專利名稱：多級相變微納米復(fù)合纖維及其制備方法和用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于相變材料領(lǐng)域，特別涉及多級相變儲能微納米復(fù)合纖維及其 電紡制備方法，以及該多級相變儲能微納米復(fù)合纖維的用途。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)70年代的世界能源危機(jī)以來，儲能技術(shù)的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究在發(fā) 達(dá)國家迅速崛起，并得到不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為開發(fā)新能源、協(xié)調(diào)能量供求在 時(shí)間和強(qiáng)度的不匹配、提高能源利用率的重要技術(shù)之一。在貯能技術(shù)的研究 中，貯能材料的開發(fā)是最為人們所關(guān)注的。
在貯能材料中，固一液相變材料具有貯能密度大、貯能過程近似恒溫、 體積變化小、過程易控制等優(yōu)點(diǎn)而得到各國科學(xué)家的廣泛重視。固一液相變
貯能材料的種類很多，按組成成分可分如下主要類型(l)無機(jī)化合物，包括 結(jié)晶水合鹽類、熔融鹽類、金屬或合金；(2)有機(jī)化合物，這類材料有石蠟類、 脂肪酸類、酯類、醇類和高分子類等；(3)共熔體系及復(fù)合材料，分為有機(jī)/ 有機(jī)、有機(jī)/無機(jī)、無機(jī)/無機(jī)共熔物和復(fù)合材料。
固一液相變材料在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在著種種不足如相變時(shí)體積的膨脹收 縮變化，液體的產(chǎn)生與滲漏；有機(jī)類導(dǎo)熱系數(shù)較小，在空氣中易被氧化；水 合鹽類的分層析出、腐蝕性等。另外，由于許多單一材料在使用時(shí)，相變溫 度較高，難以適應(yīng)低溫貯能系統(tǒng)的要求。因此，制備復(fù)合儲能材料成為人們 研究的熱點(diǎn)。
近年來，由于相變纖維的用途廣泛，引起了人們普遍關(guān)注，目前很多相 變纖維已經(jīng)采用多組份相變材料，并試圖盡可能地提高穩(wěn)定性和熱容量，主 要分為以下幾種形式(1)將相變材料填充或注入到中空纖維中，Vigo等人 (United States Patent 4871615 )將聚乙二醇或塑晶材料的溶液注入到中空纖維 中，得到具有相變特性的纖維。這種中空纖維直徑較大，相變材料殘留于纖 維表面，相變過程中也較易滲出，穩(wěn)定性不好。(2)將相變物質(zhì)直接混合紡絲，United States Patent 5885475以石蠟等相變材料與聚烯烴聚合物混合紡絲， 得到相變溫度在15 65。C的可調(diào)溫纖維。但溶液/熔體的可紡性變差，相變材 料在聚合物熔體中的穩(wěn)定性下降較快，相變材料在纖維中的穩(wěn)定性也不理想。 (3)原料中添加微膠囊紡絲，四川大學(xué)徐建軍等人(CN 1908257A)結(jié)合混 合溶液紡絲和微膠囊的方法提出了原位微膠囊法制備相變儲能纖維。(4)專 利WO 03/062513A2提出了一種用擠出的方法制備具有核一殼結(jié)構(gòu)或海一島 結(jié)構(gòu)的相變纖維。以上制備方法中得到的纖維直徑通常在十幾個(gè)微米以上， 或纖維中相變材料的含量較低，并難以提高。
美國華盛頓大學(xué)的Xia (Nano letters, 2006年)研究小組報(bào)導(dǎo)了一種同軸 電紡制備含相變材料的微米纖維，這種方法穩(wěn)定性較好，相變材料的含量也 比添加微膠囊法高，但只報(bào)導(dǎo)了含有一種相變材料的纖維的制備。
本發(fā)明所涉及的多組份相變材料獨(dú)立包封的多級相變微納米纖維還沒有 文獻(xiàn)和專利報(bào)導(dǎo)，它具有相變潛熱大，儲能密度高，相變溫度可控，可逆性 好等優(yōu)點(diǎn)，可以通過電紡方法一步制備這種多級相變纖維，其在太陽能利用、 建筑節(jié)能、軍事、航空以及民用等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供具有多級、分區(qū)間的相變溫度、穩(wěn)定性和可 逆性好的多級相變儲能微納米復(fù)合纖維。
本發(fā)明的再一目的在于提供多級相變儲能微納米復(fù)合纖維的制備方法。 本發(fā)明的還一 目的在于提供多級相變儲能微納米復(fù)合纖維的用途
本發(fā)明的多級相變微納米復(fù)合纖維是通過靜電紡絲工藝制備出的，該多 級相變微納米復(fù)合纖維是由纖維殼，和由封裝有不同相變溫度的相變核材料 構(gòu)成的多通道纖維核一殼結(jié)構(gòu)，其斷面組成如圖1所示，但其斷面輪廓和內(nèi) 部界面不局限于圓形，還包括橢圓形和多邊形等不規(guī)則形狀，核殼結(jié)構(gòu)的形 貌可以通過煅燒后的SEM觀測得到證實(shí)。所述的復(fù)合纖維的外直徑為0.5 l(Vm，所述的多通道纖維核的通道為2個(gè)或2個(gè)以上，優(yōu)選通道為2 5個(gè)， 具有不同相變溫度的相變核材料分別獨(dú)立封裝于所述的通道中。
本發(fā)明所制備的多級相變微納米復(fù)合纖維的相變溫度在0 8(TC之間。 所述的纖維殼材料選自無機(jī)金屬氧化物和/或聚合物中的1 3種。其中無 機(jī)金屬氧化物是NiFe204、 Fe304、 MgTi03、 NiTi03、 A1203-B203、 Ce02、
Zr02、 A1203、 Ge02、 Mn203-Mn304、 Co304、 Nb205、 Ti02、 NiO、 ZnO、 Sn02 或La2Cu04等。聚合物是聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚乙烯基吡咯垸酮(PVP)、聚 丙烯腈(PAN)、聚丙烯(PP)、聚氨酯(PU)、聚乳酸(PLLA)、聚甲基丙烯 酸甲酯(PMMA)、聚醋酸乙烯酯(PVAc)或聚已內(nèi)酯(PCL)等。
所述的相變核材料選自相變溫度在0 8(TC的各種相變材料，所述的具有 不同相變溫度的相變核材料是無機(jī)化合物、有機(jī)化合物、有機(jī)/有機(jī)的共熔 物、有機(jī)/無機(jī)的共熔物或無機(jī)/無機(jī)的共熔物等。
所述的無機(jī)化合物是結(jié)晶水合鹽類。
所述的結(jié)晶水合鹽類選自NaCO340H2O、 Na2HP04'12H20、 CaCl2'6H20、 Na2SO4.10H2O、 KF.10H2O、 LiNO3.10H2O、 MgI2.8H20、 Zn(N03)26H20或 FeCl3'6H20等中的1 5種。
所述的有機(jī)化合物選自石蠟類中的一種、脂肪酸類中的一種、酯類中的 一種或醇類中的一種等。
所述的有機(jī)/有機(jī)共熔物是石蠟類中的2 5種的混合物、脂肪酸類中的 2 5種的混合物、酯類中的2 5種的混合物或醇類中的2 5種的混合物， 例如十八烷和十九垸的混合物，癸酸和月桂酸的混合物，十四醇和十六醇 的混合物等。
所述的石蠟類是正十四垸 正三十六烷。
所述的脂肪酸類是辛酸(八酸) 二十烷酸。
所述的酯類是C6H5COOC6H5、 C3H7COOC6H5、 C6H5COOCH2C6H5 、 CH3OOC(CH2)8COOCH3 、 C6H4(COOCH3)2 、(CH3)2NC6H4COOC2H5 或 FQH4COOC2H5等。
所述的醇類是十醇 二十二醇。
所述的有機(jī)/無機(jī)共熔物是指有機(jī)、無機(jī)低共熔混合物，例如
NaN03+KN03+CO(NH2)2 (27.7wt%+10.3wt%+62.0wt%) 、 CaCl2+CH3CONH2 (17.3wt%+82.7wt%) 、 NH4N03+CO(NH2)2 (53wt%+47wt%)或 NH4N03+ NaN03+CO(NH2)2 (47.4wto/o+7.6wt。/。+45.0wt。/o)等。
所述的無機(jī)/無機(jī)共熔物是無機(jī)低共熔混合物，例如CaCl2+NaCl+KCl + H20 (48wt%+4.3wt%+0.4wt%+47.3wt%) 、 Ca(N03)2-4H20+Mg(N03)2.6H20 (67wt%+33wt%) 、Mg(N03)2'6H20+MgCl6'H20(58.7wt%+41.3wt%)、 Mg(N03)3-6H20+Al(N03)3.9H20 (53wt。/o+47wt。/o)或Mg(N03)3-6H20+NH4N03 (61.5wto/o+38.5wto/o)等。本發(fā)明的多級相變微納米復(fù)合纖維的制備方法是采用高壓靜電紡絲技 術(shù)，其制備裝置可參見圖2 (兩個(gè)裝置分別以包覆具有三種和兩種相變溫度的 核材料的纖維制備為例，但并不限于此例)，可一步制備得到多級相變儲能復(fù) 合纖維。制備方法為將纖維殼層材料溶液裝入注射器中，將相變核材料溶 液通過注射泵注入到注射器中的多通道中并到達(dá)噴絲頭，同時(shí)通過加熱套對 注射器進(jìn)行加熱，使高熔點(diǎn)的相變核材料保持熔融狀態(tài)，然后進(jìn)行靜電紡絲， 并用鋁鉑收集板收集樣品，得到具有多通道纖維核一殼結(jié)構(gòu)的多級相變微納 米復(fù)合纖維。
所述的高壓靜電紡絲過程中，電壓為10 40KV，噴絲頭與收集板之間的 距離為10 35cm，相變核材料液體的流速為0.1 10mL/h，殼材料的流速為 1 20mL/h，相對濕度10% 90%。本發(fā)明所制備的多級相變微納米復(fù)合纖維 的相變溫度在0 80。C之間。
所述的纖維殼層材料溶液通過以下方法制備得到
纖維殼層溶液是選自成絲性比較好的無機(jī)金屬氧化物前驅(qū)體和/或與核層 溶液不互溶的高分子聚合物中的1 3種。
將選自無機(jī)金屬氧化物前驅(qū)體和/或聚合物中的1 3種與溶劑混合，并加 入催化量的催化劑，配成纖維殼層材料溶液。
所述的金屬氧化物前驅(qū)體是FeCl3、 FeCl2、 Mg(OC2H5)2、 MAc2'4H20、 AlAc3、 Ce(N03)4、 ZrOCl2-8H20 、 Al(OBu)3 、 Ge(OiPr)4 、 MnAc2.4H20 、 CoAc2-4H20、 Nb(OC2H5)4、 Ti(OBu)4、 NiAc4.H20、 ZnAc2.2H20、 Ti(OiPr)4、 C22H440Sn或La(N03)3'6H20等。其中Bu是丁基，iPr是異丙基，Ac是醋 酸根。
所述的聚合物是聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯基吡咯垸酮、聚丙烯腈、聚丙烯、 聚氨酯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯或聚已內(nèi)酯等；所述的 催化劑包括乙酸、硝酸或鹽酸；所述的溶劑選自乙醇、二甲苯、N,N-二 甲基甲酰胺(DMF)、四氫呋喃(THF)、 二氯甲垸(CH2C12)、氯仿(CHC13)、 甲苯、丙酮、水中的1 5種混合。所配制成的纖維殼層材料溶液的濃度為0.5wt % 30wt%。
相變核材料液體是相變材料熔融體或共熔體，共熔體系比例不同，相變 溫度不同。
本發(fā)明的多級相變微納米復(fù)合纖維能夠作為太陽能利用、建筑節(jié)能、軍
事、航空以及民用的貯能材料。 本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
(1) 具有不同相變溫度的相變核材料獨(dú)立封裝，具有多級相變區(qū)間，適 用于不同環(huán)境的儲能要求，比如四季或海拔的變化，并且纖維熱穩(wěn)定性好。
(2) 具有核一殼結(jié)構(gòu)的微納米纖維尺寸小且核、殼材料都可以是有機(jī)/ 無機(jī)復(fù)合材料，提高了相變材料的熱傳遞和使用效率。
(3) 獨(dú)立控制電紡中各通道的組分，可以一步法得到具有多級相變溫度 的復(fù)合纖維，制備程序簡單，通過控制各流體的進(jìn)樣速度，可以得到具有不 對稱內(nèi)部結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)微納米復(fù)合纖維在不同相變溫度的相變焓，靈活的調(diào)節(jié) 該復(fù)合纖維的性質(zhì)。 .
(4) 采用多流體復(fù)合電紡，可以提高相變核材料的含量，從而提高相變 纖維單位質(zhì)量的相變熱容量。


圖l.本發(fā)明纖維斷面結(jié)構(gòu)示意圖；其中
圖la lf是以三通道內(nèi)流體(核材料)為例，說明用圖2a裝置制備的復(fù)
合纖維的斷面結(jié)構(gòu)；圖lg lo是以雙通道內(nèi)流體(核材料)為例，說明用圖
2b裝置制備的復(fù)合纖維的斷面結(jié)構(gòu)。
圖2a本發(fā)明所用的三通道靜電紡絲裝置進(jìn)行復(fù)合電紡的示意圖。 圖2b本發(fā)明所用的雙通道靜電紡絲裝置進(jìn)行復(fù)合電紡的示意圖。 圖3.本發(fā)明實(shí)施例1所述的包覆正十六垸和正十八烷的復(fù)合纖維經(jīng)過高
溫煅燒，除去正十六烷和正十八烷后所得到的雙通道管狀纖維的電鏡照片。
附圖標(biāo)記
1.核材料 2.殼材料
具體實(shí)施例方式
下面通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一歩的具體描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此，不能理解為對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。 實(shí)施例1.
取0.3gPVP， 3gTi(OBu)4， 2mL乙酸，5mL乙醇混合作為殼層溶液，以 正十六烷和正十八烷為核溶液，按照如圖2a的實(shí)驗(yàn)裝置(2內(nèi)流體通道)進(jìn) 行紡絲。外部環(huán)境溫度25。C，相對濕度50%，靜電紡絲電壓25—30KV，噴絲頭與收集板間距離30cm，在兩個(gè)內(nèi)流體(核材料)通道中同時(shí)注入正十六 烷和正十八垸，核溶液流速lmL/h，殼溶液流速8 — 10 mL/h，用收集板收集 所制備的纖維。
所制備纖維的外直徑為2 — 5pm。差熱分析(DSC)結(jié)果表明此種相變儲 能纖維的相變?nèi)刍瘻囟确逯凳?7。C和28。C，體現(xiàn)了多級相變的性質(zhì)，并且經(jīng) 過5次循環(huán)后，相變溫度沒有明顯的變化，說明兩種相變材料均獨(dú)立包封在 纖維內(nèi)部。如圖3所示，是該纖維經(jīng)過高溫煅燒后，除去正十六烷和正十八 垸后的電鏡照片，說明所制備的纖維具有多通道的管狀結(jié)構(gòu)。此種纖維可用 于民用服裝，避免體溫過高或過熱，已達(dá)到更舒適的效果。
實(shí)施例2.
取2gPVP， 6gTi(OiPr)4， 2mL乙酸，10mL乙醇混合作為殼層溶液，以 正十六烷，正二十二垸，正三十烷為核層溶液，按照如圖2a的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行 紡絲。外部環(huán)境溫度28。C，相對濕度40%，靜電紡絲電壓20—25KV，噴絲 頭與收集板間距離20cm，在三個(gè)內(nèi)流體(核材料)通道中分別注入正十六垸， 正二十二烷，正三十烷，核溶液流速1.5mL/h，殼層溶液流速5 — 8mL/h，用
收集板收集所制備的纖維。
所制備纖維的外直徑為0.5—4)am。差熱分析結(jié)果表明此種相變纖維分別 在17°C， 44°C， 68"C出現(xiàn)熔融相變峰，說明該種纖維具有多級相變的性質(zhì)。 此種纖維可用于建筑材料，以適用于晝夜溫差比較大的地區(qū)，對于節(jié)能儲能 有重要意義。
實(shí)施例3.
取0.1molNiAc2.4H20溶解于lmol無水乙醇中，然后加入O.lmol HN03 攪拌，幾個(gè)小時(shí)后加入O.lmol Ti(OiPr)4，攪拌5小時(shí)。加入濃度為14wt% PVAc 的DMF溶液，攪拌均勻。MTi03溶膠與PVAc溶液的質(zhì)量比是0.7:1 。所配成 的溶膠作為殼層溶液，以十醇，十二醇，十六醇，二十醇為核層溶液，按照 類似如圖2a的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲(4內(nèi)流體通道)。外部環(huán)境25°C，相對濕 度70%，靜電紡絲電壓10 — 15KV，噴絲頭與收集板間距離15cm，在四個(gè)內(nèi) 流體(核材料)中分別注入十醇，十二醇，十六醇和二十醇，核溶液流速0.7 mL/h，殼層溶液流速l一5mL/h，用收集板收集所制備的纖維。
所制備纖維的外直徑為3—6pm。差熱分析結(jié)果表明此種相變纖維的相變?nèi)刍瘻囟确謩e是7t:， 26°C， 48°C， 65°C，體現(xiàn)了多級相變的性質(zhì)。該纖維有 望用于建筑儲能材料，用于晝夜和四季溫差大的地區(qū)，保持室內(nèi)良好的舒適 度。
實(shí)施例4
取2gPVP， 6gTi(OiPr)4， 2mL乙酸，10mL乙醇混合作為殼層溶液，以 正十六垸，正癸酸為核層溶液，按照如圖2b的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲。外部環(huán)境 溫度25t，相對濕度50%，靜電紡絲電壓35—40KV，噴絲頭與收集板間距 離35cm，在兩個(gè)內(nèi)流體(核材料)通道中分別注入正十六烷，正癸酸，流速 1.5mL/h，殼層溶液流速10—15mL/h，用收集板收集所制備的纖維。
所制備纖維的外直徑為5 —8pm。差熱分析結(jié)果表明此種相變纖維分別在 17°C， 36T:出現(xiàn)熔融相變峰，說明該種纖維具有多級相變的性質(zhì)。此種纖維 有望用于軍事紅外偽裝領(lǐng)域，使得軍事目標(biāo)的溫度與周圍環(huán)境的溫度保持相 同。
實(shí)施例5
以濃度為13wtXPMMA的DMF溶液作為殼層溶液，以正十四醇，正三 十垸兩種物質(zhì)為核層溶液，按照如圖2b的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲。外部環(huán)境28 。C，相對濕度60%，靜電紡絲電壓28 — 30KV，噴絲頭與收集板間距離25cm， 在兩個(gè)內(nèi)流體(核材料)通道中分別注入正十四醇，正三十烷，流速2mL/h， 殼層溶液流速6—10mL/h，用收集板收集所制備的纖維。
所制備的纖維的外直徑為6—10pm。差熱分析結(jié)果表明此種相變纖維的 相變?nèi)刍瘻囟确謩e是37°C， 67°C，具有多級相變的性質(zhì)。此纖維可用于航空 儲能領(lǐng)域。
實(shí)施例6
以濃度為6wt%PAN的DMF溶液為殼層溶液，正十八烷和十六醇為核層 溶液，按照如圖2b的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲。外部環(huán)境26°C，相對濕度50%， 靜電紡絲電壓30—35KV，噴絲頭與收集板間距離30cm，內(nèi)流體(核材料) 通道正十八烷的流速為1.5mL/h，十六醇的流速為0.8mL/h，殼層溶液流速10 _12mL/h，用收集板收集所制備的纖維。
纖維的外直徑為2—6pm。纖維經(jīng)過高溫煅燒除去相變材料后，中間的內(nèi)
徑分別為l一1.5pm， 0.5 — lpm。差熱分析結(jié)果表面此種相變纖維的相變?nèi)刍?溫度分別是28。C， 48°C，具有多級相變的性質(zhì)。該纖維可用于磚瓦、墻板、 天花板等建筑結(jié)構(gòu)材料中進(jìn)行太陽能貯存，白天接受太陽輻射，吸收太陽能， 夜間釋放出來以保持室溫，使室內(nèi)保持良好的舒適度。
實(shí)施例7
以濃度為10wt^PMMA的DMF溶液作為殼層溶液，以辛酸(八酸)，癸 酸(十酸)兩種物質(zhì)為核層溶液，按照如圖2a的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲(2內(nèi)流 體通道)。外部環(huán)境26。C，相對濕度80%，靜電紡絲電壓25—28KV，噴絲頭 與收集板間距離25cm，在兩個(gè)內(nèi)流體(核材料)通道中分別注入辛酸和癸酸， 流速2.0mL/h，殼層溶液流速12—15mL/h，用收集板收集所制備的纖維。
所制備的纖維的外直徑為4一6pm。差熱分析結(jié)果表明此種相變纖維的相 變?nèi)刍瘻囟确謩e是17°C， 36°C，具有多級相變的性質(zhì)。該纖維可用于運(yùn)動(dòng)服 裝，避免運(yùn)動(dòng)時(shí)體溫過高或過熱，使身體始終保持較舒服的狀態(tài)。
實(shí)施例8.
以濃度為12wt%PCL的CH2C12溶液為殼層溶液，以癸醇(十醇)，十二 醇，十四醇三種物質(zhì)為核層溶液，按照如圖2a的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲。外部環(huán) 境溫度28。C，相對濕度70%，靜電紡絲電壓28—30KV，噴絲頭與收集板間 距離30cm,三個(gè)內(nèi)流體(核材料)通道流速分別為，0.5mL/h， lmL/h， L5mL/h， 殼層溶液流速5 —8mL/h，用收集板收集所制備的纖維。
所制備纖維的外直徑為2 — 6pm。經(jīng)過高溫煅燒除去相變材料后，中間的 內(nèi)徑分別為0.5 — l)am ， 0.8 — 1.2pm， 1.5—2pm。差熱分析結(jié)果表明此種纖維 的相變?nèi)刍瘻囟确謩e是7'C， 26°C， 38°C，具有多級相變的性質(zhì)，并且可以通 過調(diào)節(jié)各種內(nèi)流體的流速來調(diào)節(jié)不同相變溫度下的相變?yōu)４朔N纖維有望用 于服裝業(yè)，防止體溫過冷或過熱。
實(shí)施例9.
以濃度為15wt%PAN的CHC13溶液為殼層溶液，以組成為33wt%Na2S04 + 54wt%H20+7wt%NaCl+6wt%NH4Cl溶鹽為一種內(nèi)流體，以癸酸(十酸) 為另一種內(nèi)流體，按照如圖2a的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲(2內(nèi)流體通道)。外部環(huán) 境溫度25'C，相對濕度50%，靜電紡絲電壓28—35KV，噴絲頭與收集板間
距離30cm，內(nèi)流體(核材料)流速1.5mL/h，殼層溶液流速15—20 mL/h，用
收集板收集所制備的纖維。
所制備纖維的外直徑為1.5 — 5pm。差熱分析結(jié)果表明此種相變纖維的熔 化溫度峰值分別為13°C， 36°C，是具有多級相變性質(zhì)的有機(jī)無機(jī)復(fù)合相變材 料。該纖維可用于航空服裝，以適應(yīng)于不同的溫度需要。
實(shí)施例10
以濃度為15wt % PU的THF溶液為殼層溶液，以組成為 17.3wt°/。CaCl2+82.7wt%CH3CONH2有機(jī)/無機(jī)混合物為 一 種內(nèi)流體，以 C6HsCOOCH2C6H5為另一種內(nèi)流體，按照如圖2b的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行紡絲。外部 環(huán)境26。C，相對濕度55%，靜電紡絲電壓15—20KV，噴絲頭與收集板間距 離18cm，內(nèi)流體(核材料)速度1.8mL/h，殼層溶液流速8 — 12 mL/h，用收 集板收集所制備的纖維。
所制備纖維的外直徑為5 — 8拜。差熱分析結(jié)果表明此種相變纖維的熔化 溫度分別為46°C， 19.4°C，是具有多級相變性質(zhì)的有機(jī)無機(jī)復(fù)合相變纖維。 該纖維可用于醫(yī)療器械，可防止局部溫度過高或過冷。
權(quán)利要求
1.一種多級相變微納米復(fù)合纖維，其特征是通過靜電紡絲工藝制備出的多級相變微納米復(fù)合纖維是由纖維殼，和由封裝有不同相變溫度的相變核材料構(gòu)成的多通道纖維核-殼結(jié)構(gòu)，具有不同相變溫度的相變核材料分別獨(dú)立封裝于所述的通道中。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級相變微納米復(fù)合纖維，其特征是所述的復(fù)合纖維的外直徑為0.5 10)im，所述的多通道纖維核的通道為2個(gè)或2個(gè)以上。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多級相變微納米復(fù)合纖維，其特征是所述的多級相變微納米復(fù)合纖維的相變溫度在0 8(TC之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級相變微納米復(fù)合纖維，其特征是所述的纖維殼材料選自無機(jī)金屬氧化物和/或聚合物中的1 3種。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多級相變微納米復(fù)合纖維，其特征是所述的無 機(jī)金屬氧化物是NiFe204、 Fe304、 MgTi03、 NiTi03、 A1203-B203、 Ce02、 Zr02、 A1203、 Ge02、 Mn203-Mn304、 Co304、 Nb2Os、 Ti02、 NiO、 ZnO、 Sn02 或La20i04;所述的聚合物是聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯基吡咯垸酮、聚丙烯腈、聚 丙烯、聚氨酯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯或聚已內(nèi)酯。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多級相變微納米復(fù)合纖維，其特征是所述的具有不同相變溫度的相變核材料是無機(jī)化合物、有機(jī)化合物、有機(jī)/有機(jī)的共 熔物、有機(jī)/無機(jī)的共熔物或無機(jī)/無機(jī)的共熔物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多級相變微納米復(fù)合纖維，其特征是所述的無機(jī)化合物選自NaCO3.10H2O、 Na2HP0412H20、 CaCl2.6H20、 Na2SO4.10H2O、 KF.10H2O、 LiNO3-10H2O、 MgI2.8H20、 Zn(N03)26H20或FeCl36H20中的1 5種；所述的有機(jī)化合物選自石蠟類中的一種、脂肪酸類中的一種、酯類中的 一種或醇類中的一種；所述的有機(jī)/有機(jī)共熔物是石蠟類中的2 5種的混合物、脂肪酸類中的 2 5種的混合物、酯類中的2 5種的混合物或醇類中的2 5種的混合物；所述的有機(jī)/無機(jī)共熔物是NaN03+KN03+CO(NH2)2 、 CaCl2+CH3CONH2、 NH4N03+CO(NH2)2或順船3+NaN03+CO(NH2)2 ;所述的無機(jī)/無機(jī)共熔物是CaCi2 + NaCl + KC1 + H20 、 Ca(N03)2.4H20+Mg(N03)2-6H20 、 Mg(N03)2.6H20+MgCl6.H20 、 Mg(N03)3.6H20+Al(N03)3.9H20或Mg(N03)36H20+NH4N03 ;所述的石蠟類是正十四垸 正三十六烷； 所述的脂肪酸類是辛酸 二十烷酸；所述的酯類是C6H5COOC6H5、 C3H7COOC6H5、 C6H5COOCH2C6H5 、 CH3OOC(CH2)8COOCH3 、 C6H4(COOCH3)2 、 (CH3)2NC6H4COOC2H5 或 FC6H4COOC2H5;所述的醇類是十醇 二十二醇。
8. —種根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的多級相變微納米復(fù)合纖維的制備 方法，其特征是，該方法是采用高壓靜電紡絲技術(shù)，將纖維殼層材料溶液裝 入注射器中，將相變核材料溶液通過注射泵注入到注射器中的多通道中并到 達(dá)噴絲頭，同時(shí)通過加熱套對注射器進(jìn)行加熱，使高熔點(diǎn)的相變核材料保持 熔融狀態(tài)，然后進(jìn)行靜電紡絲，并用鋁鉑收集板收集樣品，得到具有多通道 纖維核一殼結(jié)構(gòu)的多級相變微納米復(fù)合纖維；所述的高壓靜電紡絲過程中，電壓為10 40KV,噴絲頭與收集板之間的 距離為10 35cm，相變核材料液體的流速為0.1 10mL/h，殼材料的流速為 1 20mL/h，相對濕度10% 90%;所述的相變核材料液體是相變材料熔融體或共熔體，共熔體系比例不同， 相變溫度不同。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征是所述的纖維殼層材料溶液通過 以下方法制備得到將選自無機(jī)金屬氧化物前驅(qū)體和/或聚合物中的1 3種與溶劑混合，并加 入催化量的催化劑，配成纖維殼層材料溶液，溶液的濃度為0.5wt% 30wt%;所述的金屬氧化物前驅(qū)體是FeCl3、 FeCl2、 Mg(OC2H5)2、 NiAc24H20、 AlAc3、 Ce(N03)4、 ZrOCl2.8H20 、 Al(OBu)3 、 Ge(OiPr)4 、 MnAc2.4H20 、 CoAc2-4H20、 Nb(OC2H5)4、 Ti(OBu)4、 MAc4'H20、 ZnAc2.2H20、 Ti(OiPr)4、 C22H44OSn或La(N03)3'6H20;其中Bu是丁基，iPr是異丙基，Ac是醋酸 根；所述的聚合物是聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯基吡咯垸酮、聚丙烯腈、聚丙烯、 聚氨酯、聚乳酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醋酸乙烯酯或聚已內(nèi)酯； 所述的催化劑是乙酸、硝酸或鹽酸.， 所述的溶劑選自乙醇、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、四氫呋喃、二氯 甲烷、氯仿、甲苯、丙酮、水中的1種 5種混合。
10.—種根據(jù)權(quán)利要求1 7任一項(xiàng)所述的多級相變微納米復(fù)合纖維的用 途，其特征是，所述的多級相變微納米復(fù)合纖維能夠作為太陽能利用、建筑 節(jié)能、軍事、航空以及民用的貯能材料。
全文摘要
本發(fā)明屬于相變材料領(lǐng)域，特別涉及多級相變儲能微納米復(fù)合纖維及其電紡制備方法，以及該多級相變儲能微納米復(fù)合纖維的用途。通過靜電紡絲工藝制備出的多級相變微納米復(fù)合纖維是由纖維殼，和由封裝有不同相變溫度的相變材料的纖維核構(gòu)成的多通道纖維核—?dú)そY(jié)構(gòu)，具有不同相變溫度的相變核材料分別獨(dú)立封裝于所述的通道中。所述的多通道纖維核的通道為2個(gè)或2個(gè)以上，多級相變微納米復(fù)合纖維的相變溫度在0～80℃之間。該相變纖維可在不同溫度或溫度變化大的外部環(huán)境中使用，其微納米結(jié)構(gòu)提高了相變材料的熱傳遞效率，采用一步法得到具有多級相變溫度的復(fù)合纖維，制備工藝簡單，可操作性強(qiáng)。
文檔編號D01D5/34GK101353827SQ20071011948
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月25日
發(fā)明者孫中偉, 曹新宇, 雷 江, 女 王, 勇 趙 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所