CN105316787A - 高强静电纺纳米纤维制备技术 - Google Patents

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万玉芹
傅佳佳
王鸿博
高卫东
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Abstract

一种高强静电纺纳米纤维制备技术，其特征是它利用超声波技术对高粘度聚合物溶液进行预处理，继而通过静电纺丝过程，值得结晶结构和分子取向度得到显著改善静电纺纳米纤维，从而实现制备高强静电纺纳米纤维的目标。

Description

高强静电纺纳米纤维制备技术
技术领域
本发明属于纤维技术领域，涉及一种高强静电纺纳米纤维制备技术，尤其利用超声波技术制备高强静电纺纳米纤维的技术。
背景技术
静电纺丝技术是制备和研究纳米纤维的焦点技术之一，其所涉及的原材料已经从传统纤维原料扩展到各种新型导电聚合物、相变材料、生物材料甚至水凝胶，其纳米纤维的应用研究范围也涵盖了从过滤防护、能源电池、生物组织工程、电磁传感、航天军工和农业覆盖等当前绝大多数纳米技术焦点研究领域。因此，研究和发展静电纺丝技术无论是在工业经济还是军事国防上都具有国际性战略地位。虽然相关研究工作已非常普及，但静电纺纳米纤维的机械性能极差，测得的纤维拉伸强力多数只有几个或几十个MPa，无法满足实际应用需要。静电纺纳米纤维的低机械性能是由于其结构缺陷过多且缺乏结晶结构造成。国内外专家学者研究表明，超声辐射可以提高熔体流动性、降低挤出压力、改善制品的结晶结构和机械性能。因此，利用超声波技术对高粘度聚合物溶液进行处理，有望改善静电纺纳米纤维的分子结构，实现高强静电纺纳米纤维的制备。
发明内容
为了实现高强静电纺纳米纤维的制备，本发明提供一种高强静电纺纳米纤维制备技术，尤其利用超声波技术制备高强静电纺纳米纤维的技术，该纺丝技术可实现高粘度聚合物溶液的静电纺丝，改善静电纺纳米纤维的结晶结构和分子取向度，从而得到高强静电纺纳米纤维。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
(1)制备高粘度聚合物纺丝液：将占溶液适当百分比含量的分子量为6000～1000000的可纺丝聚合物溶解至其相应溶剂，制备粘度范围为300～50000mPa.s的纺丝液。
(2)超声波振动处理：用功率为100-1000W，工作频率为12-30kHz的超声波仪，在4-10s的间断模式下，对纺丝液进行2-20min的超声波处理。
(3)静电纺丝：在超声波处理后，立即将经过超声波振动处理的纺丝液转移至静电纺丝设备中，在纺丝电压15-30kV，纺丝距离10-25cm和流速为0.03-2mL/h的条件下，对溶液进行静电纺丝，得到拉伸强力范围为100-1000MPa的高强静电纺纳米纤维。
本发明的有益效果是，所提供的一种一种高强静电纺纳米纤维制备技术，尤其利用超声波技术制备高强静电纺纳米纤维的技术，该纺丝技术可提高溶液的流动性，促进聚合物分子链段的排列出现过，从而改善静电纺纳米纤维的结晶结构和分子取向度，极大地提高静电纺纳米纤维的强力。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)制备高粘度聚合物纺丝液：将占溶液百分比含量20％，分子量为300000的聚丙烯腈聚合物溶解至其相应溶剂N,N-二甲基甲酰胺中，制得粘度为750mPa.s的纺丝液。
(2)超声波振动处理：用功率为300W，工作频率为20kHz的超声波仪，在4s的间断模式下，对纺丝液进行5min的超声波处理。
(3)静电纺丝：在超声波处理后，立即将经过超声波振动处理的纺丝液转移至静电纺丝设备中，在纺丝电压18kV，纺丝距离15cm和流速为0.1mL/h的条件下，对溶液进行静电纺丝，得到平均拉伸强力为128MPa的高强静电纺聚丙烯腈纳米纤维，是正常制备的静电纺聚丙烯腈纳米纤维强力的2倍。
实施例2
(1)制备高粘度聚合物纺丝液：将占溶液百分比含量25％，分子量为10000的尼龙6聚合物溶解至其相应溶剂88％的乙酸溶液中，制得粘度为2700mPa.s的纺丝液。
(2)超声波振动处理：用功率为500W，工作频率为15kHz的超声波仪，在7s的间断模式下，对纺丝液进行10min的超声波处理。
(3)静电纺丝：在超声波处理后，立即将经过超声波振动处理的纺丝液转移至静电纺丝设备中，在纺丝电压22kV，纺丝距离18cm和流速为0.85mL/h的条件下，对溶液进行静电纺丝，得到平均拉伸强力为510MPa的高强静电纺尼龙6纳米纤维，比正常制备的静电纺尼龙纳米纤维的强力提高3.1倍。
实施例3
(1)制备高粘度聚合物纺丝液：将占溶液百分比含量8％，分子量为1000000的聚氧乙烯聚合物溶解至其相应溶剂水中，制得粘度为48000mPa.s的纺丝液。
(2)超声波振动处理：用功率为800W，工作频率为25kHz的超声波仪，在10s的间断模式下，对纺丝液进行15min的超声波处理。
(3)静电纺丝：在超声波处理后，立即将经过超声波振动处理的纺丝液转移至静电纺丝设备中，在纺丝电压30kV，纺丝距离25cm和流速为0.04mL/h的条件下，对溶液进行静电纺丝，得到平均拉伸强力为110MPa的高强静电纺聚氧乙烯纳米纤维，是正常制备的静电纺聚氧乙烯纤维强力的3.8倍。

Claims (1)

1.一种高强静电纺纳米纤维制备技术，其特征是：其解决其技术问题所采用的技术方案是：
(1)制备高粘度聚合物纺丝液：将占溶液适当百分比含量的分子量为6000～1000000的可纺丝聚合物溶解至其相应溶剂，制备粘度范围为300～50000mPa.s的纺丝液。
(2)超声波振动处理：用功率为100-1000W，工作频率为12-30kHz的超声波仪，在4-10s的间断模式下，对纺丝液进行2-20min的超声波处理。
(3)静电纺丝：在超声波处理后，立即将经过超声波振动处理的纺丝液转移至静电纺丝设备中，在纺丝电压15-30kV，纺丝距离10-25cm和流速为0.03-2mL/h的条件下，对溶液进行静电纺丝，得到拉伸强力范围为100-1000MPa的高强静电纺纳米纤维。
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