本發(fā)明屬于紡織材料，具體涉及一種基于廢舊消防服面料為原料的多功能氣凝膠纖維及其制備方法。
背景技術(shù)：
1、廢舊消防服面料主要由芳綸1313、芳綸1414等高性能纖維制成，這些材料因其出色的耐高溫、阻燃、耐化學(xué)腐蝕和機(jī)械強(qiáng)度，被廣泛用于消防員防護(hù)裝備。然而，消防服經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后，其性能會(huì)逐漸下降，導(dǎo)致無(wú)法繼續(xù)滿(mǎn)足安全防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的廢舊消防服處理方式，如填埋或焚燒，不僅浪費(fèi)資源，還可能造成環(huán)境污染。因此，如何高效回收并賦予其新的功能成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。
2、目前，廢舊消防服面料的回收技術(shù)主要集中在物理再利用、化學(xué)回收和功能化改性三大方向。物理再利用包括機(jī)械破碎、纖維再生和復(fù)合材料制備，以保持織物的部分性能并應(yīng)用于低要求領(lǐng)域?；瘜W(xué)回收則涉及溶劑溶解、熱解和催化降解等方法，將芳綸、pbi等耐高溫纖維解聚為單體或低聚物，以便再合成新材料。此外，功能化改性技術(shù)正在探索如何通過(guò)表面改性或復(fù)合加工，使回收纖維具備新的防火、耐熱或力學(xué)性能，以拓展其應(yīng)用領(lǐng)域。
3、關(guān)于廢舊芳綸1313纖維及廢舊芳綸1414纖維的獨(dú)立研究較為廣泛，然而，對(duì)于這兩種纖維的混合使用以及其他纖維混合的研究則相對(duì)較少。因此，針對(duì)芳綸1313、芳綸1414以及其他纖維混合的回收方法具有很好的前景。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于廢舊消防服面料為原料的多功能氣凝膠纖維及其制備方法。
2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：一種基于廢舊消防服面料為原料的多功能氣凝膠纖維制備方法，包括以下步驟：
3、s1、從廢舊消防服面料中分離包括芳綸1313、芳綸1414及導(dǎo)電纖維的外層面料，并進(jìn)行預(yù)處理；
4、s2、依次溶解外層面料中的芳綸1414、芳綸1313及導(dǎo)電纖維，分別制備對(duì)應(yīng)的纖維溶液；
5、s3、向各纖維溶液中加入磺化mxene粉末并分散，得到芳綸1313紡絲液、芳綸1414紡絲液及導(dǎo)電纖維紡絲液；
6、s4、通過(guò)濕法紡絲將各紡絲液分別制備成未完全固化的凝膠纖維前驅(qū)體，并進(jìn)行螺旋纏繞合股，得到合股凝膠纖維；
7、s5、將合股凝膠纖維經(jīng)超臨界二氧化碳處理，形成多孔氣凝膠纖維；
8、s6、在氣凝膠纖維表面包覆功能化皮層，制得多功能氣凝膠纖維。
9、進(jìn)一步地，預(yù)處理包括：將廢舊消防服面料切割為塊狀物后分離外層面料，去除雜質(zhì)并開(kāi)松成短纖維混合物；將短纖維混合物依次進(jìn)行堿性清洗、水洗、干燥及剪切處理。
10、進(jìn)一步地，堿性清洗的清洗液包含碳酸鈉、十二烷基硫酸鈉及硅酸鈉，清洗溫度為60-80℃，清洗時(shí)間為3-6h。
11、進(jìn)一步地，步驟s2中芳綸1414纖維的溶解采用n,n-二甲基乙酰胺與氯化鋰的復(fù)合溶劑，溶解溫度為80-90℃；芳綸1313纖維的溶解采用三氟乙酸與n-甲基吡咯烷酮的混合溶劑，溶解溫度為25-30℃；導(dǎo)電纖維的分散采用二甲基亞砜溶劑并超聲處理。
12、進(jìn)一步地，步驟s3中磺化mxene的制備包括：將mxene分散于n-甲基吡咯烷酮中，加入磺化劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60-90℃，反應(yīng)時(shí)間為2-6h。
13、進(jìn)一步地，步驟s4中濕法紡絲的凝固浴包括乙醇與水的混合液、含氯化鋰的水溶液及丙酮，凝固浴溫度為5-25℃；螺旋纏繞合股過(guò)程中，各凝膠纖維前驅(qū)體的張力為10-25cn，合股轉(zhuǎn)速為100-200rpm，纏繞螺旋角為30-45°。
14、進(jìn)一步地，步驟s5中超臨界二氧化碳處理的壓力為15-30mpa，溫度為40-60℃，泄壓速率為0.3-0.8mpa/min，處理后纖維的孔徑為50-200nm。
15、進(jìn)一步地，步驟s6中功能化皮層包括氧化錫與芳綸1414溶液的復(fù)合層或氧化鋅與芳綸1313溶液的復(fù)合層，包覆采用同軸針頭進(jìn)行。
16、進(jìn)一步地，氧化錫與芳綸1414溶液的復(fù)合層中氧化錫的添加量為芳綸1414溶液質(zhì)量的5-8wt%；氧化鋅與芳綸1313溶液的復(fù)合層中氧化鋅的添加量為芳綸1313溶液質(zhì)量的3-5wt%；包覆后的皮層厚度為10-30μm。
17、本發(fā)明提供的又一技術(shù)方案：一種基于廢舊消防服面料為原料的多功能氣凝膠纖維，由上述制備方法制備而成。
18、本發(fā)明解決了背景技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明具備以下有益效果：
19、（1）本發(fā)明通過(guò)螺旋纏繞合股工藝、超臨界二氧化碳處理及磺化mxene改性，解決了廢舊消防服面料中芳綸1313、芳綸1414與導(dǎo)電纖維的界面結(jié)合差及功能單一化問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性、耐高溫氣凝膠纖維的集成制備。
20、（2）通過(guò)螺旋纏繞合股工藝，三束纖維形成三維螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋角調(diào)控纖維間機(jī)械互鎖程度，芳綸1414承擔(dān)軸向載荷，芳綸1313通過(guò)交聯(lián)耗散能量，導(dǎo)電纖維嵌入螺旋間隙形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。結(jié)合超臨界二氧化碳處理進(jìn)一步強(qiáng)化界面結(jié)合，二氧化碳滲透至纖維界面誘導(dǎo)分子鏈塑化與動(dòng)態(tài)氫鍵重構(gòu)。相較于傳統(tǒng)平行合股工藝，螺旋合股顯著提升抗拉強(qiáng)度，避免纖維松散導(dǎo)致的應(yīng)力集中，同時(shí)超臨界處理優(yōu)化孔隙結(jié)構(gòu)，降低材料密度?，F(xiàn)有技術(shù)中，平行合股因界面接觸面積小且缺乏機(jī)械互鎖，力學(xué)性能受限，而本發(fā)明通過(guò)螺旋結(jié)構(gòu)與界面微融協(xié)同作用，突破材料不相容限制，實(shí)現(xiàn)力學(xué)性能與輕量化雙重提升。
21、（3）磺化mxene改性通過(guò)磺酸基與芳綸酰胺鍵形成氫鍵網(wǎng)絡(luò)，抑制mxene團(tuán)聚并增強(qiáng)分散性。mxene均勻分布于導(dǎo)電纖維紡絲液中，形成連續(xù)導(dǎo)電通路，貫穿超臨界處理生成的蜂窩狀孔隙。相較于未改性mxene或傳統(tǒng)熱壓工藝，磺化mxene顯著提升導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)連續(xù)性與穩(wěn)定性，同時(shí)高溫下磺酸基與芳綸的熱穩(wěn)定性協(xié)同抑制纖維氧化。現(xiàn)有技術(shù)中，mxene分散性差導(dǎo)致導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)斷裂，功能單一化問(wèn)題突出，而本發(fā)明通過(guò)磺化改性與螺旋結(jié)構(gòu)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性、高溫穩(wěn)定性及界面結(jié)合強(qiáng)度的同步優(yōu)化。
22、（4）螺旋纏繞合股與超臨界二氧化碳處理的聯(lián)合，通過(guò)機(jī)械互鎖與界面微融強(qiáng)化纖維結(jié)合，解決界面結(jié)合差問(wèn)題；磺化mxene改性結(jié)合分束紡絲工藝，通過(guò)氫鍵網(wǎng)絡(luò)與導(dǎo)電通路構(gòu)建，突破功能單一化限制。螺旋結(jié)構(gòu)為超臨界二氧化碳滲透提供均勻間隙，促進(jìn)孔隙擴(kuò)展與界面氫鍵重構(gòu)，而磺化mxene在導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中的均勻分布進(jìn)一步依賴(lài)螺旋纏繞的機(jī)械穩(wěn)定性。兩者結(jié)合形成雙重增益機(jī)制，實(shí)現(xiàn)抗拉強(qiáng)度、導(dǎo)電性及高溫穩(wěn)定性的協(xié)同提升，為廢舊消防服面料的高值化回收提供了創(chuàng)新解決方案。
1.一種基于廢舊消防服面料為原料的多功能氣凝膠纖維制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括：將廢舊消防服面料切割為塊狀物后分離外層面料，去除雜質(zhì)并開(kāi)松成短纖維混合物；將所述短纖維混合物依次進(jìn)行堿性清洗、水洗、干燥及剪切處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述堿性清洗的清洗液包含碳酸鈉、十二烷基硫酸鈉及硅酸鈉，清洗溫度為60-80℃，清洗時(shí)間為3-6h。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s2中所述芳綸1414纖維的溶解采用n,n-二甲基乙酰胺與氯化鋰的復(fù)合溶劑，溶解溫度為80-90℃；所述芳綸1313纖維的溶解采用三氟乙酸與n-甲基吡咯烷酮的混合溶劑，溶解溫度為25-30℃；所述導(dǎo)電纖維的分散采用二甲基亞砜溶劑并超聲處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s3中所述磺化mxene的制備包括：將mxene分散于n-甲基吡咯烷酮中，加入磺化劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60-90℃，反應(yīng)時(shí)間為2-6h。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s4中所述濕法紡絲的凝固浴包括乙醇與水的混合液、含氯化鋰的水溶液及丙酮，凝固浴溫度為5-25℃；所述螺旋纏繞合股過(guò)程中，各凝膠纖維前驅(qū)體的張力為10-25cn，合股轉(zhuǎn)速為100-200rpm，纏繞螺旋角為30-45°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s5中所述超臨界二氧化碳處理的壓力為15-30mpa，溫度為40-60℃，泄壓速率為0.3-0.8mpa/min，處理后纖維的孔徑為50-200nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟s6中所述功能化皮層包括氧化錫與芳綸1414溶液的復(fù)合層或氧化鋅與芳綸1313溶液的復(fù)合層，所述包覆采用同軸針頭進(jìn)行。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述氧化錫與芳綸1414溶液的復(fù)合層中氧化錫的添加量為芳綸1414溶液質(zhì)量的5-8wt%；所述氧化鋅與芳綸1313溶液的復(fù)合層中氧化鋅的添加量為芳綸1313溶液質(zhì)量的3-5wt%；包覆后的皮層厚度為10-30μm。
10.一種基于廢舊消防服面料為原料的多功能氣凝膠纖維，其特征在于，由權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的制備方法制備而成。