一种微交叠仿生竹节纤维基中空材料及其制备方法技术

本发明专利技术提出了一种微交叠仿生竹节纤维基中空材料及其制备方法，属于非织造复合材料领域，用以解决纤维基加湿材料的定向导液能力低和力学性能差的技术问题

【技术实现步骤摘要】
一种微交叠仿生竹节纤维基中空材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及非织造复合材料领域，特别是指一种微交叠仿生竹节纤维基中空材料及其制备方法
。

技术介绍

[0002]适宜的室内空气湿度
(40
‑
60
％
)
是减少咽喉炎
、
气管炎和肺炎等疾病发病率，保证人体健康和环境舒适性的核心
。
现有的空气湿度调节手段主要是以纤维基加湿芯为导液系统的浸透蒸发式加湿器
。
这是因为纤维基加湿芯具有工作原理简单
(
液体水在毛细作用力的诱导下沿着纤维间隙传输，并在纤维表面润湿铺张而接触空气蒸发，从而实现空气湿度的提升
)、
使用成本低和加湿范围广的优势
。
现有的纤维基加湿芯多为纤维素纤维和聚酯纤维组成的束装物，其蓬松的纤维结构虽然可以实现液体水的传输，但是其传输效率低而加湿能力弱，并且其抗拉能力差而易损坏，难以适应干燥环境下的高传输效率和长期使用要求
。
因此，开发兼具有快速导液能力和一定抗拉强度的新型纤维基加湿芯用于浸透蒸发式加湿器仍存在一定的挑战
。
[0003]聚乳酸
(Polylactic acid
，
PLA)
等生物纤维的快速发展，也为健康环保的浸透蒸发式加湿器技术进步和新产品开发提供原料基础
。
但纯聚乳酸纤维的力学性能和液体定向运输效率低，这极大限制了聚乳酸纤维在液体运输领域的应用
。
如专利号
CN115748107
公布了一种兼具韧性和导液性的聚乳酸超细纤维非织造材料的制备方法，将聚乳酸
、
聚乙二醇和十二烷基硫酸钠熔融共混形成共混聚合物，共混聚合物经熔喷方法制得聚乳酸超细纤维非织造材料
。
通过加入十二烷基硫酸钠提高了聚乳酸的结晶速率和结晶能力，使其力学性能和导液特性有所提升；专利号
CN116005352A
公开了一种仿生高取向的聚乳酸超细纤维非织造材料的制备方法，主要将聚乳酸
、
聚乙二醇和十二烷基硫酸钠熔融共混形成共混熔体，共混熔体经喷丝模头形成超细纤维后由接收网帘收集，随后由牵伸滚筒进行原位牵伸制得聚乳酸超细纤维非织造材料
。
通过改变牵伸倍率来改变纤维直径
、
直径分布和结晶度和力学性能和润湿性能，但该方法虽然在一定程度上能够提高液体的定向传输效率，但是提升有限，难以满足实际应用的需求
。
[0004]基于仿生学的纤维材料结构设计为纤维材料功能性提升提供了良好的借鉴
。
如莲藕丝
、
树叶叶脉和竹节等连续或者准连续的高定向排列结构可以高效实现液体的定向传输，是植物界亿万年进化而成的高效液体传输结构，被众多学者用于功能性纤维材料结构的设计和优化
。
其中，竹节是一种维管束和薄壁细胞基质组成的复合材料，纤维的梯度分布结构一方面赋予竹子优异的力学性能，另一方面表现出了优异的吸湿传液性能
。
高定向排列的微孔结构是增强液体定向传输毛细力和减少传输阻力的关键
。
因此，寻找一种兼具有高定向排列结构和稳定力学性能的新型纤维材料用于纤维基加湿芯的制备就成了现阶段急需解决的关键问题
。

技术实现思路

[0005]针对纤维基加湿芯导液定向传输效率低和抗张强度低的技术问题，本专利技术提出一种微交叠仿生竹节纤维基中空材料及其制备方法，显著提高了纤维基加湿材料的液体定向传输效率和力学强度
。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]一种具有微交叠仿生竹节纤维基中空材料，包括由内到外交替排列的
PLA
微纳米纤维层和粘胶纤维层；
PLA
微纳米纤维层和粘胶纤维层在材料厚度方向上形成层次分布内松外紧的叠层结构，在平行于长度方向呈现连续或准连续的层状微米孔
。
[0008]所述
PLA
微纳米纤维层为聚乳酸纤维非织造材料，纤维平均直径为
4.8
‑
8.6
μ
m
，孔径大小为
36.1
‑
58.4
μ
m。
[0009]所述粘胶纤维层为面密度
97.3g/m2，厚度
0.51mm
的粘胶纤维无纺布
。
[0010]所述的微交叠仿生竹节纤维基中空材料的制备方法，其特征在于，步骤为：
[0011](1)
熔喷原位牵伸制备高定向排列的聚乳酸纤维非织造材料：将聚乳酸
(PLA)、
仲烷基磺酸钠
(SAS)
和聚乙二醇
(PEG)
混合均匀得到共混聚合物，加入到螺杆挤出机共混形成共混熔体，经过滤器后进入计量泵，共混熔体经计量泵后送入喷丝模头，由热风牵伸形成纤维在接收网帘上沉积，随后由牵伸滚筒进行原位牵伸制得高定向排列的聚乳酸纤维非织造材料
。
[0012]上述熔喷成型过程中，
PLA
熔体从喷丝板挤出后受高速气流牵伸作用细化成纤，并在喷丝板下方的成网帘上聚集成具有一定温度的
PLA
杂乱纤维网
。
增强高速气流压力可有效提升气流牵伸力，是调整纤维细度的主要方法
。
因此，在聚乳酸纤维非织造材料的制备过程中，通过调整牵伸风压以获得多种纤维细度的聚乳酸纤维非织造材料
。
[0013]进一步，
PLA
杂乱纤维网在卷绕机的成卷过程中，因
PLA
聚合物低玻璃化转变温度
(
～
60℃)
和卷绕张力作用而原位牵伸形成高定向排列的聚乳酸纤维非织造材料
。
调整卷绕机与成网帘间的速度比可以实现原位牵伸张力的改变，是调控纤维定向程度的核心
。
因此，在高定向排列的聚乳酸纤维非织造材料的牵伸制备过程中，设定速度比为
1.8。
[0014](2)
粘胶纤维无纺布的制备：以粘胶纤维为原料，采用梳理机梳理获得粘胶纤维网，后利用水刺工艺对梳理后的纤网进行加固制备粘胶纤维无纺布
。
[0015](3)
仿生竹节纤维基中空材料的叠层复合：将步骤
(1)
中的聚乳酸非织造材料与步骤
(2)
中的粘胶纤维膜进行上下叠层并进行热轧复合制备两层结构的
PLA/CEL
非织造复合材料
。
[0016](4)
卷绕
、
固定：将步骤
(3)
中的聚乳酸
/
粘胶纤维非织造复合材料沿机器方向裁剪出长
170cm
，宽度
100mm
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种微交叠仿生竹节纤维基中空材料，其特征在于，包括由内到外交替排列的
PLA
微纳米纤维层和粘胶纤维层；
PLA
微纳米纤维层和粘胶纤维层在材料厚度方向上形成层次分布内松外紧的叠层结构，在平行于长度方向呈现连续或准连续的层状微米孔
。2.
根据权利要求1所述的微交叠仿生竹节纤维基中空材料，其特征在于，所述
PLA
微纳米纤维层为聚乳酸纤维非织造材料，纤维平均直径为
4.8
‑
8.6
μ
m
，孔径大小为
36.1
‑
58.4
μ
m。3.
根据权利要求1所述的微交叠仿生竹节纤维基中空材料，其特征在于，所述粘胶纤维层为面密度
97.3g/m2，厚度
0.51mm
的粘胶纤维无纺布
。4.
根据权利要求1‑3任一项所述的微交叠仿生竹节纤维基中空材料的制备方法，其特征在于，步骤为：
(1)
将聚乳酸
、
仲烷基磺酸钠和聚乙二醇的均匀共混物经熔喷原位牵伸制得聚乳酸纤维非织造材料即
PLA
微纳米纤维层；
(2)
将粘胶纤维梳理并进行铺网，形成粘胶纤维网，再通过水刺加固
、
烘干，制得粘胶纤维无纺布即粘胶纤维层；
(3)
将步骤
(1)
中的聚乳酸纤维非织造材料与步骤
(2)
中的粘胶纤维无纺布进行上下叠层并进行热轧复合，制得聚乳酸
/
粘胶纤维非织造复合材料；
(4)
将步骤
(3)
中的聚乳酸
/
粘胶纤维非织造复合材料，卷绕成型并放入柱状模具器内固定，即得微交叠仿生竹节纤维基中空材料
。5.
根据权利要求4所述的微交叠仿生竹节纤维基中空材料的制备方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中聚乳酸
、
仲烷基磺酸钠和聚乙二醇的质量比为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张恒，翟倩，甄琪，郑楚婷，雷思雨，吴璐芳，赵珂，于欣雨，朱文辉，
申请(专利权)人：中原工学院，
类型：发明
国别省市：