本發(fā)明涉及紡絲制備，具體為一種高性能纖維聚合物材料及其紡絲制備方法。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的紡絲制備方法制備的纖維結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，固化方式單一，而本技術(shù)的紡絲制備方法通過制備具有核層結(jié)構(gòu)的纖維聚合物材料，并對(duì)制備的纖維聚合物材料交替進(jìn)行熱固化和光固化，核層結(jié)構(gòu)使得纖維聚合物材料在保持輕質(zhì)的同時(shí)具有更高的強(qiáng)度和模量，通過交替使用熱固化和光固化，可以靈活調(diào)整纖維的性能，同時(shí)避免單一固化方式可能帶來(lái)的局限性，能夠優(yōu)化纖維聚合物材料的加工性能，同時(shí)提高纖維聚合物材料的機(jī)械性能。

2、現(xiàn)有的紡絲制備方法存在的缺陷是：

3、1、專利文件cn113882024b公開了靜電紡絲制備淀粉納米纖維的方法，該文件主要考慮如何提高淀粉納米纖維的安全性，使其能夠應(yīng)用于食品、醫(yī)藥和化妝品等領(lǐng)域的問題，并沒有考慮到如何優(yōu)化纖維聚合物材料的加工性能，同時(shí)提高纖維聚合物材料的機(jī)械性能的問題；

4、2、專利文件cn100491612c公開了海藻纖維凝膠紡絲制備工藝，該文件主要考慮如何克服海藻纖維紡絲濃度低、紡絲能力低和強(qiáng)度不高的問題，并沒有考慮到如何改善纖維聚合物材料的耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性，從而拓寬纖維聚合物材料的應(yīng)用領(lǐng)域的問題；

5、3、專利文件cn110644071b公開了光致發(fā)光纖維的離心紡絲制備方法，該文件主要考慮如何在保證連續(xù)收集纖維的基礎(chǔ)上，同步實(shí)現(xiàn)纖維光致發(fā)光特性的問題，并沒有考慮到如何使原材料混合均勻，提高核層溶液和殼層溶液的純凈度和制備的纖維聚合物材料的品質(zhì)的問題；

6、4、專利文件cn111910272b公開了一種熔噴紡絲制備酚醛纖維的方法，該文件主要考慮如何確定熔噴紡絲制備酚醛纖維的最佳工藝參數(shù)的問題，并沒有考慮到如何避免制備過程中存在氣泡，導(dǎo)致纖維聚合物材料中形成空洞和缺陷，降低纖維聚合物材料的力學(xué)性能和耐久性的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種高性能纖維聚合物材料及其紡絲制備技術(shù)，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種高性能纖維聚合物材料的紡絲制備方法，該高性能纖維聚合物材料的紡絲制備方法如下：

3、步驟s1、制備聚苯乙烯溶液、納米二氧化硅懸浮液、甲殼素和殼聚糖混合醋酸溶液；

4、步驟s2、制備聚多巴胺溶液、納米氧化鈦懸浮液、碳納米管和石墨烯分散液；

5、步驟s3、制備核層溶液和殼層溶液，核層溶液中納米二氧化硅懸浮液、聚苯乙烯溶液以及甲殼素和殼聚糖混合醋酸溶液的質(zhì)量百分比分別為22％、49％和29％，殼層溶液中納米氧化鈦懸浮液、聚多巴胺溶液以及碳納米管和石墨烯分散液的質(zhì)量百分比分別為17％、31％和52％；

6、步驟s4、對(duì)核層溶液和殼層溶液進(jìn)行脫泡處理；

7、步驟s5、使用核層溶液和殼層溶液制備高性能纖維聚合物材料；

8、步驟s5中，還包括如下步驟：

9、步驟s51：首先將核層溶液通過高壓泵注入到紡絲機(jī)的內(nèi)層噴絲頭中，殼層溶液通過高壓泵注入到紡絲機(jī)的外層噴絲頭中，核層纖維從內(nèi)層噴絲頭噴出后迅速固化，當(dāng)核層纖維尚未完全固化時(shí)，外層噴絲頭在核層纖維的外部噴出殼層纖維形成具有核層結(jié)構(gòu)的高性能纖維聚合物材料；

10、步驟s52：首先將具有核層結(jié)構(gòu)的高性能纖維聚合物材料放入熱固化爐中，設(shè)定好熱固化溫度和時(shí)間后啟動(dòng)熱固化爐，開始初步熱固化過程，當(dāng)初步熱固化達(dá)到預(yù)設(shè)的初步熱固化點(diǎn)后，將具有核層結(jié)構(gòu)的高性能纖維聚合物材料從熱固化爐中取出后迅速轉(zhuǎn)移到光固化設(shè)備中，設(shè)定好光固化設(shè)備的光照強(qiáng)度和時(shí)間后開始初步光固化過程，當(dāng)初步光固化達(dá)到預(yù)設(shè)的初步光固化點(diǎn)后，交替進(jìn)行熱固化和光固化三次。

11、優(yōu)選的，步驟s1中，還包括如下步驟：

12、步驟s11：制備聚苯乙烯溶液時(shí)，首先將聚苯乙烯研磨成粉末狀，緩慢加入預(yù)熱的有機(jī)溶劑中，同時(shí)使用機(jī)械攪拌器持續(xù)攪拌，直至聚苯乙烯完全溶解在有機(jī)溶劑中，形成均勻的聚苯乙烯溶液；

13、步驟s12：制備納米二氧化硅懸浮液時(shí)，首先進(jìn)行原材料準(zhǔn)備，包括二氧化硅納米粉、高純度的去離子水以及表面活性劑，使用超聲波清洗儀對(duì)二氧化硅納米粉進(jìn)行超聲波清洗，去除表面的雜質(zhì)和有機(jī)物，將清洗好的二氧化硅納米粉和表面活性劑分別加入高純度去離子水中，并用超聲波清洗儀進(jìn)行混合，形成混合懸浮液，將混合懸浮液進(jìn)行超聲波振蕩處理，使納米顆粒更加細(xì)小均勻，最后使用離心機(jī)離心懸浮液，去除不均勻的物質(zhì)，將離心后的納米二氧化硅懸浮液裝入容器中；

14、步驟s13：制備甲殼素和殼聚糖混合醋酸溶液時(shí)，將甲殼素和殼聚糖分別研磨成粉末狀，緩慢加入醋酸溶液中，同時(shí)使用機(jī)械攪拌器持續(xù)攪拌，直至甲殼素和殼聚糖完全溶解在醋酸溶液中，形成均勻的甲殼素和殼聚糖混合醋酸溶液。

15、優(yōu)選的，步驟s2中，還包括如下步驟：

16、步驟s21：制備聚多巴胺溶液時(shí)，先準(zhǔn)備制備所需的原料，包括鹽酸多巴胺、三羥甲基氨基甲烷、鹽酸、去離子水和過硫酸銨鈉鉀，將三羥甲基氨基甲烷溶解在去離子水中，加入鹽酸，使用磁力攪拌器持續(xù)攪拌混合液，調(diào)節(jié)ph值至8.5，形成三羥甲基氨基甲烷-鹽酸緩沖液，接著向混合液中加入氧化劑過硫酸銨鈉鉀，反應(yīng)過程中，溶液顏色會(huì)由淺粉色逐漸變?yōu)樯钭厣?，最終變成黑色，形成聚多巴胺溶液，反應(yīng)結(jié)束后通過過濾去除未反應(yīng)的原料和雜質(zhì)；

17、步驟s22：制備碳納米管和石墨烯分散液時(shí)，將碳納米管和石墨烯按照5:3的比例緩慢加入乙醇中，進(jìn)行初步的攪拌使其初步分散，加入陽(yáng)離子型全氟表面活性劑和陰離子型表面活性劑作為分散劑，將初步分散的溶液放入超聲波分散器中進(jìn)行超聲處理，破壞碳納米管和石墨烯之間的團(tuán)聚，形成碳納米管和石墨烯分散液；

18、步驟s23：制備納米氧化鈦懸浮液時(shí)，首先進(jìn)行原材料準(zhǔn)備，包括氧化鈦納米粉、高純度的去離子水以及表面活性劑，使用超聲波清洗儀對(duì)氧化鈦納米粉進(jìn)行超聲波清洗，去除表面的雜質(zhì)和有機(jī)物，將清洗好的氧化鈦納米粉和表面活性劑分別加入高純度去離子水中，并用超聲波清洗儀進(jìn)行混合，形成混合懸浮液，將混合懸浮液進(jìn)行超聲波振蕩處理，使納米顆粒更加細(xì)小均勻，最后使用離心機(jī)離心懸浮液，去除不均勻的物質(zhì)，將離心后的納米氧化鈦懸浮液裝入容器中。

19、優(yōu)選的，步驟s3中，還包括如下步驟：

20、步驟s31：制備核層溶液時(shí)，首先將納米二氧化硅懸浮液與聚苯乙烯溶液預(yù)混合，使用機(jī)械攪拌器攪拌至二者初步混合均勻，將甲殼素和殼聚糖混合醋酸溶液緩慢加入后繼續(xù)攪拌，并在攪拌完成后將混合溶液放入超聲波分散器中進(jìn)行超聲處理，形成混合均勻的核層溶液，接著使用過濾器過濾核層溶液中未分散的顆粒和雜質(zhì)。

21、優(yōu)選的，步驟s3中，還包括如下步驟：

22、步驟s32：制備殼層溶液時(shí)，首先將納米氧化鈦懸浮液與聚多巴胺溶液預(yù)混合，使用機(jī)械攪拌器攪拌至二者初步混合均勻，將碳納米管和石墨烯分散液緩慢加入后繼續(xù)攪拌，并在攪拌完成后將放入超聲波分散器中進(jìn)行超聲處理，形成混合均勻的殼層溶液，接著使用過濾器過濾殼層溶液中未分散的顆粒和雜質(zhì)。

23、優(yōu)選的，步驟s4中，還包括如下步驟：

24、步驟s41：首先對(duì)核層溶液和殼層溶液進(jìn)行初次真空脫泡，首先將混合均勻的核層溶液和殼層溶液依次倒入真空脫泡機(jī)的容器中，打開真空泵，逐漸降低容器內(nèi)的壓力，觀察核層溶液和殼層溶液中的氣泡逐漸上升并排出，保持一段真空時(shí)間后關(guān)閉真空泵，逐漸釋放壓力，取出核層溶液和殼層溶液，觀察核層溶液和殼層溶液表面和底部是否有氣泡聚集，若存在氣泡聚集，再次進(jìn)行初次真空脫泡，直至取出的核層溶液和殼層溶液表面和底部不存在明顯氣泡聚集；

25、步驟s42：接著對(duì)核層溶液和殼層溶液進(jìn)行二次超聲波脫泡，首先將經(jīng)過初次真空脫泡的核層溶液和殼層溶液放入超聲波脫泡機(jī)的容器中，設(shè)置超聲波的頻率、功率和脫泡時(shí)間，開啟超聲波脫泡機(jī)，觀察溶液中的氣泡在超聲波的作用下逐漸減少，達(dá)到設(shè)定的脫泡時(shí)間后，關(guān)閉超聲波脫泡機(jī)，取出核層溶液和殼層溶液，觀察核層溶液和殼層溶液表面和底部是否有氣泡聚集，若存在氣泡聚集，再次進(jìn)行二次超聲波脫泡，直至取出的核層溶液和殼層溶液表面和底部不存在明顯氣泡聚集。

26、優(yōu)選的，該高性能纖維聚合物材料的紡絲制備方法還包括如下步驟：

27、步驟s6、對(duì)高性能纖維聚合物材料進(jìn)行清洗和干燥處理；

28、步驟s7、對(duì)制備出的高性能纖維聚合物進(jìn)行拉伸性能測(cè)試。

29、優(yōu)選的，步驟s6中，還包括如下步驟：

30、步驟s61：在對(duì)高性能纖維聚合物材料進(jìn)行清洗時(shí)，將高性能纖維聚合物材料放入洗滌容器中，加入沒過高性能纖維聚合物材料的洗滌液，使用機(jī)械攪拌器緩慢攪拌洗滌液，使高性能纖維聚合物材料在洗滌液中均勻分布，去除高性能纖維聚合物材料表面的雜質(zhì)顆粒，每隔15min更換一次洗滌液，直到攪拌后的洗滌液沒有變渾濁，接著使用去離子水對(duì)高性能纖維聚合物材料進(jìn)行漂洗，去除殘留的洗滌溶液和雜質(zhì)顆粒，多次更換漂洗的去離子水，直到漂洗的去離子水沒有變渾濁；

31、步驟s62：在對(duì)高性能纖維聚合物材料進(jìn)行干燥時(shí)，將清洗后的高性能纖維聚合物材料均勻地放置在干燥設(shè)備的托盤上，稱量未經(jīng)過烘干時(shí)高性能纖維聚合物材料的重量，相互靠近的高性能纖維聚合物材料避免重疊和接觸，將托盤放入干燥設(shè)備中，設(shè)定溫度和時(shí)間后啟動(dòng)干燥設(shè)備；

32、步驟s63：每間隔1h檢查高性能纖維聚合物材料的干燥程度，稱量每次經(jīng)過烘干時(shí)高性能纖維聚合物材料的重量，并記錄每次稱量的重量、間隔時(shí)間、烘干溫度、烘干時(shí)間和通風(fēng)量，當(dāng)前后兩次稱量的重量之間相差1.5％-5％時(shí)，調(diào)低烘干溫度，縮短烘干時(shí)間，繼續(xù)烘干高性能纖維聚合物材料，直至前后兩次稱量的重量不超過0.5％，即可關(guān)閉干燥設(shè)備，取出高性能纖維聚合物材料。

33、優(yōu)選的，步驟s7中，還包括如下步驟：

34、步驟s71：對(duì)高性能纖維聚合物材料進(jìn)行拉伸性能測(cè)試時(shí)，在制備的高性能纖維聚合物材料中隨機(jī)取樣10份，每份樣品長(zhǎng)度200mm，測(cè)量并記錄每份樣品的原始橫截面積，將樣品安裝在拉伸試驗(yàn)機(jī)的夾具中，調(diào)整夾具固定樣品，確保樣品在試驗(yàn)過程中不會(huì)產(chǎn)生滑移或旋轉(zhuǎn)，并且樣品軸線與拉伸方向一致，設(shè)定拉伸速度和試驗(yàn)溫度后啟動(dòng)拉伸試驗(yàn)機(jī)，以設(shè)定的速度對(duì)樣品施加拉伸載荷；

35、步驟s72：當(dāng)樣品達(dá)到其最大承載能力時(shí)會(huì)發(fā)生斷裂，此時(shí)拉伸試驗(yàn)機(jī)自動(dòng)停止，記錄樣品斷裂時(shí)的最大拉伸力，測(cè)量并記錄樣品的伸長(zhǎng)量，根據(jù)樣品的原始橫截面積和斷裂力，計(jì)算樣品的抗拉強(qiáng)度，抗拉強(qiáng)度＝斷裂力/原始橫截面積。

36、優(yōu)選的，一種高性能纖維聚合物材料，根據(jù)權(quán)利要求1-9任意一項(xiàng)所述的一種高性能纖維聚合物材料的紡絲制備方法得到的高性能纖維聚合物材料。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

38、1、本發(fā)明通過制備具有核層結(jié)構(gòu)的纖維聚合物材料，并對(duì)制備的纖維聚合物材料交替進(jìn)行熱固化和光固化，通過制備具有核層結(jié)構(gòu)的纖維聚合物材料，可以有效地調(diào)控纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使其具有更高的拉伸強(qiáng)度和模量，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)能夠增強(qiáng)纖維的力學(xué)性能，同時(shí)，具有核層結(jié)構(gòu)的纖維聚合物材料在紡絲過程中可能表現(xiàn)出更好的可紡性和拉伸性，這有助于降低生產(chǎn)成本并提高生產(chǎn)效率，此外，熱固化能夠增強(qiáng)纖維的內(nèi)部交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高其穩(wěn)定性和耐熱性，而光固化則能夠進(jìn)一步固化纖維表面，提高其耐磨性和耐候性，交替進(jìn)行的固化過程能夠充分利用兩種固化方式的優(yōu)點(diǎn)，使纖維在后續(xù)加工過程中表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性和可控性，因此可以解決如何優(yōu)化纖維聚合物材料的加工性能，同時(shí)提高纖維聚合物材料的機(jī)械性能的問題。

39、2、本發(fā)明通過制備含有納米二氧化硅、甲殼素和殼聚糖的核層溶液以及制備含有納米氧化鈦、納米管和石墨烯的殼層溶液，納米二氧化硅、納米氧化鈦、納米管和石墨烯都具有出色的熱穩(wěn)定性，它們的加入可以有效地提高纖維聚合物材料的耐熱性，甲殼素、殼聚糖、納米氧化鈦和石墨烯都具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，可以增強(qiáng)纖維聚合物材料對(duì)化學(xué)腐蝕的抵抗力，通過改善耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性，纖維聚合物材料可以在更多極端環(huán)境下使用，包括高溫、高濕、強(qiáng)酸和強(qiáng)堿環(huán)境，極大地拓寬纖維聚合物材料在航空航天、汽車、電子和化工領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，因此可以解決如何改善纖維聚合物材料的耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性，從而拓寬纖維聚合物材料的應(yīng)用領(lǐng)域的問題。

40、3、本發(fā)明通過在制備核層溶液和殼層溶液時(shí)使用超聲波和離心技術(shù)，并結(jié)合機(jī)械攪拌器、超聲波分散器、超聲波清洗儀和離心機(jī)，在制備核層溶液和殼層溶液時(shí)，首先使用機(jī)械攪拌器將原材料與溶劑混合均勻，使用超聲波分散器將納米二氧化硅、碳納米管和納米氧化鈦均勻分散到溶液中，確保納米顆粒的均勻分布，使用超聲波清洗儀去除原材料表面的雜質(zhì)，同時(shí)，使用離心機(jī)對(duì)溶液進(jìn)行離心處理，去除大顆粒雜質(zhì)和團(tuán)聚的納米顆粒，得到純凈且穩(wěn)定的核層溶液和殼層溶液，通過這種方法制備的核層溶液和殼層溶液將具有更高的純凈度和穩(wěn)定性，其內(nèi)部納米二氧化硅、碳納米管和納米氧化鈦的分布將更加均勻，從而提高了材料的力學(xué)性能和耐久性，因此可以解決如何使原材料混合均勻，提高核層溶液和殼層溶液的純凈度和制備的纖維聚合物材料的品質(zhì)的問題。

41、4、本發(fā)明通過對(duì)核層溶液和殼層溶液重復(fù)進(jìn)行初次真空脫泡和二次超聲波脫泡，在制備含有納米材料的核層溶液和殼層溶液時(shí)容易出現(xiàn)氣泡，氣泡會(huì)導(dǎo)致纖維聚合物材料中形成空洞和缺陷，進(jìn)而降低其力學(xué)性能和耐久性，本發(fā)明在制備核層溶液和殼層溶液的過程中，首先進(jìn)行初次真空脫泡，在真空環(huán)境下，溶液中的氣泡會(huì)因?yàn)橥獠繅毫档投杆倥蛎洸⑵屏?，有效地去除溶液中的大部分氣泡，然后，?duì)經(jīng)過真空脫泡的溶液進(jìn)行二次超聲波脫泡，在超聲波的作用下，溶液中的氣泡會(huì)不斷地震動(dòng)，直至最終破裂消散，超聲波的強(qiáng)烈振動(dòng)能夠破壞氣泡的表面張力，使其更容易破裂，這種方法能夠進(jìn)一步去除初次真空脫泡后可能殘留的小氣泡，重復(fù)進(jìn)行這兩個(gè)步驟，可以確保溶液中的氣泡被盡可能地去除，從而提高溶液的穩(wěn)定性和純凈度，因此可以解決如何避免制備過程中存在氣泡，導(dǎo)致纖維聚合物材料中形成空洞和缺陷，降低纖維聚合物材料的力學(xué)性能和耐久性的問題。