CN108928083A - 一种聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜由静电纺丝制备而得，依次包括：基材、无纺布层、聚酰亚胺纳米纤维层、聚偏氟乙烯涂层，各个层之间相互连接；所述聚酰亚胺纳米纤维层依次包括第一聚酰亚胺纳米纤维层、第二聚酰亚胺纳米纤维层和第三聚酰亚胺纳米纤维层，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层形成在所述无纺布层的表面上；所述第一聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为500‑1000μm，所述第二聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为100‑500μm，所述第三聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为1‑100μm。本发明的多孔薄膜具有耐酸碱性、耐温性、适中孔隙率和较小表面孔径及良好的机械性能等特性。

Description

一种聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜
技术领域
本发明涉及空气净化过滤技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜。
背景技术
多孔膜是一类有广泛用途的极为重要的膜材料。如多孔膜材料在储能电源行业中用作各类电池和超级电容器的隔膜、在氯碱工业上用作电解池电极间的隔膜、在制药工业中用作过滤膜将药渣和药液分离、在水处理行业中用作过滤膜将污物和纯水分离等。通常使用的多孔膜材料有玻璃纤维布、聚乙烯多孔膜和聚丙烯多孔膜等。
目前正在开发的新型多孔膜材料为纳米纤维非织造布或多孔膜，如美国杜邦公司采用熔融气电喷纺技术制备的聚酰亚胺纳米纤维电池隔膜，江西先材纳米纤维科技有限公司采用溶液静电纺丝工艺制备的自支撑聚酰亚胺纳米纤维非织造布或多孔膜，都在锂电池行业中得到了应用，大幅度提高了锂电池的安全性、倍率性能和循环稳定性等。
由于聚酰亚胺是一类具有酰亚胺基团的高分子材料，这种基团虽然耐热性很高，但耐水解性能很差，不能用在强酸强碱溶液中；同时，通过电纺技术制备的纳米纤维多孔膜其实是一种纳米纤维非织造布，孔隙率在75％以上，表面平均孔径在2.0μm以上，不利于制作超薄的电池隔膜。因为，厚度小于25μm的隔膜其孔隙率和表面平均孔径太高或过大，很容易被电击穿，造成电池微短路或短路。这些不足之处限制了这种多孔膜在酸碱性环境、精细过滤和超薄电池隔膜产品中的应用。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜由静电纺丝制备而得，依次包括：基材、无纺布层、聚酰亚胺纳米纤维层、聚偏氟乙烯涂层，各个层之间相互连接；
所述聚酰亚胺纳米纤维层依次包括第一聚酰亚胺纳米纤维层、第二聚酰亚胺纳米纤维层和第三聚酰亚胺纳米纤维层，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层形成在所述无纺布层的表面上；
所述第一聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为500-1000μm，所述第二聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为100-500μm，所述第三聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为1-100μm。
进一步地，所述各个层之间通过缝合的方式连接在一起。
进一步地，所述各个层之间涂覆有纳米氧化锌颗粒溶液，以在所述纳米氧化锌颗粒溶液干燥之后作为各个层之间的粘结剂。
进一步地，所述聚偏氟乙烯涂层的厚度为5-10μm。
进一步地，所述聚酰亚胺纳米纤维层的内部附着有碳纳米管或氧化还原石墨烯。
进一步地，所述基材的表面附着有纳米银颗粒或纳米二氧化钛颗粒。
进一步地，所述基材的形状为纳米纤维膜、平板膜或中空纤维膜。
进一步地，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层、所述第二聚酰亚胺纳米纤维层和所述第三聚酰亚胺纳米纤维层相互交叠。
本发明的多孔薄膜孔隙率介于30-40％之间，表面平均孔径在0.1-0.5μm之间，拉伸强度在100-120MPa之间，针刺强度大于5.0N，在100℃下纵向和横向的收缩率小于1％。其具有耐酸碱性、耐温性、适中孔隙率和较小表面孔径及良好的机械性能等特性。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜的示意性结构图。
具体实施方式
实施例1：
图1示出了根据本发明一个实施例的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜的示意性结构图。如图1所示，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜由静电纺丝制备而得，依次包括：基材1、无纺布层2、聚酰亚胺纳米纤维层、聚偏氟乙烯涂层6，各个层之间相互连接；其中，所述聚酰亚胺纳米纤维层依次包括第一聚酰亚胺纳米纤维层3、第二聚酰亚胺纳米纤维层4和第三聚酰亚胺纳米纤维层5，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3形成在所述无纺布层2的表面上；所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3中纳米纤维之间的孔的直径为500μm，所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4中纳米纤维之间的孔的直径为100μm，所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5中纳米纤维之间的孔的直径为1μm。
所述各个层之间通过缝合的方式连接在一起。所述聚偏氟乙烯涂层6的厚度为5μm。所述聚酰亚胺纳米纤维层的内部附着有碳纳米管。所述基材1的表面附着有纳米银颗粒。所述基材1的形状为纳米纤维膜。所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3、所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4和所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5相相互交叠。
实施例2：
图1示出了根据本发明一个实施例的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜的示意性结构图。如图1所示，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜由静电纺丝制备而得，依次包括：基材1、无纺布层2、聚酰亚胺纳米纤维层、聚偏氟乙烯涂层6，各个层之间相互连接；其中，所述聚酰亚胺纳米纤维层依次包括第一聚酰亚胺纳米纤维层3、第二聚酰亚胺纳米纤维层4和第三聚酰亚胺纳米纤维层5，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3形成在所述无纺布层2的表面上；所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3中纳米纤维之间的孔的直径为1000μm，所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4中纳米纤维之间的孔的直径为500μm，所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5中纳米纤维之间的孔的直径为100μm。
所述各个层之间涂覆有纳米氧化锌颗粒溶液，以在所述纳米氧化锌颗粒溶液干燥之后作为各个层之间的粘结剂。所述聚偏氟乙烯涂层6的厚度为10μm。所述聚酰亚胺纳米纤维层的内部附着有氧化还原石墨烯。所述基材1的表面附着有纳米二氧化钛颗粒。所述基材1的形状为平板膜。所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3、所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4和所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5相相互交叠。
实施例3：
图1示出了根据本发明一个实施例的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜的示意性结构图。如图1所示，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜由静电纺丝制备而得，依次包括：基材1、无纺布层2、聚酰亚胺纳米纤维层、聚偏氟乙烯涂层6，各个层之间相互连接；其中，所述聚酰亚胺纳米纤维层依次包括第一聚酰亚胺纳米纤维层3、第二聚酰亚胺纳米纤维层4和第三聚酰亚胺纳米纤维层5，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3形成在所述无纺布层2的表面上；所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3中纳米纤维之间的孔的直径为800μm，所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4中纳米纤维之间的孔的直径为300μm，所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5中纳米纤维之间的孔的直径为50μm。
所述各个层之间涂覆有纳米氧化锌颗粒溶液，以在所述纳米氧化锌颗粒溶液干燥之后作为各个层之间的粘结剂。所述聚偏氟乙烯涂层6的厚度为8μm。所述聚酰亚胺纳米纤维层的内部附着有氧化还原石墨烯。所述基材1的表面附着有纳米银颗粒。所述基材1的形状为中空纤维膜。所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3、所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4和所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5相相互交叠。
实施例4：
图1示出了根据本发明一个实施例的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜的示意性结构图。如图1所示，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜由静电纺丝制备而得，依次包括：基材1、无纺布层2、聚酰亚胺纳米纤维层、聚偏氟乙烯涂层6，各个层之间相互连接；其中，所述聚酰亚胺纳米纤维层依次包括第一聚酰亚胺纳米纤维层3、第二聚酰亚胺纳米纤维层4和第三聚酰亚胺纳米纤维层5，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3形成在所述无纺布层2的表面上；所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3中纳米纤维之间的孔的直径为600μm，所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4中纳米纤维之间的孔的直径为200μm，所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5中纳米纤维之间的孔的直径为20μm。
所述各个层之间通过缝合的方式连接在一起。所述聚偏氟乙烯涂层6的厚度为6μm。所述聚酰亚胺纳米纤维层的内部附着有碳纳米管。所述基材1的表面附着有纳米二氧化钛颗粒。所述基材1的形状为平板膜。所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3、所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4和所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5相相互交叠。
实施例5：
图1示出了根据本发明一个实施例的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜的示意性结构图。如图1所示，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，所述聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜由静电纺丝制备而得，依次包括：基材1、无纺布层2、聚酰亚胺纳米纤维层、聚偏氟乙烯涂层6，各个层之间相互连接；其中，所述聚酰亚胺纳米纤维层依次包括第一聚酰亚胺纳米纤维层3、第二聚酰亚胺纳米纤维层4和第三聚酰亚胺纳米纤维层5，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3形成在所述无纺布层2的表面上；所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3中纳米纤维之间的孔的直径为900μm，所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4中纳米纤维之间的孔的直径为400μm，所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5中纳米纤维之间的孔的直径为70μm。
所述各个层之间通过缝合的方式连接在一起。所述聚偏氟乙烯涂层6的厚度为9μm。所述聚酰亚胺纳米纤维层的内部附着有氧化还原石墨烯。所述基材1的表面附着有纳米银颗粒。所述基材1的形状为中空纤维膜。所述第一聚酰亚胺纳米纤维层3、所述第二聚酰亚胺纳米纤维层4和所述第三聚酰亚胺纳米纤维层5相相互交叠。
本发明的纳米纤维复合过滤材料兼具高过滤效率和低空气阻力，同时长使用寿命，其在空气过滤领域有广泛应用价值，在空气净化器、汽车过滤滤芯、口罩等产品上有极大的应用前景。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，其特征在于，所述多孔薄膜由静电纺丝制备而得，依次包括：基材、无纺布层、聚酰亚胺纳米纤维层、聚偏氟乙烯涂层，各个层之间相互连接；
所述聚酰亚胺纳米纤维层依次包括第一聚酰亚胺纳米纤维层、第二聚酰亚胺纳米纤维层和第三聚酰亚胺纳米纤维层，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层形成在所述无纺布层的表面上；
所述第一聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为500-1000μm，所述第二聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为100-500μm，所述第三聚酰亚胺纳米纤维层中纳米纤维之间的孔的直径为1-100μm。
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，其特征在于，所述各个层之间通过缝合的方式连接在一起。
3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，其特征在于，所述各个层之间涂覆有纳米氧化锌颗粒溶液，以在所述纳米氧化锌颗粒溶液干燥之后作为各个层之间的粘结剂。
4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，其特征在于，所述聚偏氟乙烯涂层的厚度为5-10μm。
5.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，其特征在于，所述聚酰亚胺纳米纤维层的内部附着有碳纳米管或氧化还原石墨烯。
6.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，其特征在于，所述基材的表面附着有纳米银颗粒或纳米二氧化钛颗粒。
7.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，其特征在于，所述基材的形状为纳米纤维膜、平板膜或中空纤维膜。
8.根据权利要求1所述的聚酰亚胺纳米纤维增强的多孔薄膜，其特征在于，所述第一聚酰亚胺纳米纤维层、所述第二聚酰亚胺纳米纤维层和所述第三聚酰亚胺纳米纤维层相互交叠。
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