CN101748560B - 纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法 - Google Patents

纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合材料的纺纱方法，尤其是一种纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法。其方法包括下列步骤：(1)将聚合物溶解于溶剂中制得均一的纺丝溶液；(2)将短纤维有序地铺放在静电纺接收板上形成短纤维有序层；(3)将纺丝溶液加入到静电纺装置的注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器喷口接高压正极，接收板接负极，进行静电纺丝。本发明由于在静电纺接收板上铺放了短纤维有序层，而可以方便简单的纺制具有纳米级多孔的复合材料，该复合材料结合了纳米纤维的超高比表面积和短纤维的独特风格与性能，应用前景无限，将是材料界的一项重要发现。

Description

纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法
技术领域
本发明涉及一种复合材料的纺纱方法，尤其是一种纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法。
背景技术
静电纺丝技术(Anton Formhals；1930US1975504；J·沙洛普埃克2005，CN1849418)是通过在聚合物溶液喷出器和接收板之间施加电场从而制造聚合物纤维的纺丝技术。静电纺是制造1-1000nm超细纤维的重要方法。该方法首先将聚合物溶液或熔融体带上几千至上万伏静电，聚合物在带电的毛细管锥顶点被加速。当电场足够大时，聚合物可克服表面张力形成喷射细流。细流在喷射过程中溶剂蒸发、聚合物固化，最终被吸附在接收装置上，形成类似非织造布状的纤维毡。
将静电纺丝技术与传统纺纱过程所需的短纤维相结合，可以通过在接收板上附加纤维层从而纺制以静电纺纳米纤维为基层，短纤维为增强体的静电纺纳米级多孔复合材料，该复合材料可以将纳米纤维的超高比表面积特点和短纤维的独特服用性能完美结合。在静电纺丝技术纺丝过程中，纳米纤维由于受到高压作用，被吸附到连在电极一端的接收板上，因而可以穿过短纤维间的空隙而粘附在接受器上，并随着纳米纤维的积聚而把短纤维包覆在纳米纤维膜中，从而形成带有纳米级孔隙、多孔的复合材料。
该复合材料因包含短纤维作为增强体，大大提高了原有纳米纤维膜的强力；短纤维的加入扩充了复合材料的内部空间，空气含量大幅增加从而增强了纳米纤维复合膜的保暖性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法，可制备具有纳米级多孔的复合材料。
按照本发明提供的技术方案，所述纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法，包括下列步骤：
(1)、将聚合物溶解于溶剂中制得均一的纺丝溶液；
(2)、将短纤维有序地铺放在静电纺接收板上形成短纤维有序层；
(3)、将纺丝溶液加入到静电纺装置的注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器喷口接高压正极，接收板接负极，进行静电纺丝。
所述短纤维有序层的厚度为1～10mm，采用短纤维生条或熟条均匀铺放。所述短纤维为棉纤维或毛纤维或各种化学短纤维；所述短纤维的长度为38～121mm。
所述溶剂为水、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、间甲酚、硫酸、二甲基甲酰胺、甲酸、乙酸、丙酸、异丙醇、丙酮及六氟异丙醇中的一种物质。
所述聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维、竹纤维、蚕丝丝素蛋白或聚氨酯弹性体中的一种物质。
所述步骤(3)中的静电纺丝参数为电压5～30kV；微量注射泵的速度为0.1～5.0毫升/小时；纺丝环境温度18～30℃；纺丝环境相对湿度为40～70％RH；接收板与注射器喷口之间的距离为5.0～30.0厘米。
利用所述的纺纱方法制得的静电纺复合材料的直径为1～1000nm。
一种静电纺复合材料的静电纺装置是，包括推进装置、注射器、接收板、高压器、短纤有序层；所述推进装置设置在注射器上，注射器喷口接高压阳极，接收板接负极，接收板正面铺设短纤有序层；在接收板上下端安装传动装置。
本发明由于在静电纺接收板上铺放了短纤有序层，而可以方便简单的纺制具有纳米级多孔的复合材料，该复合材料结合了纳米纤维的超高比表面积和短纤维的独特风格与性能，应用前景无限，将是材料界的一项重要发现。
附图说明
图1为静电纺装置。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明中使用静电纺装置制备静电纺复合材料，静电纺装置包括推进装置1、注射器2、注射器针头3、接收板4、短纤有序层5、高压发生器6。所述推进装置1设置在注射器2上，注射器针头3接高压阳极，接收板4接负极，接收板4正面铺设短纤有序层5。
实施例一：纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法
将丙酮∶二甲基乙酰胺按2∶1的体积比配成均一溶剂，把分子量分布为30000、乙酰化为39.8％的二醋酸纤维素溶解于该溶剂中制得均一的纺丝溶液，纺丝液中二醋酸纤维素质量分数为11％。将长度为121mm的二醋酸纤维有序地铺放在静电纺接收板上形成10mm的短纤有序层；将纺丝溶液加入到静电纺装置的注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器喷口接高压阳极，接收板接负极，进行静电纺丝。静电纺丝电压为20kV，微量注射泵的速度为0.8毫升/小时，纺丝环境温度25℃，纺丝环境相对湿度为50％RH，接收板与注射器喷口之间的距离为12.0厘米；制得的静电纺复合材料的平均直径为800nm。
实施例二：纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法
将相对分子质量为75000的聚丙烯腈溶解于二甲基乙酰胺中制得均一的纺丝溶液，溶液中聚丙烯腈的质量分数为10％；将长度为38mm的棉纤维有序地铺放在静电纺接收板上形成5mm的短纤有序层；将纺丝溶液加入到静电纺装置的注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器喷口接高压阳极，接收板接负极，进行静电纺丝。静电纺丝电压为30kV，微量注射泵的速度为0.5毫升/小时，纺丝环境温度28℃，纺丝环境相对湿度为50％RH，接收板与注射器喷口之间的距离为11.5厘米。
实施例三：纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法
将平均分子量为10000的聚乳酸溶解于二氯甲烷中制得均一的纺丝溶液，溶液中聚乳酸的质量分数为8％；将长度为60mm的羊毛纤维有序地铺放在静电纺接收板上形成5mm的短纤有序层；将纺丝溶液加入到静电纺装置的注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器喷口接高压阳极，接收板接负极，进行静电纺丝。静电纺丝电压为15kV，微量注射泵的速度为0.8毫升/小时，纺丝环境温度25℃，纺丝环境相对湿度为65％RH，接收板与注射器喷口之间的距离为20厘米；制得的静电纺复合材料的直径为1000nm。

Claims (1)

1.一种纳米级多孔静电纺复合材料的纺纱方法，其特征是：包括下列步骤：
(1)、将聚合物溶解于溶剂中制得均一的纺丝溶液；
(2)、将短纤维有序地铺放在静电纺接收板上形成短纤维有序层；
(3)、将纺丝溶液加入到静电纺装置的注射器中，由微量注射泵控制挤出，注射器喷口接高压电源的正极，接收板接高压电源的负极，进行静电纺丝；
所述短纤维有序层的厚度为1～10mm；
所述短纤维为棉纤维或毛纤维或各种化学短纤维；所述短纤维的长度为38～121mm；
所述溶剂为水、二氯甲烷、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、间甲酚、硫酸、二甲基甲酰胺、甲酸、乙酸、丙酸、异丙醇、丙酮及六氟异丙醇中的一种物质；
所述聚合物为聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、醋酸纤维素、竹纤维素、蚕丝丝素蛋白或聚氨酯弹性体中的一种物质；
所述步骤(3)中的静电纺丝参数为电压5～30kV；微量注射泵的速度为0.1～5.0毫升/小时；纺丝环境温度18～30℃；纺丝环境相对湿度为40～65％RH；接收板与注射器喷口之间的距离为5.0～30.0厘米。
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Patentee before: Jiangnan University

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