【摘 要】
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相变材料(PCM)是一种新型材料,将其添加到纺织品中,可通过相变使纺织品与人体间的“微环境”温度处在一适宜范围,维持人体的热舒适性。相变纤维是纺织品内相变材料的常见存在形式之一,通过将相变材料封装在皮芯结构纤维的内部,可解决PCM在发生固液相态转换时出现的液体渗漏问题。静电纺工艺可制得纳米级皮芯结构相变纤维,具有比表面积大、相变效率高、热响应速度快等系列优势,目前常用方法为同轴静电纺;然而,同轴静
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相变材料(PCM)是一种新型材料,将其添加到纺织品中,可通过相变使纺织品与人体间的“微环境”温度处在一适宜范围,维持人体的热舒适性。相变纤维是纺织品内相变材料的常见存在形式之一,通过将相变材料封装在皮芯结构纤维的内部,可解决PCM在发生固液相态转换时出现的液体渗漏问题。静电纺工艺可制得纳米级皮芯结构相变纤维,具有比表面积大、相变效率高、热响应速度快等系列优势,目前常用方法为同轴静电纺;然而,同轴静电纺对纺丝装置要求较高,制备过程不可控性较大,因此应用受限。相比之下,乳液静电纺所需纺丝装置更为简便,制备纳米纤维时仅需采用单轴喷丝头,通过乳液静电纺实现皮芯结构相变纤维的成型就有重要的研究意义与应用潜力。为此,本文以十二醇(DD)及聚乙烯醇(PVA)作为研究对象,将研究内容据此分为三个部分:(1)乳液静电纺纳米纤维皮芯结构成型机理研究。选取十二烷基苯磺酸钠(SDBS)及失水山梨糖醇单油酸酯(Span80)为乳化剂,DD为分散相材料,PVA为连续相材料。将所得纺丝乳液进行静电纺丝,对乳液的粘度、电导率以及电纺纤维在射流不同位置的形貌进行测试,据此提出乳液静电纺纳米纤维皮芯结构成型的机理模型并探究纺丝乳液组分对纤维形貌的影响。(2)乳液静电纺皮芯结构纳米纤维的相变性能研究。基于上一章结论,确定乳化剂为SDBS,PVA含量为10wt%,DD作为PCM。制备SDBS含量及DD含量不同的纺丝乳液,电纺后得到纳米纤维。对纺丝乳液的稳定性及可纺性,纳米纤维的形貌、相变性能、调温性能、防渗漏性及热循环稳定性进行研究。(3)戊二醛(GA)交联相变纤维的制备及性能研究。确定SDBS含量为1wt%,DD含量为8wt%。为提升相变纤维的耐水性,采用GA作为交联剂,得到交联型纺丝乳液后,经电纺得到戊二醛(GA)交联相变纤维。对相变纤维进行红外光谱、形貌、相变性能、热循环稳定性及耐水性测试,分析GA交联前后相变纤维性能的变化。研究结果表明:(1)乳化剂为SDBS时可得表面形貌良好的电纺纳米纤维,当连续相含量为10wt%及以上时,纤维可得到清晰的皮芯结构。(2)SDBS含量为1wt%时,纺丝乳液具有良好的稳定性和可纺性,所得纤维的形貌较好。纤维中PCM含量为8wt%时,相变焓值可达到67J/g,温度调节最大可达到1.3℃,经15次热循环后纤维的相变潜热损失不大,具有良好的防渗漏性及热循环稳定性。(3)1wt%GA相变纤维的相变温度较为适宜,为25.0℃,相变熔融焓达到48.7J/g,经15次热循环后焓值损失率较低,且耐水性测试后质量损失率仅为5.18%,纤维具有良好的相变性能、热循环稳定性及耐水性。
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