【摘 要】
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采用静电纺丝法将相变材料(PCM)封装在一维线性纤维中,可有效解决PCM泄露问题,制备出直径在几十纳米至几微米的相变纤维。相变纤维中的PCM在相变温度区间内可以通过相态转变与外界环境进行换热,维持微环境温度稳定,在穿戴舒适的智能服装、电子元器件散热及医用纱布、敷料保温等方面具有重大应用价值。本文首先以聚乙二醇1000(PEG 1000)作为PCM,聚酰胺6(PA6)作为支撑材料制备出PEG/PA6
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采用静电纺丝法将相变材料(PCM)封装在一维线性纤维中,可有效解决PCM泄露问题,制备出直径在几十纳米至几微米的相变纤维。相变纤维中的PCM在相变温度区间内可以通过相态转变与外界环境进行换热,维持微环境温度稳定,在穿戴舒适的智能服装、电子元器件散热及医用纱布、敷料保温等方面具有重大应用价值。本文首先以聚乙二醇1000(PEG 1000)作为PCM,聚酰胺6(PA6)作为支撑材料制备出PEG/PA6相变纤维,当PA6/PEG质量比为2:1时,相变纤维中含有较高含量的PCM,并且相变纤维仍能保持良好的表面形貌。此外,二氧化钛(Ti O2)的负载提高了相变纤维紫外线屏蔽能力。TiO2含量为10wt%时相变纤维的熔融温度和熔融焓为36.61℃和51.14 J/g。500次热循环后相变纤维形貌和储热性能只有轻微变化。制备的PEG/PA6/TiO2相变纤维兼具温度调节和紫外屏蔽功能,可作为智能温控纺织品的候选材料。为实现更好封装效果及更大储热密度,以具有高相变焓的PEG 4000为核层PCM,聚乙烯醇(PVA)为壳层支撑材料,绿色、成本低的水为核层和壳层材料溶剂,通过同轴静电纺丝制备出不同核层纺丝液浓度、进液速度的核-壳相变纤维,在PEG浓度为45wt%,进液速度为0.06 m L/h时,PEG@PVA具有良好的形貌及较高含量的PEG,相变纤维核壳分界面明显,PEG与PVA化学相容性良好。PEG@PVA熔融温度为62.81℃,熔融焓为86.40 J/g,封装效率为42.2%。相变纤维热起始分解温度较高,且在经过500次热循环实验后,熔融焓约损失3.1%,仍能保持绝大部分相变能力。PEG@PVA膜的热导率较纯PEG低,这是由于壳层PVA导热性较低。从调温曲线中可知相变纤维膜可以有效的调节微环境的温度。为提高相变纤维热导率,将微量GO负载到相变纤维壳层,以提高相变纤维导热性,并在此基础上,对CNTs进行酸化改性并负载到相变纤维核层,实现壳层二维平面GO和核层一维线性CNTs之间的协同导热增强,GO和CNTs对相变纤维形貌、结构、热稳定性影响较小。GO-1.5的熔融焓为82.54 J/g,封装效率为40.3%,CNTs-0.5的熔融焓为80.13 J/g,封装效率为39.2%,热导率为0.521 W/(m·K),较PEG@PVA纤维膜提高了130%,且展示出更好的调温性能。500次热循环后,相变纤维形貌和储热性能几乎没有变化,可在工作场景中长期使用。
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