[发明专利]具有梯度属性的中空纤维及其制造方法

权利要求书

1.一种中空纤维，其包括：

内体积部分（44），其包括：

具有多个纳米结构（54）和一个或更多个第一聚合物的第一核心部分（45）；

一个或更多个中空的第二核心部分（47），所述第一核心部分（45）接触并包围所述一个或更多个中空的第二核心部分（47）；和

具有一个或更多个第二聚合物的外体积部分（80），所述外体积部分（80）接触并完全包围所述内体积部分（44），

其中所述内体积部分（44）的拉伸模量和强度中的至少一个高于所述外体积部分（80）的拉伸模量和强度中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的中空纤维，其中所述一个或更多个第一聚合物和所述一个或更多个第二聚合物均包括含有聚丙烯腈PAN、沥青、聚苯硫醚PPS、纤维胶、纤维素、聚偏二氯乙烯PVDC、聚乙烯醇PVA或其组合的聚合物。

3.根据权利要求1和2所述的中空纤维，其中所述中空纤维包括中空碳纤维或中空碳基纤维。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的中空纤维，其中所述纳米结构包括碳纳米结构、纳米管、碳纳米管、埃洛石纳米管或氮化硼纳米管。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的中空纤维，其中所述中空纤维具有梯度属性，所述梯度属性从所述内体积部分（44）中较高的拉伸模量和/或强度变化到所述外体积部分（80）中较低的拉伸模量和/或强度，并导致所述中空纤维在纤维基质界面处对微裂缝形成具有改进的抗耐性。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的中空纤维，其中所述一个或更多个中空的第二核心部分（47）包括在所述中空纤维的长度上延伸的单个中空的第二核心部分配置（90）。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的中空纤维，其中所述一个或更多个中空的第二核心部分（47）包括在所述中空纤维的长度上延伸以形成海中岛屿式配置的多个中空的第二核心部分配置（53）。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的中空纤维，其中所述一个或更多个中空的第二核心部分（47）由逸散性聚合物（28）形成，所述逸散性聚合物在前体纤维（31）转变到所述中空纤维期间消失。

9.一种制造在纤维基质界面处对微裂缝形成具有改进的抗耐性的中空纤维的方法，所述方法包括：

在第一溶剂（112）中混合多个纳米结构（54）、一个或更多个第一聚合物和可与所述纳米结构和所述一个或更多个第一聚合物分离的逸散性聚合物（28），以便形成内体积部分混合物（114）；

在第二溶剂（116）中混合一个或更多个第二聚合物，以便形成外体积部分混合物（118）；

纺丝所述内体积部分混合物和所述外体积部分混合物，并且从所述内体积部分混合物析出所述逸散性聚合物，以便形成前体纤维（31）；

加热所述前体纤维（31）以便氧化所述前体纤维并改变所述前体纤维的分子键结构；和

获得中空纤维，所述中空纤维包括：

具有第一核心部分（45）的内体积部分（44），其中所述纳米结构和所述一个或更多个第一聚合物被定向在平行于所述中空纤维的纵向轴线的方向，所述内体积部分（44）进一步具有一个或更多个中空的第二核心部分（47），所述第一核心部分（45）接触并包围所述一个或更多个中空的第二核心部分，和

具有所述一个或更多个第二聚合物的外体积部分（80），所述外体积部分（80）接触并完全包围所述内体积部分（44），

其中所述内体积部分（44）的拉伸模量和强度中的至少一个高于所述外体积部分（80）的拉伸模量和强度中的至少一个，导致所述中空纤维在纤维基质界面处对微裂缝形成具有改进的抗耐性。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述一个或更多个第一聚合物和所述一个或更多个第二聚合物均包括含有聚丙烯腈PAN、沥青、聚苯硫醚PPS、纤维胶、纤维素、聚偏二氯乙烯PVDC、聚乙烯醇PVA或其组合的聚合物。

11.根据权利要求9和10所述的方法，其中所述第一溶剂（112）和所述第二溶剂（116）均包括含有二甲基乙酰胺DMAc、二甲基甲酰胺DMF、二甲亚砜DMSO、二甲基砜DMSO₂、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯PPC、氯乙腈、磷酸二甲酯DDVP或乙酸酐Ac₂O的溶剂。