[发明专利]具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维及其制备和应用。该纤维是聚氨酯包覆多孔中空聚氨酯纤维，是通过聚氨酯溶液喷涂于多孔中空聚氨酯纤维表面得到。制备方法包括：将热塑性聚氨酯(TPU)用极性溶剂溶解，得到聚氨酯溶液，通过湿法纺丝制得多孔中空聚氨酯纤维，在加热状态下将聚氨酯溶液喷涂于多孔中空聚氨酯纤维表面，即得。该纤维的致密包覆层与纤维本身是同一种材料，完全无界面问题。制备方法简单快速，可规模化生产。

技术领域

本发明属于多孔中空聚氨酯纤维及其制备和应用领域，特别涉及一种具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维及其制备方法和应用。

背景技术

聚氨酯纤维由于其具有优异的柔性、拉伸性和回弹性以及良好的耐腐蚀性在生活中已经得到了广泛的应用。在聚氨酯纤维的成型工艺中，湿法纺丝是一种可以直接制备中空管状纤维的方法。

工业制备中空管需要设计配套的模具，通过挤压机挤出成型，而湿法纺丝工艺就简便很多。湿法纺丝制备聚氨酯纤维的本质是溶剂交换，以水为凝固浴，置换出聚氨酯溶液中的极性溶剂。在置换过程中，水进出纤维内部势必会在纤维表面和内部留下水流的通道，从而在微观上表现为多孔结构，极大地增加了其比表面积，可以用于负载固体颗粒，其中空的部分也可以进行液体的填充以实现不同的功能(如填充液态金属使其导电)，因此多孔中空聚氨酯纤维也可用作许多纤维状柔性器件(如可伸缩柔性致动纤维、柔性传感器件和摩擦发电纤维等)的主体材料。然而由于水流通道的存在，纤维内部与外部的环境是连通的，因而液态物质很难填充存于中空纤维中。此外对于某些性质不稳定的固体颗粒的负载而言，长期与外界接触也会导致变质失效。因此，将多孔中空聚氨酯纤维进行致密包覆是非常必要的。

聚二甲基硅氧烷(PDMS)因其具有良好的化学稳定性而成为比较常用的包覆层材料。文献(J.Mater.Chem.C,2017,5,11448)在商用聚氨酯纱线外包覆PDMS用于保护，但是PDMS与聚氨酯纤维之间会产生明显的界面问题，而且PDMS的拉伸性能远不及聚氨酯，因此用PDMS包覆会很大程度上影响聚氨酯纤维的性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维及其制备方法和应用，以克服现有技术中包覆层对聚氨酯纤维的性能以及中空结构造成的不良影响的缺陷。

本发明的一种具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维，致密包覆层与纤维内芯之间完全无界面问题。

本发明的一种具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维，所述纤维是聚氨酯包覆多孔中空聚氨酯纤维，是通过聚氨酯溶液喷涂于多孔中空聚氨酯纤维表面得到。

所述纤维的直径为0.5～2mm。

所述中空部分的内径为纤维直径的1/5～3/5。

所述聚氨酯的包覆厚度为10～100μm。

本发明的一种具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维的制备方法，包括：

(1)将热塑性聚氨酯用极性溶剂溶解，得到聚氨酯溶液，其中聚氨酯溶液的浓度为5～30wt％；

(2)通过湿法纺丝制得多孔中空聚氨酯纤维，晾干，在加热状态下将聚氨酯溶液喷涂于多孔中空聚氨酯纤维表面，喷涂过程中不断翻滚聚氨酯纤维，使整根纤维表面都能喷涂到聚氨酯溶液，待喷涂到纤维表面的聚氨酯溶液中的溶剂完全蒸发，得到具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维。

所述步骤(2)中湿法纺丝的纺丝液浓度为20～30wt％，纺丝液挤出速率为2～10mL/h。

所述步骤(2)中加热的温度为80～110℃；喷涂过程中喷涂设备的喷嘴与纤维之间的距离为3～15cm。

本发明的一种具有致密包覆结构的多孔中空聚氨酯纤维的应用。包括在可伸缩柔性致动纤维、柔性传感器件、摩擦发电纤维和人造血管等的纤维主体材料方面的应用。