单向导湿用类蜂巢纤维集合体材料的可控构筑及其毛细芯吸机制研究
批准号:
52073052
项目类别:
面上项目
资助金额:
59.0 万元
负责人:
王先锋
依托单位:
学科分类:
通用高分子材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
王先锋
中文摘要
当前导湿纤维膜材料普遍存在导湿性能差、易回渗的问题,难以满足个体防护等领域对高性能吸湿排汗面料的迫切需求。在导湿材料中构筑水分在厚度方向传导/面内扩散的定向传输通道是解决上述问题的重要途径。本项目拟研究类蜂巢纤维集合体材料的成型及调控规律,揭示材料本体结构对液态水毛细芯吸效应的增强机制,获得吸湿排汗性能优异的单向导湿材料。近期申请者通过静电纺丝技术制备出具有类蜂巢结构的单向导湿材料,但该材料易吸水溶胀且结构稳定性较差,导致其导湿及力学性能仍未达到实际应用要求。为此,本项目将开展类蜂巢纤维集合体材料的可控构筑及其单向导湿性能优化研究,确立静电聚集诱导类蜂巢堆砌结构自组装成型的边界条件,明晰粘结交联过程中纤维网络框架稳定性的调控规律,揭示蜂窝连通孔道结构对液态水毛细芯吸效应的增强机制,确立材料达到最佳单向导湿性能时的本体结构特征,实现材料拉伸强度>10MPa、单向导湿指数>1400%的目标。
英文摘要
The current moisture wicking fibrous membranes cannot satisfy the urgent requirements for high-performance moisture absorption and perspiration fabrics in individual protection and other fields due to their poor moisture transport performance and large water return permeability. To construct a directional water transport channel (i.e. water transport in the direction of thickness and diffusion in the surface) in the moisture wicking materials is an important way to solve the above problems. Herein, we will investigate the fabrication and structure regulation of the honeycomb-like unidirectional moisture transport fiber assemblies, and reveal the capillary wicking mechanism enhanced by the materials’ structures, finally, obtain a unidirectional moisture transport fibrous material with excellent hygroscopic and sweat releasing properties. Recently, we have preliminarily prepared unidirectional moisture transport fibrous materials with honeycomb-like fiber network structure by electrospinning. However, the unidirectional moisture transport performance and mechanical properties could not satisfy the requirements of practical application due to the swelling and poor structural stability of the materials. Therefore, we will carry out the controllable fabrication and performance optimization of the honeycomb-like structural fibrous materials for unidirectional moisture transport, establish the critical self-assembly forming condition of the honeycomb-like stacking structure, and clarify the stability regulating rules of fibrous network frame during the bonding and cross-linking process. Moreover, we will reveal the capillary wicking mechanism enhanced by the honeycomb-like interconnected channel structures. Finally, we will explore the optimized structure of the fibrous materials for unidirectional moisture transport performance, and achieve the materials with tensile strength > 10 MPa and one-way moisture transport capability > 1400%.
单向导湿功能材料可在人体汗液传输至织物外侧的同时阻止外部液体的入侵,从而营造出干爽舒适的服装微气候环境。然而现有纤维基单向导湿膜材料普遍存在正向导湿性能差、反向易回渗的问题。本课题“单向导湿用类蜂巢纤维集合体材料的可控构筑及其毛细芯吸机制研究”旨在明确类蜂巢纤维网络结构成型的边界条件及其调控规律,阐明纤维间粘结交联结构特征与干湿态纤维网络力学稳定性的内在关联,揭示类蜂巢纤维集合体材料本体结构与单向导湿性能的构效关系,实现高效单向导湿纤维集合体材料在户外运动、医疗卫生及个体防护等领域的特效应用。从2021年1月到2024年12月这四年时间里,我们开展了大量的实验工作:系统考察了聚合物种类、不同电纺时间以及接收基材对类蜂巢梯度结构纤维膜形貌的影响,以荷电纤维上的表面张力和静电斥力的竞争作用为切入点,构建了静电纺纤维胞腔网孔结构的自组装模型,深入研究了类蜂巢纤维网结构的成型机制,丰富了纤维胞腔网孔的仿生类型和调控手段,实现了不同聚合物基类蜂巢网络结构纤维材料的可控制备;进一步利用分子动力学模拟交联前后聚合物分子链的变化,阐明交联剂物理粘结及化学交联过程中纤维网络框架结构稳定性的调控规律;在此基础上,建立了微小液滴在纤维毛细网孔中的快速捕获和定向传输模型,实现了类蜂巢梯度网孔结构纤维材料导湿性的提升。经过四年的研究,我们顺利完成了任务书中规定的任务,制备的单向导湿类蜂巢纤维集合体实现了拉伸强度>10MPa、单向导湿指数>1400%的目标。发表学术论文19篇,申请发明专利5项,其中授权专利1项。本课题的完成对探索高效单向导湿纤维集合体材料的可控制备及其在户外服装等领域中的应用具有重要意义。
仿蜻蜓翅脉结构透明纳米纤维膜的可控构筑及其可见光增透机制研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:53万元
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批准年份:2022
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负责人:王先锋
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依托单位:
CO2捕集用通体纳米多孔纤维的可控制备及其吸附机理研究
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批准号:51503028
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:22.0万元
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批准年份:2015
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负责人:王先锋
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依托单位:
国内基金
海外基金