CN1936137A - 纳米纤维包覆的线性复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料领域，所涉及的纳米纤维包覆的线性复合材料，它由线性基材和纳米纤维包覆层构成。通过本发明的制备方法所制得纳米纤维包覆的线性复合材料克服了纳米纤维及其丝束因强力不足、产量不足不能实际生产应用的缺陷，同时不仅具有纳米纤维赋予的特性和功能，而且保持或更好的发挥了所用线性基材自身的性能优点，或者产生特定的组合性能，可以应用到使用线性材料的各个领域，例如纺织领域、力学材料领域、过滤吸附领域等。

Description

纳米纤维包覆的线性复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于材料领域，它涉及纳米纤维包覆的线性复合材料及其制备方法。

背景技术

到目前为止能够获取的纳米纤维绝大多数都是无纺形式的，不能进行织造，因而只能应用在相对较为狭窄的一些领域，例如过滤材料、组织骨架、膜材料及伤口敷料等。但是从传统纤维的使用现状来看，只有连续性的单根纳米纤维或者单轴向的纳米纤维丝束被生产出来了，纳米纤维的实际应用才能被无限的扩展出来。

目前国内外都报道了一些连续单根纳米纤维或单轴向纳米纤维丝束的制备方法，中国专利200510095384和专利200510038571.5都涉及到了纳米纤维长丝束的收集，但是通过这些方法获得的纳米纤维和长丝束都存在强力不足难以适应后续加工的缺陷，同时，纳米纤维的直接产量很低，最终难以在实际生产生活中使用。

发明内容

本发明的目的是提供纳米纤维包覆的线性复合材料及其制备方法，以克服纳米纤维因强力不足、产量过低而不能用于实际生产、使用的缺陷。

本发明解决技术问题的技术方案如下：

一种纳米纤维包覆的线性复合材料，其特征是由线性基材4和纳米纤维包覆层8构成。

所述的线性基材4为纱、线、长丝、绳、缆等线性材料；或由合成或再生原料如：聚烯烃、聚氯代烯烃、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚酸酐、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、粘胶、氨基酸、环氧树脂中的至少一种制得的线性材料；或由天然原料如：棉纤维、麻纤维、蚕丝、大豆纤维、牛奶纤维、动物皮毛、蜘蛛丝中的至少一种制得的线性材料；或由无机材料如：铝、铜、玻璃、陶瓷中的至少一种制得的线性材料。

所述的纳米纤维包覆层8是由纤维原料或纤维原料与功能颗粒的混合体经过静电纺丝制备的纳米纤维包缠而成；所述的纤维原料为合成或再生原料如：聚烯烃、聚氯代烯烃、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚酸酐、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、氨基酸、环氧树脂中的至少一种；或是天然原料如：棉纤维、麻纤维、蚕丝、大豆纤维、牛奶纤维、动物皮毛、蜘蛛丝中的至少一种；或是无机材料如铝、铜、玻璃、陶瓷中的至少一种；其功能颗粒为纳米碳管、纳米银粉、纳米钛粉、陶瓷粉、硅粉、珍珠粉、维生素颗粒中的至少一种；所述的纤维原料和功能颗粒的质量百分比为60～98∶2～40。

所述的纳米纤维包覆的线性复合材料的制备方法，其特征是线性基材4在输入装置52和输出装置51共同构成的包覆传输机构5的作用下，通过输入装置52被持续输入，并被输出装置51输出，并在输送过程中持续沿自身轴向旋转，静电纺丝箱体1中的纺丝液经纺丝口2喷出形成的纳米纤维3在电场的作用下向线性基材4下落，并随线性基材4的自转而被卷绕包覆到线性基材4上，随着线性基材4在包覆传输机构5的作用下持续输送和自转，纳米纤维3不断的对线性基材4进行包覆，从而获得连续的纳米纤维包覆的线性复合材料。

所述的静电纺丝箱体1可同时设置1～5个。

所述的纺丝口2在静电纺丝箱体1上可设置1～500个。

所述的线性基材4的输入或输出速度、自转速度和自转方向通过调节输入装置52和输出装置51中电机的功率来调节，其输入或输出速度为1～1000米/秒，自转速度为1～8000转/秒。

与现有技术相比本发明的优点是：

本发明提供的纳米纤维包覆的线性复合材料及其制备方法克服了纳米纤维及其丝束因强力不足、产量不足不能实际生产应用的缺陷，同时不仅具有纳米纤维赋予的特性和功能，而且保持或更好的发挥了所用线性基材自身的性能优点，或者产生特定的组合性能，可以应用到使用线性材料的各个领域，例如纺织领域、力学材料领域、过滤吸附领域等。

附图说明：

图1是本发明纳米纤维包覆的线性复合材料的示意图

图2是本发明单根纳米纤维包覆的线性复合材料制备方法的正面示意图

图3是本发明同时包覆多根纳米纤维的线性复合材料制备方法的侧面示意图

图1、图2、图3中，1-静电纺丝箱体，2-纺丝口，3-纳米纤维，4-线性基材，5-包覆传输机构，51-输出装置，52-输入装置，6-接地线，7-接地材料，8-纳米包覆层。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，一种纳米纤维包覆的线性复合材料，其特征是由线性基材4和纳米纤维包覆层8构成。

所述的线性基材4为纱、线、长丝、绳、缆等线性材料；或由合成或再生原料如：聚烯烃、聚氯代烯烃、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚酸酐、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、粘胶、氨基酸、环氧树脂中的至少一种制得的线性材料；或由天然原料如：棉纤维、麻纤维、蚕丝、大豆纤维、牛奶纤维、动物皮毛、蜘蛛丝中的至少一种制得的线性材料；或由无机材料如：铝、铜、玻璃、陶瓷中的至少一种制得的线性材料。

所述的纳米纤维包覆层8是由纤维原料或纤维原料与功能颗粒的混合体经过静电纺丝制备的纳米纤维包缠而成；所述的纤维原料为合成或再生原料如：聚烯烃、聚氯代烯烃、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚酸酐、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、氨基酸、环氧树脂中的至少一种；或是天然原料如：棉纤维、麻纤维、蚕丝、大豆纤维、牛奶纤维、动物皮毛、蜘蛛丝中的至少一种；或是无机材料如铝、铜、玻璃、陶瓷中的至少一种；其功能颗粒为纳米碳管、纳米银粉、纳米钛粉、陶瓷粉、硅粉、珍珠粉、维生素颗粒中的至少一种；所述的纤维原料和功能颗粒的质量百分比为60～98∶2～40。

所述的纳米纤维包覆的线性复合材料的制备方法，其特征是线性基材4在输入装置52和输出装置51共同构成的包覆传输机构5的作用下，通过输入装置52被持续输入，并被输出装置51输出，并在输送过程中持续沿自身轴向旋转，静电纺丝箱体1中的纺丝液经纺丝口2喷出形成的纳米纤维3在电场的作用下向线性基材4下落，并随线性基材4的自转而被卷绕包覆到线性基材4上，随着线性基材4在包覆传输机构5的作用下持续输送和自转，纳米纤维3不断的对线性基材4进行包覆，从而获得连续的纳米纤维包覆的线性复合材料；静电纺丝箱体1可同时设置1～5个同时为单根线性基材4包覆一种或多种纳米纤维；纺丝口2在静电纺丝箱体1上可设置1～500个同时对单根线性基材4进行多次包覆或对多根线性基材4进行一次包覆；线性基材4的输送速度和自转速度通过调节包覆传输机构5中电机的功率来调节，其输送速度为1～1000米/秒，自转速度为1～8000转/秒；包覆传输机构5两端的输入装置52和输出装置51的转动速度可一致或不一致，从而对纳米纤维包覆的线性复合材料进行加捻或不加捻。

通过下述实施例将进一步说明本发明，但不能限制本发明的内容。

实施例1：

采用普通100旦聚酯丝作为线性基材4，在输入装置52和输出装置51共同构成的包覆传输机构5的作用下，普通100旦聚酯丝被输入装置52以1米/秒的输入速度持续输入，并被输出装置51以1米/秒的输出速度输出，普通100旦聚酯丝在输送过程中两端持续以10转/秒的自转速度沿自身轴向顺时针旋转，第一静电纺丝箱体1中的质量百分比为5％碳纳米管和质量百分比为95％的粘胶共混液经纺丝口2喷出形成的碳纳米管粘胶纳米纤维3在电场的作用下向普通100旦聚酯丝下落，并随普通100旦聚酯丝的自转而被卷绕包覆到普通100旦聚酯丝上，第二、三静电纺丝箱体1中的聚酯溶液经纺丝口2喷出形成的聚酯纳米纤维3在电场的作用下向被碳纳米管粘胶纳米纤维包覆的普通100旦聚酯丝下落，并随普通100旦聚酯丝的自转，聚酯纳米纤维3进一步被卷绕包覆到已经被碳纳米管粘胶纳米纤维包覆的普通100旦聚酯丝上，随着普通100旦聚酯丝在包覆传输机构5的作用下持续输送和自转，碳纳米管粘胶纳米纤维和聚酯纳米纤维不断对普通100旦聚酯丝进行包覆，形成连续的具有两种纳米纤维包覆层的线性复合材料；第一静电纺丝箱体1上设置10个纺丝口2同时为线性基材4包覆碳纳米管粘胶纳米纤维；第二、三静电纺丝箱体1上设置20个纺丝口2同时对线性基材4进行包覆。

由于碳纳米管粘胶纳米纤维具有抗静电、防辐射的功能，故所获得的具有两层包覆层的功能性复合纱线，可以应用织造各类面料并加工成抗静电防辐射防护服、日常功能性服装。两种纳米纤维都是纳米尺度，因此服装面料具备了透气、不透水、不沾油的性能，而且超细柔软、贴身舒适感极强；同时后包覆的聚酯纤维耐磨易护理，对碳纳米管粘胶纳米纤维形成保护。

实施例2：

采用普通80英支棉纱作为线性基材4，在输入装置52和输出装置51共同构成的包覆传输机构5的作用下，普通80英支棉纱被输入装置52以500米/秒的输入速度持续输入，并被输出装置51以500米/秒的输出速度输出，在输送过程中普通80英支棉纱输入端持续以3000转/秒的自转速度沿自身轴向顺时针旋转，输出端持续以5000转/秒的自转速度沿自身轴向顺时针旋转，静电纺丝箱体1中的质量百分比为2％的纳米银颗粒和质量百分比为98％的聚乳酸共混液经纺丝口2喷出形成的纳米银聚乳酸纳米纤维3在电场的作用下向普通80英支棉纱下落，并随普通80英支棉纱的自转而被卷绕包覆到普通80英支棉纱上，随着普通80英支棉纱在包覆传输机构5的作用下持续输送和自转，纳米银聚乳酸纳米纤维3不断对普通80英支棉纱进行包覆，形成连续的纳米银聚乳酸纳米纤维包覆的加捻线性复合材料；静电纺丝箱体1上设置450个纺丝口2同时为线性基材4进行包覆。

由于纳米银具有杀菌、抑菌作用，聚乳酸具有良好的生物相容性，故所获得的纳米银聚乳酸纳米纤维包覆的复合棉纱做成的面料，柔软舒适，既具有杀菌、抑菌作用，又可以抵挡毒性颗粒的入侵。用作医护服装或病人专用服，不仅可以保护医护工作者和病人不受病菌的侵害，服装在废弃后还具有完全的生物可降解性，不会留下垃圾。

实施例3

采用亚麻纤维作为线性基材4，在输入装置52和输出装置51共同构成的包覆传输机构5的作用下，亚麻纤维被输入装置52以1000米/秒的输入速度持续输入，并被输出装置51以1000米/秒的输出速度输出，并在输送过程中持续以7000转/秒的自转速度沿自身轴向逆时针旋转，第一、二静电纺丝箱体1中的聚丙烯腈纺丝液经纺丝口2喷出形成的聚丙烯腈纳米纤维3在电场的作用下向亚麻纤维下落，并随亚麻纤维的自转而被卷绕包覆到亚麻纤维上，随着亚麻纤维在包覆传输机构5的作用下持续输送和自转，聚丙烯腈纳米纤维3不断对亚麻纤维进行包覆，形成连续的聚丙烯腈纳米纤维包覆的线性复合材料；第三静电纺丝箱体1中的聚酯纺丝液经纺丝口2喷出形成的聚酯纳米纤维3在电场的作用下向被聚丙烯腈纳米纤维包覆的业麻纤维下落，并随业麻纤维的自转而被卷绕包覆到被聚丙烯腈纳米纤维包覆的亚麻纤维上，随着亚麻纤维在包覆传输机构5的作用下持续输送和自转，聚酯纳米纤维3不断对被聚丙烯腈纳米纤维包覆的亚麻纤维进行包覆，形成连续的聚酯、聚丙烯腈纳米纤维包覆的线性复合材料；第四、五静电纺丝箱体1中的蚕丝纺丝液经纺丝口2喷出形成的蚕丝纳米纤维3在电场的作用下向被聚酯、聚丙烯腈纳米纤维包覆的亚麻纤维下落，并随亚麻纤维的自转而被卷绕包覆到被聚酯、聚丙烯腈纳米纤维包覆的亚麻纤维上，随着亚麻纤维在包覆传输机构5的作用下持续输送和自转，蚕丝纳米纤维3不断对被聚酯、聚丙烯腈纳米纤维包覆的亚麻纤维进行包覆，形成连续的蚕丝、聚酯、聚丙烯腈纳米纤维包覆的线性复合材料；五个静电纺丝箱体1上各设置300个纺丝口2同时为线性基材4进行包覆。

由于亚麻纤维透气性好、强力高，聚丙烯腈和蚕丝纳米纤维具有良好的保暖性能，聚酯纳米纤维抗皱性强，故用蚕丝、聚酯、聚丙烯腈纳米纤维包覆的亚麻纤维复合纱做成的服装面料，轻薄保暖，挺括又不失蚕丝的柔软高贵，是一种绝佳的冬装面料。

Claims (7)

1、一种纳米纤维包覆的线性复合材料，其特征是由线性基材(4)和纳米纤维包覆层(8)构成。

2、根据权利要求书1所述的纳米纤维包覆的线性复合材料，其特征是所述的线性基材(4)为纱、线、长丝、绳、缆等线性材料，或由合成或再生原料如：聚烯烃、聚氯代烯烃、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚酸酐、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、粘胶、氨基酸、环氧树脂中的至少一种制得的线性材料；或由天然原料如：棉纤维、麻纤维、蚕丝、大豆纤维、牛奶纤维、动物皮毛、蜘蛛丝中的至少一种制得的线性材料；或由无机材料如：铝、铜、玻璃、陶瓷中的至少一种制得的线性材料。

3、根据权利要求书1或2所述的纳米纤维包覆的线性复合材料，其特征是所述的纳米纤维包覆层(8)是由纤维原料或纤维原料与功能颗粒的混合体经过静电纺丝制备的纳米纤维包缠而成；所述的纤维原料为合成或再生原料如：聚烯烃、聚氯代烯烃、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚酸酐、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚乳酸、氨基酸、环氧树脂中的至少一种；或是天然原料如：棉纤维、麻纤维、蚕丝、大豆纤维、牛奶纤维、动物皮毛、蜘蛛丝中的至少一种；或是无机材料如铝、铜、玻璃、陶瓷中的至少一种；其功能颗粒为纳米碳管、纳米银粉、纳米钛粉、陶瓷粉、硅粉、珍珠粉、维生素颗粒中的至少一种；所述的纤维原料和功能颗粒的质量百分比为60～98∶2～40。

4、根据权利要求书1-3所述的纳米纤维包覆的线性复合材料的制备方法，其特征是线性基材(4)在输入装置(52)和输出装置(51)共同构成的包覆传输机构(5)的作用下，通过输入装置(52)被持续输入，并被输出装置(51)输出，并在输送过程中持续沿自身轴向旋转，静电纺丝箱体(1)中的纺丝液经纺丝口(2)喷出形成的纳米纤维(3)在电场的作用下向线性基材(4)下落，并随线性基材(4)的自转而被卷绕包覆到线性基材(4)上，随着线性基材(4)在包覆传输机构(5)的作用下持续输送和自转，纳米纤维(3)不断的对线性基材(4)进行包覆，从而获得连续的纳米纤维包覆的线性复合材料。

5、根据权利要求书4所述的纳米纤维包覆的线性复合材料的制备方法，其特征是所述的静电纺丝箱体(1)可同时设置1～5个。

6、根据权利要求书5所述的纳米纤维包覆的线性复合材料的制备方法，其特征是所述的纺丝口(2)在静电纺丝箱体(1)上可设置1～500个。

7、根据权利要求书6所述的纳米纤维包覆的线性复合材料的制备方法，其特征是所述的线性基材(4)的输入或输出速度、自转速度和自转方向通过调节输入装置(52)和输出装置(51)中电机的功率来调节，其输入或输出速度为1～1000米/秒，自转速度为1～8000转/秒。

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