[發(fā)明專利]一種單疇液晶彈性體智能纖維的制備方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210049200.0
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114381823B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁寧一;董旭;丁建寧;李綠洲;周小雙;江瑤瑤
• 申請（專利權(quán)）人: 常州大學(xué)
• 主分類號: D01F6/94
• 分類號: D01F6/94;D01F1/09;D01D5/14;D01D10/06
• 代理公司: 蘇州市中南偉業(yè)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32257
• 代理人: 劉卉

本發(fā)明涉及智能纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單疇液晶彈性體智能纖維的制備方法及裝置，其方法包括：在液晶彈性體交聯(lián)過程中，交聯(lián)的聚合物溶液粘度增長至可以拉絲時，采用提拉方式從聚合物溶液中提拉出直徑均勻的液晶彈性體纖維，經(jīng)過紅外加熱初步去除部分溶劑，形成絲狀的液晶彈性體纖維，經(jīng)過自然風(fēng)干燥，去除纖維內(nèi)部多余溶劑，并進(jìn)行再次拉伸收集，放置后獲得單疇液晶彈性體智能纖維，上述方法提出了采用液相拉絲一步法獲得單疇液晶彈性體智能纖維的方式，具有制備方法簡單、可大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)直徑均勻可控的高強度、大形變可逆形狀記憶液晶彈性體智能纖維的連續(xù)制備，突破了現(xiàn)有液晶彈性體的尺寸、強度以及驅(qū)動性能限制。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能纖維制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單疇液晶彈性體智能纖維的制備方法及裝置。

背景技術(shù)

單疇主鏈型液晶彈性體(m-LCEs)受熱可沿液晶基元宏觀取向方向發(fā)生40％以上的可逆伸縮。目前制備單疇液晶彈性體主要通過“一步交聯(lián)法”以及“兩步交聯(lián)法”，其中“一步交聯(lián)法”利用表面摩擦、電場、磁場或光誘導(dǎo)液晶盒中的熔融態(tài)液晶基元取向排列，再通過光或熱引發(fā)自由基聚合形成厘米尺寸大小及微米級厚度液晶彈性體薄膜樣品，難以實現(xiàn)規(guī)模化的生產(chǎn)及應(yīng)用，而且“一步交聯(lián)法”使用光或熱引發(fā)自由基聚合液晶端產(chǎn)生的側(cè)鏈液晶結(jié)構(gòu)也限制了薄膜的力學(xué)性能。

目前廣泛使用“兩步交聯(lián)法”制備可大幅度伸縮的m-LCEs，即通過機械拉伸準(zhǔn)直液晶基元過量的輕度交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，再同樣利用光或熱引發(fā)自由基聚合游離的液晶端基(丙烯酸酯基)或進(jìn)行二次交聯(lián)以固化液晶基元的定向排列，而“兩步交聯(lián)法”的機械拉伸與二次交聯(lián)固化過程中交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的高彈形變的固定以及液晶端基聚合產(chǎn)生的側(cè)鏈液晶結(jié)構(gòu)均會嚴(yán)重破壞主鏈型網(wǎng)絡(luò)的均一性，從而影響其斷裂拉伸模量等力學(xué)性能。

鑒于上述問題的存在，本設(shè)計人基于從事此類產(chǎn)品工程應(yīng)用多年豐富的實務(wù)經(jīng)驗及專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種單疇液晶彈性體智能纖維的制備方法及裝置，實現(xiàn)單疇液晶彈性體智能纖維的制備，以及提高纖維力學(xué)性能，使其更具有實用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種單疇液晶彈性體智能纖維的制備方法及裝置，針對目前制備的單疇液晶彈性體存在的尺寸、強度與控制的限制，本發(fā)明舍棄光引發(fā)劑固化過程，提出液相拉絲一步法連續(xù)制備出液晶基元沿軸向定向排列的單疇液晶彈性體智能纖維。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種單疇液晶彈性體智能纖維的制備方法，包括：在液晶彈性體交聯(lián)過程中，交聯(lián)的聚合物溶液粘度增長至可以拉絲時，采用提拉方式從聚合物溶液中提拉出直徑均勻的液晶彈性體纖維，經(jīng)過紅外燈照射初步去除部分溶劑，形成絲狀的液晶彈性體纖維，經(jīng)過自然風(fēng)干燥，去除纖維內(nèi)部多余溶劑，并進(jìn)行再次拉伸收集，放置后獲得單疇液晶彈性體智能纖維。

具體原理為：在液晶彈性體纖維的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中液晶分子在距離足夠近的情況下仍具有自主定向排列的趨勢。本文提出的液相拉絲一步法制備液晶彈性體纖維過程中，隨著溶劑的不斷揮發(fā)，液晶分子間的距離將不斷縮短，且拉絲成型過程賦予了液晶分子的初步取向，因而在溶劑基本揮發(fā)完全后，初步取向的液晶分子將再一次進(jìn)入電偶極矩作用力程。在此基礎(chǔ)上，加載一個極小的負(fù)載，引導(dǎo)柔性分子鏈的伸展，為液晶基元轉(zhuǎn)動提供空間，最終實現(xiàn)液晶基元的自發(fā)取向排列。

進(jìn)一步地，所述單疇液晶彈性體智能纖維的制備方法具體包括如下操作步驟：

S1：將液晶單體與擴(kuò)鏈劑添加到溶劑中，攪拌混合均勻后，加入催化劑引發(fā)聚合反應(yīng)，密閉攪拌至反應(yīng)結(jié)束，得到分子鏈長度均一的預(yù)聚體；

S2：將步驟S1得到的所述預(yù)聚體繼續(xù)加入交聯(lián)劑，混合攪拌均勻，再次加入催化劑，引發(fā)預(yù)聚體與交聯(lián)劑的反應(yīng)，繼續(xù)密閉攪拌得到聚合物溶液；

需要注意的是，在步驟S2中再次添加催化劑，而不是僅在最開始的步驟S1中加入全部催化劑，是由于在步驟S1中催化劑長期攪拌后部分已經(jīng)失效，所以，需要分次添加，每次添加量對應(yīng)相應(yīng)步驟的反應(yīng)；