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为40％，致孔剂的质量百分含量为12％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝玻璃纤维表面，即可形成一系列无色透明的珠状液滴，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴即水中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴，在纤维上即可形成一系列稳定的白色多孔珠状结构，从而制成仿竹结构玻璃纤维。实施例5：1)首先，将热塑性聚合物聚醚砜、致孔剂异丁醇和有机溶剂二甲基乙酰胺混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为50％，致孔剂的质量百分含量为16％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝玻璃纤维表面，即可形成一系列无色透明的珠状液滴，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴即水中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴，在纤维上即可形成一系列稳定的白色多孔珠状结构，从而制成仿竹结构玻璃纤维。实施例6：1)首先，将热塑性聚合物聚醚砜、致孔剂聚乙二醇和有机溶剂N,N-二甲基吡咯烷酮混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为30％，致孔剂的质量百分含量为20％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝玻璃纤维表面，即可形成一系列无色透明的珠状液滴，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴即水中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴，在纤维上即可形成一系列稳定的白色多孔珠状结构，从而制成仿竹结构玻璃纤维。实施例7：1)首先，将热塑性聚合物聚醚砜、致孔剂丙三醇和有机溶剂二甲基亚砜混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为20％，致孔剂的质量百分含量为15％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝有机聚合物纤维表面，即可形成一系列无色透明的珠状液滴，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴即水中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴，在纤维上即可形成一系列稳定的白色多孔珠状结构，从而制成仿竹结构有机聚合物纤维。实施例8：1)首先，将热塑性聚合物聚砜、致孔剂聚乙二醇和有机溶剂N,N-二甲基吡咯烷酮混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为20％，致孔剂的质量百分含量为18％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功能响应性仿竹结构纤维的制备方法，其特征在于：1)首先，将热塑性聚合物、致孔剂和有机溶剂混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为10－50％，致孔剂的质量百分含量为5－20％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝纤维表面，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴即得到功能响应性仿竹结构纤维。

【技术特征摘要】
1.一种功能响应性仿竹结构纤维的制备方法，其特征在于：1)首先，将热塑性聚合物、致孔剂和有机溶剂混合制成聚合物溶液，其中热塑性聚合物的质量百分含量为10－50％，致孔剂的质量百分含量为5－20％，余量为有机溶剂；2)然后，将聚合物溶液涂覆于单丝纤维表面，再将涂覆有聚合物溶液的单丝纤维快速转入凝固浴中，使聚合物溶液中的有机溶剂迁移进入凝固浴即得到功能响应性仿竹结构纤维。2.根据权利要求1所述的功能响应性仿竹结构纤维的制备方法，其特征在于：所述的热塑性聚合物为聚醚砜，聚砜，聚酰胺，聚丙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：许培俊，高尚林，程静琪，
申请(专利权)人：长安大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61