CN105856756A - 一种纤维复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种纤维复合材料，为三维多层立体织物，所述三维多层立体织物包括上表层和下表层，所述上表层和下表层之间有中间间隔纱连接形成中间层，所述中间层中填充有纳米纤维。一种纤维复合材料的制备方法，在三维多层立体织物中间层通过静电纺丝法或生物法进行纳米纤维填充，从而形成纤维复合材料。本发明结构更为稳定，结合更为牢固，具有很好的强力，不仅能够抵抗外界拉力，还能承受一定的压缩性能，有很好的弹性回复作用。并且纳米级纤维填充材料提供较高的孔隙率，过滤效率高。该方法成本低，易于工业化生产。本发明复合材料还可以作为填充料，起增强保护作用。

Description

一种纤维复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及复合材料及其制备技术领域，特别涉及一种纤维复合材料及其制备方法。
背景技术
复合材料是将两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观或微观上组成具有新性能的材料。多种材料产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求，因此复合材料的研究大受关注。纤维复合材料是复合材料组成中重要的一部分。
纤维复合材料根据用途不同，可用于气体、液体和粉尘等的分离纯化，也可用作包装材料，支架增强材料。CN103481600A公开了一种细菌纤维素纳米复合膜材的制备方法，得到的产物是细菌纤维素纳米纤维与无纺布或织造布的复合膜材，它是以无纺布或织造布为基材，在其表面复合细菌纤维素纳米纤维，无纺布或织造布在细菌纤维素复合材料的中间层，且纤维空隙里存在与上、下层细菌纤维素膜相连的细菌纤维素纳米纤维。但是该复合膜材强度较差，不能承受一定的压缩作用。而本发明借助于三维结构织物的作用，克服了该缺陷。CN103894077A公开了一种多维度孔隙结构复合过滤膜及其制备方法，通过热轧的方法，将多孔复合纳米纤维层和非织造布复合在一起，其中纳米纤维层是通过静电纺丝的方法得到的，综合了普通滤料和纳米纤维滤料的优点，过滤效果好，易于实现大规模生产。但是其生产工序繁多，对环境的污染也比较严重。本发明采用的是生物法产纳米纤维的方法，绿色环保无公害。CN103459006公开了一种含有纳米纤维的复合材料结构，它是将纳米纤维层复合在多孔膜上，多孔膜充当预滤器，也就是将两种多孔的膜复合在一起。但是这种复合材料的生产工序长，结合度低。本发明提出的复合方法的工艺流程短，易于实现工业化生产。CN103483606A公开了一种将静电纺超细纤维与细菌纤维素膜片复合的制备方法，具有十分广阔的工业化应用前景。但是这种复合方法还是没有脱离传统的平面复合，不能承受一定的压缩作用，并且细菌纤维素膜与纤维膜片的结合度差，容易脱离分开。本发明提供的复合结构则解决了以上问题。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种结构稳定性好，力学性能优，压缩回弹性好，结合度高的纤维复合材料及其制备方法。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
一种纤维复合材料，其特征在于：所述复合材料为三维立体织物，所述三维立体织物包括上表层和下表层，所述上表层和下表层之间有中间间隔纱连接形成中间层，所述中间层中填充有纳米纤维。
优选的：所述三维立体织物为经编间隔织物，或应加间隔织物，或机织间隔织物，所述纳米纤维为自组装细菌纤维素纤维。
其进一步特征在于：所述上表层和下表层为编织层，中间层为不编织层。
所述间隔纱为涤纶、锦纶、睛纶、丙纶中的一种或多种的混合。
所述上表层和下表层之间的距离为1mm~600mm。
一种上述纤维复合材料的制备方法，其特征在于：在三维立体织物中间层通过静电纺丝法或生物法进行纳米纤维填充，从而形成纤维复合材料。
一种优选的方法：所述生物法填充纳米纤维的步骤为：
（1）将能分泌细菌纤维素的微生物制备成种子醒液然后将种子醒液加入经过灭菌处理的发酵培养基中，在培养箱里培养，使细菌大量繁殖生长，制成培养液；
（2）将三维多层立体织物放入培养容器内，在培养容器内倒入培养液，控制液面高度与三维多层立体织物上表层以下，然后密封培养容器，在保温箱里培养，让细菌纤维素无序的生长在中间间隔纱空隙中，形成原位纳米复合材料；
（3）将原位纳米复合材料取出，用热水浸泡，用去离子水反复洗涤，以除去粘附在复合材料上的残余培养基，再进行干燥，得到内部有纳米细菌纤维素复合的纤维复合材料。
所述能分泌细菌纤维素的微生物为醋酸杆菌属、无色杆菌属、根瘤杆菌属、产碱菌属、八叠球菌属、土壤杆菌属、气杆菌属、固氮菌属和假单胞菌属中的一种或几种。
本发明提供一种新型复合结构，是在立体织物内部填充纳米纤维形成复合材料。与传统的纤维复合结构相比，这种结构更为稳定，结合更为牢固，具有很好的强力，不仅能够抵抗外界拉力，还能承受一定的压缩性能，有很好的弹性回复作用。并且选择纳米级纤维填充材料可以获得过滤效率极好的材料。一方面纤维的纳米结构可以提供较高的孔隙率，过滤效率高，而织物的结构又提供了良好的强力，将两者结合起来产生协同，应用范围大大提高，并且这种方法成本低，易于工业化生产。除此之外，这种复合材料可以作为填充料，起增强保护作用，可以达到绿色环保的目的，符合环境友好的要求，达到可持续发展的要求。
附图说明
图 1、2 为本发明纤维复合材料结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示一种纤维复合材料，它是采用机织、针织方法织造的三维立体织物以及层状机织、针织、非织造采用后处理的方法连接而成的多层立体织物，所述织物包含上表层1、下表层2和中间层，上表层1、下表层2之间有中间间隔纱3连接形成中间层。纳米纤维4填充在织物的中间层，在织物内部形成填充材料。
所述中间层包括连接上表层1、下表层2之间的编织和不编织部分。
所述织物的厚度，也就是上表层1、下表层2之间的距离在1mm~600mm。
所述织物的间隔纱3是由涤纶、锦纶、睛纶、丙纶等中的一种或多种的混合。
所述纳米纤维4是通过各种静电纺丝法、生物法等方法进行填充的。
生物法产纳米纤维包含自组装细菌纤维素纤维。
细菌纤维素是由菌株包括醋酸杆菌属、无色杆菌属、根瘤杆菌属、产碱菌属、八叠球菌属、土壤杆菌属、气杆菌属、固氮菌属和假单胞菌属中的一种或几种分泌得到的。
细菌纤维素纤维复合材料采用的是自组装生长复合法。也就是利用细菌纤维素在气-液面产生的原理，控制液面高度，指定其生长趋向，纤维素之间相互缠结，纤维素与织物之间进行相互缠绕生长，从而形成一体稳定的结构。
细菌纤维素与织物复合后进行纯化处理。该处理方法包括加碱，升温的方式去除培养基残留成分，然后用去离子水洗涤至中性，通过真空干燥、冷冻干燥和空气干燥的一种或几种方式进行干燥。
实施例1：
（1）细菌纤维素的制备：将能分泌细菌纤维素的醋酸菌属微生物木醋杆菌活化制备成种子醒液，然后将种子醒液加入经过灭菌处理的发酵培养基中，在30℃的保温箱里培养7天，使细菌大量繁殖生长到一定的浓度。
（2）织物与细菌纤维素复合：本实例中采用原料为涤纶的经编间隔织物，厚度为3mm，织物上下表面均为网孔结构。将织物剪成直径为7cm左右的圆形，放置在培养皿中。然后将上述细菌纤维素的培养液发倒入培养皿中，控制液面高度在3mm以下。然后用封口膜进行密封，在30℃的保温箱里培养4天。细菌纤维素无序的生长在经编间隔织物的空隙中，形成原位纳米复合材料。细菌纤维素生长在织物的中间层，也就是上、下表面之间。
（3）织物与细菌纤维素复合材料的后处理：将原位纳米复合材料取出，在30℃左右的热水浸泡6小时，用去离子水反复洗涤，以除去粘附在原位纳米复合材料上的残余培养基，得到内部有细菌纤维素湿膜复合的织物复合材料。然后在60℃的干燥箱中烘3小时后取出，在空气中放置1小时，得到织物内部有细菌纤维素的织物与细菌纤维素复合的纤维复合材料。
实施例2：
（1） 细菌纤维素的制备：将能分泌细菌纤维素的醋酸菌属微生物木醋杆菌活化制备成种子醒液，然后将种子醒液加入经过灭菌处理的发酵培养基中，利用生物发酵罐进行大量的生产，使细菌大量繁殖生长到一定的浓度。
（2） 织物与细菌纤维素原位复合：本实例中采用原料为涤纶的经编间隔织物，厚度为6mm，织物上下表面均为网孔结构。将上述细菌纤维素的培养液倒入其中，控制液面高度在6mm以下，在37℃的保温箱里培养7天。细菌纤维素无序的生长在经编间隔织物的空隙中，形成原位纳米复合材料。细菌纤维素生长在织物的中间层，也就是上、下表面之间。
（3）织物与细菌纤维素复合材料的后处理：将原位纳米复合材料取出，用60℃左右的热水浸泡，用去离子水反复洗涤，以除去粘附在原位纳米复合材料上的各种培养基，得到内部有细菌纤维素湿膜复合的织物复合材料。冻干后取出，得到织物内部有细菌纤维素的织物与细菌纤维素复合的纤维复合材料。

Claims (8)

1.一种纤维复合材料，其特征在于：所述复合材料为三维多层立体织物，所述三维多层立体织物包括上表层和下表层，所述上表层和下表层之间有中间间隔纱连接形成中间层，所述中间层中填充有纳米纤维。
2.根据权利要求1所述的纤维复合材料，其特征在于：所述三维多层立体织物为经编间隔织物，或应加间隔织物，或机织间隔织物，所述纳米纤维为自组装细菌纤维素纤维。
3.根据权利要求1或2所述的纤维复合材料，其特征在于：所述上表层和下表层为编织层，中间层为不编织层。
4.根据权利要求3所述的纤维复合材料，其特征在于：所述间隔纱为涤纶、锦纶、睛纶、丙纶中的一种或多种的混合。
5.根据权利要求1或2所述的纤维复合材料，其特征在于：所述上表层和下表层之间的距离为1mm~600mm。
6.一种如权利要求1所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于：在三维多层立体织物中间层通过静电纺丝法或生物法进行纳米纤维填充，从而形成纤维复合材料。
7.根据权利要求6所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述生物法填充纳米纤维的步骤为：
（1）将能分泌细菌纤维素的微生物制备成种子醒液然后将种子醒液加入经过灭菌处理的发酵培养基中，在保温箱里培养，使细菌大量繁殖生长，制成培养液；
（2）将三维多层立体织物放入培养容器内，在培养容器内倒入培养液，控制液面高度与三维多层立体织物上表层以下，然后密封培养容器，在保温箱里培养，让细菌纤维素无序的生长在中间间隔纱空隙中，形成原位纳米复合材料；
（3）将原位纳米复合材料取出，用热水浸泡或者化学处理的方法，以除去粘附在复合材料上的残余培养基，再进行干燥，得到内部有纳米细菌纤维素复合的纤维复合材料。
8.根据权利要求7所述的纤维复合材料的制备方法，其特征在于：所述能分泌细菌纤维素的微生物为醋酸杆菌属、无色杆菌属、根瘤杆菌属、产碱菌属、八叠球菌属、土壤杆菌属、气杆菌属、固氮菌属和假单胞菌属中的一种或几种。
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Address after: No. 1800 road 214122 Jiangsu Lihu Binhu District City of Wuxi Province

Patentee after: Jiangnan University

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