一种同轴相变纤维及其制备方法

本发明属于相变材料制备，尤其涉及一种同轴相变纤维及其制备方法。

背景技术：

1、相变蓄热因其环保和低成本等显著优势，现已成为一种领先的能源储存技术。作为相变蓄热的核心，相变材料(pcm)在相变温度下吸收并储存热能，然后在临界相变温度下释放大量潜热。pcm具有热容量大、热稳定性好和环境友好等优良特性。然而，pcm的低导热率、高过冷度和泄漏问题严重制约了其进一步发展。为了缓解泄漏问题，目前的研究工作主要集中在开发新的封装策略上。形状稳定的pcm可采用多种方法制备，如多孔材料负载法、微胶囊法和静电纺丝封装法。其中，静电纺丝是一种简单、方便、经济的超细(亚微米)纤维制备技术。其工作原理是对聚合物溶液施加电荷以克服表面张力。由于静电排斥作用，聚合物溶液流向接地的收集器，随着溶剂从溶液中蒸发，纤维随机沉积到收集器上。然而，电纺丝有三大缺点：1)电纺丝过程需要极高的电压，这可能导致安全问题；2)注射泵的进料速率低，导致生产率低；3)用于电纺丝的材料必须具有高导电性，这限制了材料的选择。

2、新兴的纺丝方法包括离心喷射纺丝、等离子体诱导合成和溶液吹丝(sbs)。其中，sbs利用加压气体从聚合物溶液中生产纳米纤维。聚合物溶液位于内轴，加压气体位于外轴。从喷嘴外轴吹入的高速加压气体会在气体/溶液界面造成降压和剪切，将聚合物溶液拉伸至固定的收集器。然后，随着溶剂的蒸发，拉伸的聚合物形成纤维。sbs解决了静电纺丝安全性差和生产率低的问题，同时材料可以是合成或生物基聚合物，增加了纤维材料的多样性。然而，传统的sbs工艺也存在一些缺点，如纳米纤维的不可控沉积、喷嘴堵塞、射流不稳定等。

3、然而这两种方法均不能满足高效、安全的制备同轴纤维。气电混纺(ebs)结合了静电纺丝和sbs的优点。在传统的sbs工艺中加入电场，可显著增强射流的拉伸和牵引力，电场电压一般小于5kv，对应的最大电流为25ma，远低于静电纺丝施加的电流。电场和压缩气流的协同效应为纤维沉积提供了出色的效率，提高了sbs的射流稳定性。它还可以提高纺丝速率，克服电纺丝生产率低的限制。

4、赤藓糖醇作为相变蓄热材料，其封装多集中在多孔材料上，但多孔材料的封装有限，随着加热循环仍然会出现泄露。此外，赤藓糖醇本身不易纺丝，且易溶于水，微溶于有机溶剂，因此很难利用纺丝技术将其封装。

5、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种同轴相变纤维及其制备方法，以解决上述问题。

2、为实现以上目的，本发明特采用以下技术方案：

3、一种同轴相变纤维，包括核层和壳层，所述核层包括负载赤藓糖醇的聚氧化乙烯，壳层包括聚乙烯醇。

4、进一步地，所述赤藓糖醇和聚氧化乙烯的质量比为(1-4):1。

5、本发明还提供一种所述的同轴相变纤维的制备方法，包括如下步骤：

6、s1：配置负载赤藓糖醇的聚氧化乙烯的纺丝溶液一。

7、进一步地，所述纺丝溶液一的配置方法是将聚氧化乙烯溶于水形成溶液，随后按照赤藓糖醇和聚氧化乙烯的质量比为(1-4):1加入赤藓糖醇，搅拌均匀。

8、优选地，所述赤藓糖醇和聚氧化乙烯的质量比为4:1。

9、s2：配置聚乙烯醇的纺丝溶液二。

10、进一步地，所述纺丝溶液二的配置方法是将聚乙烯醇溶于水，搅拌均匀而得。

11、优选地，所述将聚乙烯醇溶于水时，还加入聚乙烯吡咯烷酮。

12、进一步地，所述聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(9-9.2):(0.8-1)。

13、s3：将所述纺丝溶液一注入三轴针的内轴，将所述纺丝溶液二注入三轴针的中间轴，所述三轴针的外轴接入高压气流。

14、s4：以气电混纺的形式将所述内轴和中间轴内的相应物质输出并沉积在接收板上，即得。

15、进一步地，所述内轴的输出速度为2-4ml/h；所述中间轴的输出速度为3-6ml/h；所述外轴的气流压力为0.3-0.4mpa。

16、进一步地，所述气电混纺时施加的电压为2.5-3.5kv。

17、本发明选择聚氧化乙烯(peo)负载赤藓糖醇作为芯材，制备peo-ery复合纤维；选择聚乙烯醇(pva)和/或聚乙烯吡咯烷酮(pvp)作为外壳材料，通过电喷纺丝工艺制备出同轴相变蓄热纤维，潜热可高达132.66j/g，封装率高达56.1％，解决了赤藓糖醇泄漏的问题；同时，纤维在相变温度范围内保持了良好的稳定性。

技术特征：

1.一种同轴相变纤维，其特征在于，包括核层和壳层，所述核层包括负载赤藓糖醇的聚氧化乙烯，壳层包括聚乙烯醇。

2.根据权利要求1所述的同轴相变纤维，其特征在于，所述赤藓糖醇和聚氧化乙烯的质量比为(1-4):1。

3.一种权利要求1或2所述的同轴相变纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的同轴相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述纺丝溶液一的配置方法是将聚氧化乙烯溶于水形成溶液，随后按照赤藓糖醇和聚氧化乙烯的质量比为(1-4):1加入赤藓糖醇，搅拌均匀。

5.根据权利要求4所述的同轴相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述赤藓糖醇和聚氧化乙烯的质量比为4:1。

6.根据权利要求3所述的同轴相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述纺丝溶液二的配置方法是将聚乙烯醇溶于水，搅拌均匀而得。

7.根据权利要求6所述的同轴相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述将聚乙烯醇溶于水时，还加入聚乙烯吡咯烷酮。

8.根据权利要求7所述的同轴相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为(9-9.2):(0.8-1)。

9.根据权利要求3所述的同轴相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述内轴的输出速度为2-4ml/h；所述中间轴的输出速度为3-6ml/h；所述外轴的气流压力为0.3-0.4mpa。

10.根据权利要求3所述的同轴相变纤维的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述气电混纺时施加的电压为2.5-3.5kv。

技术总结本发明提供一种同轴相变纤维及其制备方法，属于相变材料制备技术领域。其包括核层和壳层，所述核层包括负载赤藓糖醇的聚氧化乙烯，壳层包括聚乙烯醇。其制备方法为：配置负载赤藓糖醇的聚氧化乙烯的纺丝溶液一和聚乙烯醇的纺丝溶液二；将所述纺丝溶液一注入三轴针的内轴，将所述纺丝溶液二注入三轴针的中间轴，所述三轴针的外轴接入高压气流；以气电混纺的形式将所述内轴和中间轴内的相应物质输出并沉积在接收板上，即得。本发明的同轴相变纤维潜热可高达132.66J/g，封装率高达56.1％，解决了赤藓糖醇泄漏的问题；同时，纤维在相变温度范围内保持了良好的稳定性。技术研发人员：刘军,陈炳男,董俊慧受保护的技术使用者：内蒙古工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/6