课题基金 / 基金详情

温度自适应调温纤维的熔纺芯核动态光聚合及其热量管理构效关系研究

批准号:
52073047
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
相恒学
依托单位:
学科分类:
高分子材料加工与成型
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
相恒学

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
调温纤维是一类可自动吸释热量并维持温度平衡的功能纤维,在极端环境防护中具有重要应用,但目前调温纤维的熔融纺丝成形却面临众多困难。本课题拟在皮芯纤维熔纺过程中创新性引入动态光聚合,通过功能单体的在线反应克服高分子链微交联结构与纺丝线上纤维结晶与取向不匹配的难题,从而实现一步法熔纺制备温度自适应调温纤维。重点探讨功能单体配比、光聚合强度、温度应力等工艺参数对纤维熔纺成形动力学、芯层光聚合反应动力学及其微结构演变、皮芯界面结构稳定性的影响关系,建立一种皮芯纤维熔融纺丝与光引发在线聚合的成形方法及调控机制,揭示目标纤维在多环境外场下热量传递效率对其聚集体功能表达的影响规律,从而实现对纤维成形方法、纤维微结构和效能表达的有效调控。通过本课题的研究,不仅可以获得高焓值、高温度敏感性的熔纺调温纤维,还能建立一种通用功能纤维的动态光聚合熔纺成形新方法,为推动功能纤维新材料的发展提供理论依据和技术支撑。
英文摘要
Phase change fibers (PCFs),as a type of functional fibers that can automatically absorb and release heat and maintain temperature balance, have important applications in extreme environmental protection, but currently melt-spun PCFs face serious difficulties. This project intends to prepare melt-spun phase change fibers via photopolymerization of core liquid macromonomers. Following the introduction of dynamic photopolymerization into traditional melt spinning, the disparity between polymer chain micro-crosslinked structure and fiber crystal orientation along the spinning line will be overcome by crosslinking of functional monomers. Detailed investigations on how raw material ratio, photopolymerization and external field temperature stress parameters influence the melt spinning fibre kinetics, core layer microstructure evolution and stability of the core layer interface structure are expected to be conducted. Moreover, establish a molding method and control mechanism of melt-spinning and photo-initiated on-line polymerization of sheath-core fibers, and reveal the effect of heat transfer efficiency of target fibers on the expression of their aggregate functions in multi-environment external fields, so as to achieve fiber forming methods, effective regulation of fiber microstructure and potency. It is finally anticipated that phase change fibers with high enthalpy and temperature sensitivity will be obtained after optimizing and regulating the ratio of raw materials, photopolymerization and the fiber forming process. Therefore, the proposed project will lead to establishment of a new dynamic photopolymer melt spinning molding method to develop a general functional fiber and provide theoretical guidance aimed towards the development of new intelligent fiber materials.
储能调温纤维是一类具有自动吸放热能力、能维持微环境温度平衡的功能性纤维,广泛应用于极端环境防护领域。然而,目前熔融纺调温纤维仍面临诸多挑战。当前,熔融纺相变纤维多依赖于聚丙烯等低熔点聚合物,而基于聚酰胺6(PA6)等高熔点聚合物的相变纤维研究相对较少。PA6作为第二大合成纤维,具有优异的强度、耐磨性、亲肤性,成为高端纺织品的重要原材料。因此,将相变材料与PA6结合,不仅能够赋予纤维储能调温功能,还能提高其附加值和市场竞争力。针对该领域三大技术难题——相变材料难适应较高的纺丝温度、相变材料固液相转变难以稳定添加、以及相变材料添加量低焓值低等问题,本研究采用“软包硬”微球、光诱导微交联等策略,成功制备了具有高热稳定和高焓值的相变复合材料,并采用共混复合和皮芯复合方法制备了系列高焓值调温纤维。首先,设计耐高温的复合相变材料,获得了孔径和比表面积可控的SiO₂载体,利用“软包硬”策略制备了具有壳核结构的SiO₂@PEG复合相变材料。通过氢键作用和毛细效应,确保了相变复合材料在高温条件下的形态稳定,并有效克服了传统相变微胶囊在纺丝过程中易破碎的难题。其次,采用“皮-芯纺”策略,利用皮层辅助成形,进一步提高了纤维中复合相变材料的添加量及其可纺性;系统分析了高填充量纳米粒子对PA6熔体流变行为的影响,并对皮芯两种组分熔体的黏度匹配性进行了优化。进一步,通过动态光聚合引发表面微交联和毛细协同作用,制备了系列高热稳定性复合相变材料及调温纤维。最后,拓展了多环境下相变材料及纤维织物的热量转换与管理机制。项目研究内容在Adv. Compos. Hybrid Mater.,Chem. Eng. J.等期刊发表SCI论文12篇,申请国家发明专利6项,培养研究生、本科生等7人。本项目为熔融纺调温纤维的应用开发提供了一定的理论基础和技术支撑。
熔融纺丝动态光聚合一步制备蓄热调温变色纤维及其热量管理机制
  • 批准号:
    20520740800
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    相恒学
  • 依托单位:
生物质聚羟基脂肪酸酯纤维及其扭转拉伸诱导结晶研究
  • 批准号:
    51603033
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2016
  • 负责人:
    相恒学
  • 依托单位:
国内基金
海外基金