[发明专利]一种基于微流控技术制备具有保温功能的纤维的方法

说明书

本发明公开了一种基于微流控技术制备具有保温功能的纤维的方法。该方法采用玻璃管制备微流控器件，该器件由圆柱状的内管和方形外管组成，通过内管注入相变材料，通过外管注入可交联纤维溶液，在微流控器件内相变材料在外相纤维溶液的剪切下形成分散的液滴，随后将纤维溶液交联干燥，得到带有节点的功能纤维，节点内填充有相变材料，当温度升高时相变材料吸热，当温度降低时相变材料放热，实现保温功能。通过改变内外相的流速可以调节纤维的直径以及节点的数量大小，该技术制备工艺简单，所制得的纤维可用于保温蓄能，也可以用于降温散热，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种基于微流控技术制备具有保温功能的纤维的方法，属于微流控技术领域。

背景技术

目前来说，工业上传统的纺丝技术主要包括熔纺、干纺和湿纺。熔纺主要的工艺包括熔融和成丝，需要大型的纺丝熔融装备，并且只能应用于可以熔成粘流态且不发生分解的物质，一般为聚合物，通过内部的高温加热结构使得聚合物熔化为流体，在经过出口挤压冷却成型，并且熔融纺丝成品较为粗糙，对于一些要求较高的场合无法满足。干纺的主要工艺包括了制备溶液和溶剂挥发，把主要的成分溶解在溶剂之中，从微小的通道之中排放出来，并用高温气体烘干，所以一般选取的材料是可溶的材料，溶剂的挥发性很强否则的话就无法制备成功。湿纺主要工艺是制备溶液以及后期的凝固液凝固操作，所以选取的主要成分需要和某种物质反应生生成凝胶或聚合物等物质，这种方法成本比较低。常用纺丝工艺所得纤维结构简单、功能单一、而且成丝工艺较为复杂。

微流控是目前比较热门的一项技术，主要是通过内部的流体层流特征和改变流体的各个成分的含量来制备纤维。微流体纺丝技术因其简易的操作步骤，高效的传质传热以及可控、绿色的反应过程的特点成为高效制备微纤维的新方法，制备的纤维性能可靠、结构良好并且生产过程可控，因此这项技术受到研究者的青睐。微流体纺丝技术为制备功能微纤维提供了一种节能、工艺可控的优良途径，对于进一步拓宽功能纤维在医学、新材料等领域的应用具有积极意义。微流控纺丝主要以溶液纺丝为基础，在液体从喷丝孔出来之前要经过微流控通道，这样就可以通过设计通道实现二相甚至三相的液体，可以制备多种成分同轴纤维。

本发明以微流控技术为基础制备带有节点的纤维，其节点内填充具有保温功能的材料，如液态石蜡、十四醇、氮气等，当温度升高时相变材料吸热，当温度降低时相变材料放热，实现保温功能。通过改变内外相的流速可以调节纤维的直径以及节点的数量大小，该技术制备工艺简单，所制得的纤维可用于保温蓄能，也可以用于降温散热。

发明内容

针对现有纺丝工艺的不足以及纤维功能单一的缺陷，本发明提出基于微流控技术制备具有保温功能的纤维的方法，该方法简便易行，能够制得带有节点具有特定功能的纤维，并且节点大小均一、位置间距可控，解决了常用纺丝工艺所得纤维结构简单、功能单一、而且成丝工艺较为复杂，污染较大等缺点，该技术将在工业纺丝，服装等领域中具有广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明提供如下解决方案：

本发明提供基于微流控技术制备具有保温功能的纤维的方法，包括以下步骤：

(1)选用一种物质或者多种物质的混合溶液作为内相，所述的内相为相变材料。

(2)将表面活性剂溶解在溶剂中得到外相，所述的外相为液态材料，能通过凝胶化反应固化形成纤维；

(3)将(1)中配制的内相和(2)配置的外相通过注射器分别注射到微流控装置的内相入口和外相入口；在微流控装置的内相通道出口处，外相溶液向内剪切内相，内相溶液在两相溶液的表面张力和粘滞力的共同作用下形成微液滴，即为包裹有内相的节点，然后在微流控装置的出口处通入使外相凝胶化的溶液，既得到带有节点的具有保温功能的纤维。

优选的，所述纤维可以实现保温储能或者降温散热的功能，步骤(1)所述的内相为液态石蜡或十四醇，其中，液态石蜡固液相变温度范围为-20～-40℃；液态石蜡气液相变温度范围为40～60℃；十四醇相变温度为38℃。