炭黑复合导电聚酯纤维的研制

为给导电纤维的生产提供参考,研究PET及不同质量分数导电炭黑/聚酯(CB/PET)导电母粒的熔点、熔融指数、特性黏度等性能,分析导电纤维的复合纺丝工艺,制备了三点外露截面形状的永久性导电纤维,测试了导电纤维的性能。结果表明:随着CB质量分数的增加,CB/PET熔体流动性能变差;在复合纺丝过程中,随着CB/PET导电母粒中CB质量分数的增加,纺丝温度和纺丝压力也要相应提高;导电纤维的导电性能随着CB/PET导电母粒中CB质量分数的增加而提高;随着牵伸比的提高,导电纤维的导电性能下降,导电纤维的最佳牵伸比为1.5。     

聚氨酯基碳纳米管-液态金属导电纤维的制备及其性能

为改善碳纳米管(CNT)作为导电填料弹性性能不足的问题,以CNT和液态金属(LM)为导电填料,热塑性聚氨酯(TPU)为基体,选用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为溶剂,去离子水为凝固浴,通过湿法纺丝制备了CNT/LM/TPU导电纤维,并研究了LM和CNT 2种导电填料对纤维结构和性能的影响。结果表明:当导电填料LM质量分数为40%,CNT质量分数为10%时,CNT/LM/TPU纤维的力学性能大幅度提升,断裂强度为10.16 MPa,断裂伸长率为252%;CNT/LM/TPU纤维具有良好的导电性能,其电导率为5.41 S/m,可以用作导线点亮电路,在100%和200%的拉伸应变下电路仍有电流通过,且经20次循环拉伸后仍具有稳定的电阻回复性;此外,该纤维还具有良好的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌的抑菌率达到92.61%。     

白色导电涤纶的开发

通过含金属盐的聚醚酯粉末与PET切片的共聚反应制得导电母粒,导电母粒与PET切片以不同的配比共混纺丝制备出导电PET纤维。研究导电母粒质量分数对纤维电阻率的影响以及导电纤维的力学性能、水洗失重率、结晶度和染色性能等,探讨纤维的结构和导电机制。结果表明:纤维中导电母粒质量分数为38%、导电粉末质量分数为9.5%时,由工业纺丝机制得的导电纤维的电阻率为1.43×105Ω.cm,且力学性能、水洗失重率、染色性能优良,具有工业化前景。     

正二十烷/醋酸纤维素相变过滤材料的制备及其性能

为使过滤材料在使用过程中可实现烟气快速降温,以二醋酸纤维为载体基质,正二十烷为相变材料,采用静电纺丝技术制备了正二十烷/醋酸纤维素复合相变过滤材料,并通过掺杂单壁碳纳米管进一步加快其吸热降温速率。探讨了正二十烷质量分数对纺丝液可纺性、过滤材料表观形貌和热性能的影响,以及单壁碳纳米管质量分数对过滤材料表观形貌、热性能及储热速度的影响。结果表明:添加正二十烷使纺丝液可纺性下降,但随其质量分数的增加,纺丝液的可纺性与成纤性能有所改善,纤维平均直径增加,过滤材料熔融热焓增大,当正二十烷与二醋酸纤维素的质量比为3∶10时,过滤材料的相变焓效率最高,达84.1%;随着单壁碳纳米管质量分数的增加,过滤材料瞬时吸热速率提高,添加质量分数为1.0%时,过滤材料瞬时吸热速度由纯二醋酸纤维的0.062 ℃/s增加到0.202 ℃/s。     

聚氨酯/导电炭黑复合纤维的制备及其柔性电热性能

为制备具有良好电学性能的聚氨酯（TPU）复合纤维,通过溶液共混制备添加不同质量分数导电炭黑（CB）的聚氨酯纺丝溶液,进一步利用湿法纺丝技术制备TPU/CB复合纤维,并对纺丝液黏度、复合纤维的微观结构及力学、电学性能进行测试、表征。结果表明：复合纺丝液具有显著的切力变稀特性,同时随CB质量分数的增加,纺丝溶液黏度逐渐升高...     

蒲葵再生纤维素纤维纺丝工艺及形态探讨

为了获得较好力学性能的蒲葵再生纤维素纤维,以蒲葵为原料制备纤维素浆粕,采用N-甲基吗啉氧化物体系溶解蒲葵纤维素制备纺丝原液,然后通过干湿法纺丝工艺制备蒲葵再生纤维素纤维。探讨了干湿法纺丝工艺条件,如喷丝头拉伸比、空气层高度、凝固浴温度、纺丝液浓度等对获得的有关纤维力学性能的影响。结果表明:当喷丝头拉伸比3.4,空气层高度2.2cm、凝固浴温度16℃,纺丝液质量分数9%时,所制得纤维的各项力学性能较好。其纤维线密度17.83 dtex,断裂强度2.21cN/dtex,断裂伸长率8.71%,初始模量74.55cN/dtex。认为:通过优化纺丝工艺所制得蒲葵再生纤维素纤维能够满足织造要求。     

基于N-甲基吗啉-N-氧化物溶剂制备聚芳砜酰胺/纤维素阻燃纤维

为制备兼具阻燃和吸湿性能的纤维,采用N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)水溶液为共溶剂,分别将纤维素(cellulose)和聚芳砜酰胺(PSA)溶解后进行共混制备纺丝液,通过干喷湿法纺丝制备PSA/cellulose共混纤维,并对纺丝液及共混纤维的结构和性能进行表征与分析。结果表明:NMMO对PSA具有良好的溶解性能,纺丝液均质、稳定,制备的共混纤维呈现出PSA富集于纤维表层的类皮-芯结构;PSA/cellulose纤维具有良好的阻燃性能、吸湿性能和力学性能,当纤维素质量分数达到30%时,共混纤维仍可达到阻燃纤维标准,其断裂强度为2.08 cN/dtex,无需后道牵伸处理就能达到较高的强度,此时PSA/cellulose纤维的回潮率提高为8%,具有良好的可染性。     

皮芯结构微纳米纤维复合纱线的制备及其性能

为探究纺丝液质量分数对皮芯结构微纳米纤维复合纱线结构与性能的影响,利用双针头水浴静电纺丝法连续制备了以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)长丝为芯、外包聚酰胺6(PA6)的皮芯结构微纳米纤维复合纱线,通过扫描电子显微镜、差示扫描量热仪和万能材料试验机对其形貌结构、热性能和力学性能等进行测试与表征。结果表明:不同PA6纺丝液质量分数制备的微纳米纤维复合纱线均具有良好的皮芯结构;当PA6纺丝液质量分数从10%提高到20%时,纳米纤维复合纱线的平均直径从(61.99±13.08) nm增加到(150.22±21.53) nm,结晶度由16.28%提高至20.63%;当PA6纺丝液质量分数为20%时复合纱线的结晶度达到了常规PA6纤维的结晶范围,增加纺丝液质量分数一定程度上可提高复合纱线的力学性能。     

SBS/CNTs弹性导电复合纤维的制备与性能

为了制备具有较好拉伸性的应变传感器，以聚苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段热塑性弹性体(SBS)为基体，碳纳米管(CNTs)为导电填料，通过湿法纺丝制备了SBS/CNTs弹性导电复合纤维，研究了两种不同长径比CNTs配比对SBS/CNTs弹性导电复合纤维微观形貌、力学性能、导电性和拉伸-电阻响应行为的影响规律。结果表明：SBS/CNTs弹性导电复合纤维截面呈碗豆状，靠近纤维中心位置出现多孔结构；长CNTs(10～30μm)与短CNTs(0.5～2.0μm)的比例为4∶1时，SBS/CNTs弹性导电复合纤维的电导率最高(0.04065 S/m),基于此纤维的应变传感器的最大可感应应变为70.2%。基于SBS/CNTs弹性导电复合纤维的应变传感器可以用于膝盖、手腕、手指、肘部等人体不同部位的活动监测。     

静电纺MWNTs/丝素复合纳米纤维毡的结构与性能

静电纺丝素纤维毡在水中极不稳定,力学性能较差,这些缺陷限制了其应用。将经过酸处理的多壁碳纳米管（MWNTs）均匀地分散在丝素膜甲酸溶液中,以MWNTs增强静电纺丝素纳米纤维,XPS的测定结果显示,碳纳米管并不是仅仅以物理形式混杂在丝素纤维中,而是形成了某些有助于提高增强效果的化学键。随碳纳米管质量分数的增加,纤维直径明显下降,纤维内部结构的规整性有所提高。当纺丝液中MWNTs的质量分数小于1%时,复合纤维毡的断裂强度和初始模量都有明显的增强,但是MWNTs的质量分数太大时,力学性能反而恶化。     

花状氧化石墨烯原位展开共聚聚酰胺6及其功能纤维

为实现复合纤维中石墨烯的分子级分散,从而改善现有石墨烯复合纤维制成率低、强度低、耐用性差等问题,提出了一种原位展开共聚的机制,使得聚酰胺6(PA6)分子接枝的石墨烯片能够均匀分散在体系内,从而批量制备多功能PA6/石墨烯纤维,建立起全新的纤维制备-加工-性能一体化系统,实现了多功能性和高力学性能的兼顾。结果表明：在聚合过程中,花状氧化石墨烯呈现出逐步展开、分散的形貌变化,同时参与聚合反应中;反应结束后,PA6分子均匀接枝在石墨烯片表面,并诱导PA6发生了晶型转变;加入0.1%石墨烯后复合纤维单丝的拉伸强度相比纯PA6纤维提高25.4%,拉伸模量提高49.5%;此外,石墨烯复合PA6面料兼具优异的抗菌、抗病毒、远红外发射、负离子发生、防紫外线等功能,具有广阔的市场前景。     

海岛纤维用增塑改性聚乙烯醇的制备及其性能

为解决海岛纤维碱减量带来的环境污染问题,以双季戊四醇、硬脂酸钙和抗氧剂B225为复配增塑剂,对聚乙烯醇(PVA)进行增塑改性,通过熔融加工制备了高热分解温度的改性PVA。通过研究三者的添加量及熔融加工温度对PVA性能的影响,优化PVA的增塑改性工艺。对PVA与复配增塑剂之间的氢键作用、改性PVA的断面形貌、结晶结构进行了表征和分析。结果表明：当双季戊四醇、硬脂酸钙和抗氧剂B225的质量占比分别为15、3和1,熔融加工温度为200℃时,复配增塑剂与PVA之间的氢键作用较强,PVA结晶度降低,熔点降低到178.2℃,热分解温度提高到301.3℃,提供了123.1℃的加工窗口;改性PVA水溶性良好,在25℃下也能完全溶解。研究结果为实现以PVA为海组分的绿色环保海岛纤维的制备提供参考和技术支持。     

基于光子晶体结构生色纤维的研究进展

为制备色彩饱和度高、不易褪色且制备过程环境友好的多彩纤维,研究人员开发了多种相关的技术,其中光子晶体形成的结构色纤维具有优良的特性。因此对近年来国内外关于光子晶体结构色纤维的研究进行了回顾,综述了组成结构色纤维的多维光子晶体的生色原理,重点总结了光子晶体结构色纤维的主要制备方法,包括传统纤维外部着色法、模板法组装和不同纺丝技术形成结构色纤维。大量的研究表明,光子晶体作为结构生色技术的基础材料,促进了光子晶体结构色纤维研究的蓬勃发展。此外,综述了多功能结构色纤维在穿戴、检测、传感等领域的研究和应用进展,分析了光子晶体纤维设计和应用的瓶颈问题,并对其未来发展趋势进行了展望。光子晶体纤维的机械性能、优异的色彩饱和度等光学性能和尺寸均匀性使其在可穿戴、传感、生物检测、环境响应等领域具有很好的应用前景。     

高速纺丝工艺下Lyocell纤维结构对其原纤化的影响

为探索高纺速下Lyocell纤维凝聚态结构与原纤化的关系,在不同条件下进行高速纺丝,从结构出发调控Lyocell纤维原纤化。借助X射线衍射仪、湿摩擦测试仪及偏光显微镜等,探究了凝固浴N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)质量分数、纺丝速度及吹风风速对Lyocell纤维凝聚态结构和原纤化的影响。结果表明：一定程度提高凝固浴NMMO质量分数可使Lyocell纤维凝聚态结构更完善,提高纺丝速度可促进Lyocell纤维无定形区取向,提高吹风风速会促进其横向晶粒尺寸增长;凝聚态结构直接影响Lyocell纤维原纤化程度,结晶取向度低、晶粒尺寸小的Lyocell纤维抗原纤化更好,因此,在一定范围内降低凝固浴NMMO质量分数、纺速、吹风风速均可降低纤维原纤化程度;其中,调整凝固浴NMMO质量分数可同时改变全取向度(尤其是非晶取向)和横向晶粒尺寸,更易于高纺速下调控Lyocell纤维原纤化性能。     

高压静电加载形式对聚合物熔体静电直写制备效果的影响

为探究熔体静电直写制备过程中电极正接与反接造成的差异，利用ANSYS对不同高压静电加载形式下纺丝区间的电场强度大小、分布以及电场方向进行了模拟分析，并从产生射流临界电压、射流速度、纤维直径、纤维沉积精度等方面进行了实验对比。模拟结果与实验结果相互印证：电极正接的情况下喷头处电场强度较反接高出14%左右，纤维直径更细，射流速度更快，相同距离下产生射流所需要的临界电压仅为反接的35%～74%;电极反接的情况下接收板位置电场强度较正接高35%左右，电场强度分布更加均匀，电场方向更加一致，更有利于提高纤维在电场中的稳定性，纤维沉积偏差较正接降低35%～51%。     

基于类骨骼肌结构的纱线基驱动器性能及应用

针对纤维基驱动器结构稳定性较低、制备工艺复杂、难以实现产业化应用等问题,采用亲水性粘胶长丝与低熔点涤纶长丝,通过并线、倍捻、热定形的方法制备纱线基驱动器,利用在外界湿刺激条件下2种材料的非对称响应实现驱动功能。对该纱线基驱动器结构进行测试与表征,分析湿刺激下粘胶长丝与涤纶长丝协同响应驱动性能和循环回复效应的影响因素。结果表明：该纱线基驱动器表面为粘胶与涤纶长丝束呈多层级交替排布的类骨骼肌结构;在一定范围内,驱动器的驱动性能随着纱线捻度、线密度与粘胶长丝含量的增加而增大,单次循环内驱动器最大收缩应变可达83.15%,连续30次循环内最大收缩应变回复率可达90%以上,展现出优异的结构稳定性以及强大灵敏的响应驱动性和循环回复效应,在柔性机械臂、智能纺织品等开发领域具有广阔的应用前景。     

丝瓜络衍生碳纤维基复合材料的电磁波吸收性能

为解决当前多孔磁性碳基吸波材料制备工艺繁杂、能耗高、环境不友好等问题,提出基于多孔生物质源衍生的绿色环保策略。以高孔隙丝瓜络为前驱体,Co²⁺为金属源,二甲基咪唑为配体,经配位自组装获得丝瓜络/金属有机骨架结构复合材料,并经高温煅烧得到碳纤维基钴/碳(LS-Co/C)复合材料。结果表明：在800℃煅烧后,LS-Co/C展现了优异的吸波性能,厚度为1.5 mm时有效吸收带宽为5.2 GHz (12.8～18.0 GHz),其良好的吸波特性得益于错综复杂的三维多孔网络结构为电磁波提供了适宜的损耗空间,在电磁场作用下产生感应电流,并在碳纤维导电网络中快速衰减,同时钴/碳复合材料与碳纤维形成的多重界面极化助力电磁波进一步衰减。该研究将为新型多孔磁性碳基吸波材料的设计开发提供策略。     

高光洁处理对聚酰亚胺短纤纱及其织物性能的影响

针对聚酰亚胺(PI)短纤维纺纱静电大、成纱毛羽多、后加工摩擦剧烈导致纱线品质大幅恶化的问题,创新提出了在后加工终端对多毛羽PI单纱进行高光洁处理的方法。通过研制纱线高光洁处理装置和理论模拟,分析了该装置引纱区与涡流包缠关键区的作用机制,应用装置的湿热涡流处理多毛羽PI单纱,并将处理前后的PI单纱实施倍捻和织造,获得PI股线及其织物。结果表明：与处理前相比,高光洁处理后的PI单纱有害毛羽去除率为97.69%、耐磨性提高48.84%,PI股线有害毛羽去除率为64.67%、耐磨性提高40.89%;处理后纱线所织造织物的柔软性、透气性、抗起毛起球性、抗静电性均得到改善。     

聚乳酸/百里酚抗菌纤维的制备与性能

为开发一种绿色环保可降解的抗菌纤维，将具有良好生物可降解性的聚乳酸(PLA)与天然抗菌剂百里酚采用温控共混装置混合均匀后，利用熔融纺丝法制备PLA抗菌纤维。借助扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱仪、 X射线衍射仪、单纤维强力测试仪及综合热分析仪等研究了不同质量分数百里酚对PLA抗菌纤维表观形貌、化学结构、结晶结构、热学以及力学性能的影响，并利用振荡烧瓶法测试纤维的抗菌性能。结果表明：在成纤过程中，百里酚会附着在纤维外表面发挥抗菌作用；随着百里酚质量分数的增加，PLA抗菌纤维的热分解温度和熔融温度逐渐降低，断裂伸长率先增加后缓慢减小，最高可达320.98%,是纯PLA纤维的50～90倍；另外，随着百里酚质量分数的增加，PLA抗菌纤维的结晶度逐渐增大；当百里酚质量分数大于15%时，PLA抗菌纤维的抑菌率达到99.99%以上，可完全抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长。     

玻璃纤维/碳纤维织物基复合材料的电磁屏蔽性能

为增强碳纤维织物复合材料对电磁波的阻抗匹配性,减少二次反射,采用玻璃纤维调控碳纤维织物组织结构,并将其与水性聚氨酯复合,设计并制备了5种玻璃纤维/碳纤维(G/C)织物复合材料。借助超景深显微镜、矢量网络分析仪、模拟日光氙灯光源系统、红外热成像仪对G/C织物复合材料的形貌结构、电磁屏蔽性能、介电性能以及光热转化性能进行表征和分析。结果表明：在12.1 GHz下,纬纱采用2根玻璃纤维和单根碳纤维交替排列织造的G/C织物复合材料的屏蔽效能高达38.7 dB;G/C织物复合材料的组织结构变化可有效调控多种介电极化弛豫机制;G/C织物复合材料表面温度在模拟日光氙灯光源照射下响应速度快,其中玻璃纤维和碳纤维单根交替排列的G/C织物复合材料在2 kW/m²光照强度下照射300 s时,其表面温度可达71.8℃。