离子液体液态芯核连续皮芯复合纤维成型中基本物理问题研究

Basic theories on traditional bi-component melting spinning technology are used and a new spinning method with ion liquid as the core part and polymer the sheath part will be developed. Chemical compositions of copolyamides and their elastic-viscosities, interface properties and interface layers between copolyamide and ion liquids varied with shear rates and temperatures will be investigated. The possibility of the ion liquid core part more than 20 percentages in bi-component fiber will be evaluated. To characterize the interface tension between polymeric melts and liquids, a modified interface tension test method called Three Dimensions Core Part Shrinking Method is established, also applied to investigate the interface tensions between ion liquids and copolyamides. All results will be used to analysis the stabilization of core-sheath interface structure in copolyamid/ion liquid bicomonent fibers. An interface layer forming between ion liquids core part and copolyamde sheath became of hydrogen bonds between ion liquids and polyamides and the structure will be characterized by using different test mothods. The thermal properties and electrical properties will also be investigated. The potential application of this functional fiber in thermal phase change materials and conductive smart fibers are suggested.Results and theories from this research will enrich the theories and mechanisms of traditional spinning technology and a new method to produce one-dimension flexible functional materials is suggested.

本项目申请以传统的熔融复合纺丝成型理论为基础，首次开展以共聚聚酰胺为皮层、离子液体为芯层，系统研究离子液体与共聚聚酰胺的界面张力，及其对复合纤维结构稳定性的影响规律，建立适用于纤维成型过程中聚合物与第二组分复合时界面张力新的三维芯层回缩法，系统研究共聚聚酰胺基本组成、粘弹性以及外界剪切速率和温度对皮芯复合材料界面结构影响的基本规律，利用氢键作用力构建离子液体和共聚聚酰胺过渡层，从而稳定皮芯结构，利用改进的皮芯熔融复合纺丝设备探索芯层含量高于20%的复合纤维成型可能性，研究离子液体结构设计对功能纤维相变点和热转换效率的影响规律，利用离子液体的电性能优势，研究其作为温控导电纤维的功能性及潜在应用。相关系统研究拓展了传统纺丝成型方法，阐述新的一维柔性功能材料成型及控制基本理论问题，从而为新型功能材料开发提供新思路。

含液体芯核为特征的皮-芯复合纺丝扩展了一维纤维的原材料种类，可在更广泛的非聚合物材料领域优选功能组分，从而为功能纤维材料开发提供新思路。本项目建立了基于皮-芯复合纤维结构的，适用于纤维成型过程中聚合物与第二组分复合时聚合物熔体界面张力测试的纤维液滴回缩法。以传统的熔融复合纺丝成型、溶液纺丝成形的理论为基础，系统研究以CoPA6/66、CoPA6/12为代表的聚酰胺热性能及结晶动力学，基于共聚酰胺的“同系物共聚内增塑”的新思路，实现纤维成形过程氢键调控，为高强皮层共聚酰胺复合纤维提供可能。设计复合纺丝喷丝头，可制得液态芯层高达25%的皮-芯复合纤维。离子液体（IL）与酰胺键间的氢键利于IL的结晶，非氢键键合IL需借助基于氢键或成核剂的结晶位点而降低离子液体过冷度，实现作为相变材料IL的热循环稳定性。首次合成系列相变焓高达192J/g，熔点范围40℃～92℃的低过冷度，窄熔程双脂肪族离子液体，拓展了离子液体相变材料的应用范围。调控界面张力，构建皮-芯层间微细孔道结构，利用相变材料在相变温度点的体积、导电率变化，可实现基于非弹性或弹性聚合物基体的电致发热、光致发热及温度感应多功能相变储能纤维材料制备。基于部分IL影响基体聚合物的最终残炭量的新发现，以及含液体芯核皮-芯复合纤维结构设计思路，制备系列多形貌、掺杂多孔碳材料，并研究其在碱金属电池负极材料的性能优势。本项目重点开展新的一维柔性功能材料成型及控制基本理论问题研究，从而为新型功能纤维状、低维材料的开发，及其在智能控制、储能领域的应用提供新思路。