[發明專利]一種制備具有取向孔結構的多孔纖維的裝置

在審

• 申請號: 201810342589.1
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN110387590A
• 公開（公告）日: 2019-10-29
• 發明（設計）人: 柏浩;王玉潔;崔瀅;高微微
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: D01D13/00
• 分類號: D01D13/00;D01D5/247;D01D5/088
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 陳華

本發明涉及一種制備具有取向孔結構的多孔纖維的裝置，包括：纖維擠出單元；冷凍單元，所述纖維擠出單元擠出的纖維穿過冷凍單元；以及用于收集冷凍后的纖維的收集單元。該裝置通過結合定向冷凍和溶液紡絲，得到的多孔纖維的孔結構具有取向性；同時，可以實現多孔纖維的連續和大規模制備。

技術領域

本發明涉及多孔纖維的制備裝置，具體涉及一種制備具有取向孔結構的多孔纖維的裝置。

背景技術

紡絲裝置是一種使成纖聚合物溶液或熔體形成絲狀物的機器。根據纖維紡絲方法不同，傳統紡絲分為濕法紡絲、干法紡絲和熔融紡絲。

濕法紡絲是從噴絲頭中擠出紡絲液細流進入凝固浴，聚合物在凝固浴中析出而形成初生纖維的技術。濕法紡絲需要種類繁多、體積龐大的原液制備和紡前準備設備，而且還要有凝固浴、循環及回收設備，工藝流程復雜、廠房建筑和設備投資費用大、紡絲速度低，因此成本較高。

干法紡絲是從噴絲頭中擠出紡絲溶液進入紡絲甬道，通過甬道中熱空氣的作用，使溶液細流中的溶劑快速揮發，溶液細流在逐漸脫去溶劑的同時發生濃縮和固化而形成初生纖維的技術。干法紡絲適合于加工分解溫度低于熔點或加熱時易變色、但能溶解在適當溶劑中的成纖高聚物。但是干法紡絲需要的輔助設備較多，成本高。

熔融紡絲是將聚合物加熱熔融，通過噴絲孔擠出，在空氣中冷卻固化形成纖維的紡絲方法。熔融紡絲不需要溶劑和沉淀劑，設備簡單，工藝流程短。但設備所需電壓較高，操作溫度高。

定向冷凍是一種利用溫度梯度來影響和控制原料的運動和組裝從而獲得取向結構多孔材料的方法。近年來，人們利用定向冷凍法成功制備了多類具有取向結構的多孔材料。Deville等人(S.Deville,E.Saiz,A.P.Tomsia,Biomaterials 2006,27,5480.)成功制備了羥基磷灰石的支架材料，取向結構的存在使得這種材料具有比其他結構更大的壓縮強度。Wicklein等人(B.Wicklein,A.Kocjan,G.Salazar-Alvarez,F.Carosio,G.Camino,M.Antonietti,L.Bergstrom,Nat.Nanotechnol.2014,10,27791)利用定向冷凍法制備的石墨烯/纖維素復合支架材料因為取向結構而具有更好的隔熱和阻燃性能。由于其模具的限制，通過冷凍法制備的多孔材料其尺寸一般較大，難以應用于紡織行業；同時，無法實現連續大規模的制備，對于需要大規模連續制備多孔纖維的場合，這一缺點嚴重限制了定向冷凍法制備多孔纖維的應用。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種制備具有取向孔結構的多孔纖維的裝置，通過結合定向冷凍和溶液紡絲，得到的多孔纖維的孔結構具有取向性；同時，可以實現多孔纖維的連續和大規模制備。

本發明所提供的技術方案為：

一種制備具有取向孔結構的多孔纖維的裝置，包括：

纖維擠出單元；

冷凍單元，所述纖維擠出單元擠出的纖維穿過冷凍單元；

以及用于收集冷凍后的纖維的收集單元。

上述技術方案中，針對裝置結構進行設計將定向冷凍和溶液紡絲技術結合，制備出具有取向孔結構的多孔纖維。紡絲液經由纖維擠出單元擠出，穿過冷凍單元，在垂直冷凍單元方向存在溫度梯度，由于溫度梯度的影響，冰晶的成核和生長在擠出方向上都得到了取向，形成取向孔結構。同時，由于體系發生微觀相分離，原料被冰晶所排擠、壓縮在冰晶之間的空隙之中。冷凍后的纖維由收集單元進行收集。待冷凍完全后，再通過冷凍干燥法除去冰晶，就得到了以冰晶為模板的，具有取向孔結構的多孔纖維。因此，上述的設備可以實現多孔纖維的連續和大規模制備。

本發明所述纖維擠出單元的纖維擠出方向可以向豎直方向進行擠出，也可以向水平方向進行擠出，或者別的任何角度。