CN114351354A - 一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及静电纺技术领域，尤其涉及一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。本发明构建的多棱/负压/多孔接收辊，在负压作用下，将静电纺超细纤维蓬松接收于其表面，形成具有波形结构的蓬松纤维网；关闭负压装置，蓬松纤维网上表面趋于平面结构，形成上表面具有平面结构、下表面具有波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网的波形面相互嵌锁，在高温下交联，再进行表面烫光处理，即得到内部具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。本发明制备的超弹静电纺保暖絮片具有优异的保暖效果、拉伸回弹性、断裂伸长率和压缩回弹率；本发明的制备方法可以调控静电纺超细纤维结构，进一步扩大了静电纺保暖絮片在保暖领域的实际应用。

Description

一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法

技术领域

本发明涉及静电纺技术领域，尤其是涉及一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

背景技术

长期处于高寒环境不仅会导致人体冻伤，还容易导致血液循环减弱和血管收缩，造成器官“冷缺血”损伤，严重的甚至引起死亡，因此人体保温工作至关重要。天然纤维(棉花、羊毛等)因轻质、易获取而作为保暖材料的主要来源，但天然纤维材料直径较大(>25μm)，作为保暖絮片材料易形成大孔径，无法保存静止空气，保暖效果差。合成纤维作为保暖材料，可以制备具有蓬松立体结构和多孔结构的保暖絮片，能存储一定的静止空气，具有保暖性能。虽然合成纤维保暖絮片孔径相对于天然纤维小，但不足以限制空气流动，仍会造成热量的流失，使纤维絮片的保暖性能下降。

静电纺丝纳米纤维具有直径小、比表面积高、原料丰富以及纤维结构易调控等优点，在保暖领域具有十分广阔的应用前景。目前，三维静电纺纤维材料因具有孔径小、孔隙率高、低密度以及高度扭曲的孔道结构等特点已广泛应用于组织工程、吸音等领域。但三维静电纺材料的回弹性差、拉伸强力弱且伸长率低，在外力作用下结构易坍塌。

目前，已经有研究人员在该领域进行了一些研究。专利ZL201310248561.9将纳米铝粉均匀分散于聚合物溶液中，通过静电纺丝技术将纳米纤维直喷在基部上得到纳米纤维保暖层，后与表层粘合得到具有保暖隔热功能的面料。该面料中纳米纤维保暖层厚度小，静止空气保留量少，保暖性差；且使用过程中纳米纤维易粘结，使面料紧实不柔软。专利CN201710358539.8将供气设备固定在静电纺丝喷丝装置侧方，在纺丝过程中通入鞘气制备得到了蓬松态纳米纤维材料。但喷头处气流会增大纺丝射流的不稳定性，同时制备的纳米纤维简单蓬松堆积，制备的纳米纤维材料不稳定，无法保证长效使用。专利CN201710789078.X将静电纺微纳米纤维填充于粘土/粘土助剂溶胶中，通过低温冷冻干燥制备了静电纺微纳米纤维/粘土气凝胶复合材料。该气凝胶制备方法复杂，且制备的气凝胶压缩回弹率差、结构易塌陷。

因此，构建高弹结构以制备力学性能优良的三维静电纺絮片具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决传统静电纺纤维膜厚度小、蓬松性差、无法保存大量静止空气，静电直喷三维絮片的结构不稳定、受力易松散、拉伸回弹性及压缩回弹率差，利用低温冷冻干燥技术制备的静电纺气凝胶材料脆性大、使用时结构易坍塌等问题；本发明提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

本发明构建多棱/负压/多孔接收辊，在负压作用下，静电纺超细纤维蓬松接收于多棱/负压/多孔接收辊表面形成具有一定厚度和波形结构的蓬松纤维网；关闭负压装置，蓬松纤维网上表面趋于平面结构，关闭高压静电发生器和喷丝装置，得到一面为平面结构、一面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面嵌锁、交联形成交联层，后进行表面烫光处理，即得到内部具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。本发明制备的超弹静电纺保暖絮片具有优异的保暖效果、拉伸回弹性、断裂伸长率和压缩回弹率；本发明的制备方法可以调控静电纺超细纤维结构进一步扩大了静电纺保暖絮片在保暖领域的实际应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，包括以下步骤：

(S1)静电纺丝：纺丝液经喷丝装置喷出，在高压静电发生器构建的电场下形成超细纤维，并接收于多棱/负压/多孔接收辊表面，形成具有波形面的超细纤维网；

(S2)交联：将两超细纤维网的波形面相互嵌锁，后在高温下交联，得到静电纺保暖絮片前体；

(S3)烫光处理：将静电纺保暖絮片前体进行表面烫光处理得到内部具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片；

所述多棱/负压/多孔接收辊包括接收辊筒、绝缘棱、负压装置；所述绝缘棱沿接收辊筒长度方向固定于接收辊筒表面并设置多列，两排相邻的绝缘棱中间的接收辊筒表面设置有负压孔，接收辊筒内腔设置负压装置；

静电纺丝过程中，超细纤维因绝缘棱的支撑作用，在接收辊筒表面呈波形分布；调节负压装置，使负压通过负压孔将超细纤维保持蓬松态持续吸附于接收辊筒表面，形成蓬松纤维网；关闭负压装置，蓬松纤维网外表面的超细纤维在静电力和离心力的作用下出现离心现象，使蓬松纤维网外表面逐渐趋于平面结构；关闭高压静电发生器和喷丝装置，得到一面为平面结构、一面为波形结构的超细纤维网。

在本发明的一个实施方式中，所述接收辊筒的直径为10～30cm，长度为50～150cm；

所述绝缘棱平行且均匀分布于接收辊筒外部，绝缘棱的个数为5～12个；所述绝缘棱高为1～3cm，两腰长相等，顶部夹角为15～60°；

所述负压孔成排且平行设置于两个相邻的绝缘棱之间，直径为3～10mm；每排负压孔的个数为30～120，共设置10～36排。

在本发明的一个实施方式中，所述绝缘棱的材质选自环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺甲醛树脂、二苯醚树脂、酚醛树脂、聚烯烃绝缘树脂、有机硅树脂、氟树脂、缩醛树脂、丁腈橡胶、硅橡胶、氯化聚乙烯橡胶、聚硫橡胶、聚氯乙烯、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、异戊橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、氯醚橡胶、聚酰胺、聚丙烯、三聚氰胺、聚酰亚胺、有机玻璃、聚芳酰胺、聚四氟乙烯、聚芳砜、尼龙1010、聚碳酸醋或聚苯硫醚中的一种或几种。

在本发明的一个实施方式中，负压装置的负压为-5～-40kPa；接收辊筒表面的蓬松纤维网厚度达15～40mm时，关闭负压装置。

在本发明的一个实施方式中，步骤(S1)中，将聚合物与溶剂混匀后加入交联剂制备得到纺丝液。

在本发明的一个实施方式中，所述聚合物选自聚氧化乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯甲酸丙二醇酯、聚苯乙烯、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己内酯、聚乙烯、聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚丙烯腈1560、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚砜、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺或芳纶1313中的一种或几种；所述聚合物的浓度为15～45wt％；

所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、二甲基亚砜、甲苯、丙酮、环己烷、异丁醇、二氯甲烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或几种；

所述交联剂选自三官能团氮丙啶交联剂、二苯基甲烷二异氰酸酯、对甲苯磺酸、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化二异丙苯或三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种；所述交联剂的添加量为聚合物质量的0.5～30％。

在本发明的一个实施方式中，步骤(S1)中，静电纺丝过程中，电压为20～80kV，喷丝装置与多棱/负压/多孔接收辊表面的距离为15～50cm，灌注速度为4～10mL/h，纺丝温度为20～40℃，环境湿度为50～90％。

所述超细纤维的直径为0.8-7μm。

在本发明的一个实施方式中，步骤(S2)中，交联过程中，交联温度为60～200℃，交联时间为5～60min。

在本发明的一个实施方式中，步骤(S3)中，烫光处理过程中，烫光温度为120～200℃，烫光时间为10～60s。

本发明的第二个目的是提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片，所述具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由两层超细纤维网组成，包括第一超细纤维网和第二超细纤维网；第一超细纤维网位于上层，其波形结构是下表面；第二超细纤维网位于下层，其波形结构是上表面；两超细纤维网的波形结构经嵌锁后原位交联形成交联层；

所述具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的厚度为20～60mm，体积密度为2～10mg/cm³，孔隙率高于95％，压缩回弹率在98％以上，拉伸强度在3MPa以上，断裂伸长率高于60％，热阻值为0.5～2m²K/W。

将高聚物制成纺丝液，在高湿条件(RH≥50％)下进行静电纺丝。纺丝射流因湿度的诱导作用发生非溶剂诱导相分离，射流中的溶剂与环境中的水蒸气进行双向扩散，使射流迅速固化成纤。固化后的超细纤维直喷在多棱/负压/多孔接收辊上，同时开启并调节负压装置，超细纤维受力后蓬松贴附于多棱/负压/多孔接收辊表面，在绝缘棱的支撑作用下其呈波形分布。在得到一定厚度纤维网后关闭负压装置，蓬松纤维网外表面的超细纤维在静电力和离心力的作用下出现离心现象，使蓬松纤维网外表面逐渐趋于平面结构；取上述过程制备的两层超细纤维网，将其波形表面交叉嵌锁、原位交联，然后经表面烫光处理得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

本发明中的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片在高湿度环境下纺丝，快速的纤维固化使得超细纤维具有一定厚度和蓬松度。超细纤维网的波形结构相互咬合，在波形方向形成了稳定的嵌锁结构；同时，波形面具有极高的表面积，两波形面间发生原位交联会产生大量粘结点，进一步增强静电纺保暖絮片的稳定性。波形结构由大量在厚度方向倾斜和竖直的超细纤维组成，静电纺保暖絮片受到压力后，倾斜和竖直的超细纤维起到支撑作用，使其具有优异的压缩回弹率能。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由超细纤维受控堆积而成，具有一定蓬松度和厚度，可以储存大量静止空气，使絮片热阻值达到0.5～2m²K/W；原位交联后，波形面的交联嵌锁结构赋予其优异的拉伸强度(≥3MPa)和断裂伸长率(>60％)；由大量呈竖直或倾斜状超细纤维构建的波形结构赋予了静电纺保暖絮片超高压缩回弹率(≥98％)。

(2)本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，可实现静电纺超细纤维结构的调控，构建具有不同回弹性的静电纺保暖絮片，进一步扩大了静电纺保暖絮片在保暖领域的实际应用。

附图说明

图1为本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备装置整体结构示意图；

图2为本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备装置中多棱/负压/多孔接收辊三维结构示意图；

图3为本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备装置中多棱/负压/多孔接收辊的侧视图；

图4为本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备装置中多棱/负压/多孔接收辊的截面图；

图5为本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备装置中超细纤维网堆积在多棱/负压/多孔接收辊表面的截面图；

图6为本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片中超细纤维网结构示意图；

图7为本发明的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的结构示意图；

图中标号：1、多棱/负压/多孔接收辊；2、接收辊筒；3、绝缘棱；4、负压装置；5、负压孔；6、第一超细纤维网；7、第二超细纤维网；8、交联层；9、高压静电发生器；10、喷丝装置。

具体实施方式

本发明的第一个目的是提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，包括以下步骤：

(S1)静电纺丝：纺丝液经喷丝装置喷出，在高压静电发生器构建的电场下形成超细纤维，并接收于多棱/负压/多孔接收辊表面，形成具有波形面的超细纤维网；

(S2)交联：将两超细纤维网的波形面相互嵌锁，后在高温下交联，得到静电纺保暖絮片前体；

(S3)烫光处理：将静电纺保暖絮片前体进行表面烫光处理得到内部具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片；

所述多棱/负压/多孔接收辊包括接收辊筒、绝缘棱、负压装置；所述绝缘棱沿接收辊筒长度方向固定于接收辊筒表面并设置多列，两排相邻的绝缘棱中间的接收辊筒表面设置有负压孔，接收辊筒内腔设置负压装置；

静电纺丝过程中，超细纤维因绝缘棱的支撑作用，在接收辊筒表面呈波形分布；调节负压装置，使负压通过负压孔将超细纤维保持蓬松态持续吸附于接收辊筒表面，形成蓬松纤维网；关闭负压装置，蓬松纤维网外表面的超细纤维在静电力和离心力的作用下出现离心现象，使蓬松纤维网外表面逐渐趋于平面结构；关闭高压静电发生器和喷丝装置，得到一面为平面结构、一面为波形结构的超细纤维网。

在本发明的一个实施方式中，所述接收辊筒的直径为10～30cm，长度为50～150cm；

所述绝缘棱平行且均匀分布于接收辊筒外部，绝缘棱的个数为5～12个；所述绝缘棱高为1～3cm，两腰长相等，顶部夹角为15～60°；

所述负压孔成排且平行设置于两个相邻的绝缘棱之间，直径为3～10mm；每排负压孔的个数为30～120，共设置10～36排。

在本发明的一个实施方式中，所述绝缘棱的材质选自环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺甲醛树脂、二苯醚树脂、酚醛树脂、聚烯烃绝缘树脂、有机硅树脂、氟树脂、缩醛树脂、丁腈橡胶、硅橡胶、氯化聚乙烯橡胶、聚硫橡胶、聚氯乙烯、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、异戊橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、氯醚橡胶、聚酰胺、聚丙烯、三聚氰胺、聚酰亚胺、有机玻璃、聚芳酰胺、聚四氟乙烯、聚芳砜、尼龙1010、聚碳酸醋或聚苯硫醚中的一种或几种。

在本发明的一个实施方式中，负压装置的负压为-5～-40kPa；接收辊筒表面的蓬松纤维网厚度达15～40mm时，关闭负压装置。

在本发明的一个实施方式中，步骤(S1)中，将聚合物与溶剂混匀后加入交联剂制备得到纺丝液。

在本发明的一个实施方式中，所述聚合物选自聚氧化乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯甲酸丙二醇酯、聚苯乙烯、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己内酯、聚乙烯、聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚丙烯腈1560、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚砜、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺或芳纶1313中的一种或几种；所述聚合物的浓度为15～45wt％；

所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、二甲基亚砜、甲苯、丙酮、环己烷、异丁醇、二氯甲烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或几种；

所述交联剂选自三官能团氮丙啶交联剂、二苯基甲烷二异氰酸酯、对甲苯磺酸、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化二异丙苯或三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种；所述交联剂的添加量为聚合物质量的0.5～30％。

在本发明的一个实施方式中，步骤(S1)中，静电纺丝过程中，电压为20～80kV，喷丝装置与多棱/负压/多孔接收辊表面的距离为15～50cm，灌注速度为4～10mL/h，纺丝温度为20～40℃，环境湿度为50～90％；

所述超细纤维的直径为0.8-7μm。

在本发明的一个实施方式中，步骤(S2)中，交联过程中，交联温度为60～200℃，交联时间为5～60min。

在本发明的一个实施方式中，步骤(S3)中，烫光处理过程中，烫光温度为120～200℃，烫光时间为10～60s。

本发明的第二个目的是提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片，所述具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由两层超细纤维网组成，包括第一超细纤维网和第二超细纤维网；第一超细纤维网位于上层，其波形结构是下表面；第二超细纤维网位于下层，其波形结构是上表面；两超细纤维网的波形结构经嵌锁后原位交联形成交联层；

所述具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的厚度为20～60mm，体积密度为2～10mg/cm³，孔隙率高于95％，压缩回弹率在98％以上，拉伸强度在3MPa以上，断裂伸长率高于60％，热阻值为0.5～2m²K/W。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

本实施例提供一种具有波形结构的超细纤维网的制备装置。

如图1-7所示，一种具有波形结构的超细纤维网的制备装置包括高压静电发生器9、喷丝装置10以及多棱/负压/多孔接收辊1；

多棱/负压/多孔接收辊如图2所示，其表面设置有绝缘棱3，内部配备负压装置4，两排相邻的绝缘棱3中间的接收辊筒2表面设置有负压孔5。

所述接收辊筒2的直径为10～30cm，长度为50～150cm；接收辊筒2外部设置有绝缘棱3，绝缘棱3平行且均匀分布于接收辊筒2外部，且绝缘棱3的个数为5～12个；所述绝缘棱3高1～3cm，两腰长相等，顶部夹角为15～60°；

接收辊筒2内部设置有负压装置4，负压装置4的负压为-5～-40kPa；

接收辊筒2表面有负压孔5，负压孔5成排且平行设置于两个相邻的绝缘棱3之间，直径为3～10mm；每排负压孔5的个数为30～150，共设置8～36排。

静电纺丝过程中，纺丝液经喷丝装置10喷出，在高压静电发生器9构建的电场下形成超细纤维，并接收于多棱/负压/多孔接收辊1表面，超细纤维因绝缘棱3的支撑作用，在接收辊筒2表面呈波形分布；调节负压装置4，使负压通过负压孔5将超细纤维保持蓬松态持续吸附于接收辊筒2表面，形成蓬松纤维网；关闭负压装置4，蓬松纤维网外表面的超细纤维在静电力和离心力的作用下出现离心现象，使蓬松纤维网外表面逐渐趋于平面结构；关闭高压静电发生器9和喷丝装置10，得到一面为平面结构、一面为波形结构的超细纤维网。

实施例2

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收辊并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为10cm，长为50cm，其表面设置5个绝缘棱和15排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高1cm，顶部夹角为30°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为30，且每个负压孔直径设置为3mm。随后，将聚丙烯腈1560溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂二苯基甲烷二异氰酸酯，含量为聚合物质量的0.5％；聚丙烯腈1560浓度为15wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压30kV，接收距离15cm，灌注速度4mL/h，纺丝温度为25℃，环境湿度为90％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收辊表面时，启动负压装置，设置负压为-5kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收辊表面。当超细纤维堆积厚度为15mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在100℃温度下交联20min；然后，再将烫光装置温度设置为200℃，烫光30s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为0.8μm的超细纤维组成，絮片厚度为20mm，体积密度为5.63mg/cm³，孔隙率为95.69％，压缩回弹率为98％，拉伸强度为3.09MPa，断裂伸长率为84％，热阻值为0.56m²K/W。

实施例3

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收辊并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为20cm，长为100cm，其表面设置8个绝缘棱和16排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高2cm，顶部夹角为40°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为100，且每个负压孔直径设置为6mm。随后，将聚砜溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂六亚甲基二异氰酸酯，含量为聚合物质量的10％；聚砜浓度为20wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压40kV，接收距离30cm，灌注速度10mL/h，纺丝温度为30℃，环境湿度为85％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收辊表面时，启动负压装置，设置负压为-15kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收辊表面。当超细纤维堆积厚度为20mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在60℃温度下交联15min；然后，再将烫光装置温度设置为120℃，烫光20s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为5μm的超细纤维组成，絮片厚度为43mm，体积密度为4.96mg/cm³，孔隙率为98％，压缩回弹率为99％，拉伸强度为3MPa，断裂伸长率为67％，热阻值为0.93m²K/W。

实施例4

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收辊并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为30cm，长为150cm，其表面设置12个绝缘棱和36排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高3cm，顶部夹角为60°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为120，且每个负压孔直径设置为8mm。随后，将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂三烯丙基异氰脲酸酯，含量为聚合物质量的10％；聚甲基丙烯酸甲酯浓度为30wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压50kV，接收距离40cm，灌注速度6mL/h，纺丝温度为40℃，环境湿度为85％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收辊表面时，启动负压装置，设置负压力为-25kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收辊表面。当超细纤维堆积厚度为15mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在100℃温度下交联20min；然后，再将烫光装置温度设置为180℃，烫光40s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为3μm的超细纤维组成，絮片厚度为40mm，体积密度为6.78mg/cm³，孔隙率为95.94％，压缩回弹率98.03％，拉伸强度为3.86MPa，断裂伸长率为72％，热阻值为1.03m²K/W。

实施例5

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收棍并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为12cm，长为60cm，其表面设置6个绝缘棱和24排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高1.5cm，顶部夹角为20°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为30，且每个负压孔直径设置为1.8mm。随后，将聚氧化乙烯溶解于乙醇中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂过氧化二异丙苯，含量为聚合物质量的0.5％；聚氧化乙烯浓度为45wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压50kV，接收距离50cm，灌注速度8mL/h，纺丝温度为20℃，环境湿度为90％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收棍表面时，启动负压装置，设置负压为-20kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收棍表面。当超细纤维堆积厚度为25mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在150℃温度下交联10min；然后，再将烫光装置温度设置为200℃，烫光10s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为0.9μm的超细纤维组成，絮片厚度为60mm，体积密度为7mg/cm³，孔隙率为95.16％，压缩回弹率为99.23％，拉伸强度为4.58MPa，断裂伸长率为61％，热阻值为0.83m²K/W。

实施例6

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收棍并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为25cm，长为120cm，其表面设置9个绝缘棱和18排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高2.5cm，顶部夹角为15°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为100，且每个负压孔直径设置为3mm。随后，将聚对苯甲酸丙二醇酯溶解于二甲基亚砜中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂对甲苯磺酸，含量为聚合物质量的15％；聚对苯甲酸丙二醇酯浓度为21wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压20kV，接收距离25cm，灌注速度5mL/h，纺丝温度为32℃，环境湿度为50％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收棍表面时，启动负压装置，设置负压为-35kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收棍表面。当超细纤维堆积厚度为23mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在200℃温度下交联5min；然后，再将烫光装置温度设置为200℃，烫光15s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为6.5μm的超细纤维组成，絮片厚度为60mm，体积密度为7mg/cm³，孔隙率为98.6％，压缩回弹率为99％，拉伸强度为6.98MPa，断裂伸长率为83％，热阻值为1.5m²K/W。

实施例7

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收棍并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为13cm，长为60cm，其表面设置4个绝缘棱和16排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高1.2cm，顶部夹角为25°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为45，且每个负压孔直径设置为4mm。随后，将聚苯并咪唑溶解于异丁醇中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂三官能团氮丙啶交联剂，含量为聚合物质量的15％；聚苯并咪唑浓度为30wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压60kV，接收距离45cm，灌注速度9mL/h，纺丝温度为36℃，环境湿度为78％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收棍表面时，启动负压装置，设置负压为-15kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收棍表面。当超细纤维堆积厚度为15mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在80℃温度下交联60min；然后，再将烫光装置温度设置为150℃，烫光25s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为6.8μm的超细纤维组成，絮片厚度为40mm，体积密度为3.6mg/cm³，孔隙率为98.68％，压缩回弹率为99.36％，拉伸强度为5MPa，断裂伸长率为90％，热阻值为1.9m²K/W。

实施例8

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收棍并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为26cm，长为60cm，其表面设置10个绝缘棱和10排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高3cm，顶部夹角为45°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为40，且每个负压孔直径设置为8mm。随后，将聚乳酸溶解于环己烷中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂二苯基甲烷二异氰酸酯，含量为聚合物质量的15％；聚乳酸浓度为17wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压80kV，接收距离40cm，灌注速度9mL/h，纺丝温度为30℃，环境湿度为70％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收棍表面时，启动负压装置，设置负压为-40kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收棍表面。当超细纤维堆积厚度为35mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在120℃温度下交联40min；然后，再将烫光装置温度设置为180℃，烫光40s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为7μm的超细纤维组成，絮片厚度为60mm，体积密度为8mg/cm³，孔隙率为96.38％，压缩回弹率为99.56％，拉伸强度为6.89MPa，断裂伸长率为87％，热阻值为1.7m²K/W。

实施例9

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收棍并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为20cm，长为80cm，其表面设置8个绝缘棱和16排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高2.5cm，顶部夹角为60°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为40，且每个负压孔直径设置为8mm。随后，将聚乙烯醇缩丁醛溶解于甲酸中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂过氧化二异丙苯，含量为聚合物质量的10％；聚乙烯醇缩丁醛浓度为18wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压80kV，接收距离40cm，灌注速度7.5mL/h，纺丝温度为30℃，环境湿度为80％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收棍表面时，启动负压装置，设置负压为-20kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收棍表面。当超细纤维堆积厚度为20mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在150℃温度下交联20min；然后，再将烫光装置温度设置为200℃，烫光10s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为5.5μm的超细纤维组成，絮片厚度为50mm，体积密度为5.6mg/cm³，孔隙率为96.79％，压缩回弹率为99.65％，拉伸强度为6.69MPa，断裂伸长率为67％，热阻值为1.56m²K/W。

实施例10

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收棍并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为26cm，长为130cm，其表面设置10个绝缘棱和20排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高2.3cm，顶部夹角为30°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为100，且每个负压孔直径设置为4mm。随后，将聚乙烯醇缩丁醛溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂二苯基甲烷二异氰酸酯，含量为聚合物质量的30％；聚乙烯醇缩丁醛浓度为15wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压70kV，接收距离45cm，灌注速度4mL/h，纺丝温度为27℃，环境湿度为80％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收棍表面时，启动负压装置，设置负压为-30kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收棍表面。当超细纤维堆积厚度为35mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在130℃温度下交联50min；然后，再将烫光装置温度设置为200℃，烫光10s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为0.9μm的超细纤维组成，絮片厚度为60mm，体积密度为9mg/cm³，孔隙率为98.67％，压缩回弹率为98.73％，拉伸强度为8.3MPa，断裂伸长率为79％，热阻值为0.72m²K/W。

实施例11

本实施例提供一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片及其制备方法。

首先，组装多棱/负压/多孔接收棍并搭建静电纺丝装置，接收辊筒直径为30cm，长为150cm，其表面设置12个绝缘棱和24排负压孔，其内腔设置负压装置；绝缘棱高3cm，顶部夹角为15°；负压孔位于绝缘棱之间且平行于轴心设置，每排负压孔个数为120，且每个负压孔直径设置为5mm。随后，将聚羟基丁酸酯溶解于乙酸中，搅拌均匀后得到纺丝液(其中加入交联剂三官能团氮丙啶交联剂，含量为聚合物质量的30％；聚羟基丁酸酯浓度为15wt％)。将纺丝液注入喷丝装置，并设置纺丝工艺参数，纺丝电压60kV，接收距离45cm，灌注速度10mL/h，纺丝温度为40℃，环境湿度为90％。当超细纤维静电直喷在多棱/负压/多孔接收棍表面时，启动负压装置，设置负压为-40kPa，使超细纤维蓬松堆积在多棱/负压/多孔接收棍表面。当超细纤维堆积厚度为40mm时，关闭负压装置。在静电力作用和离心力作用下，蓬松纤维网上表面逐渐趋于平滑，在得到规整平面结构后完成纺丝，得到上表面为平面结构、下表面为波形结构的超细纤维网。将两超细纤维网波形面进行嵌锁，后在70℃温度下交联90min；然后，再将烫光装置温度设置为150℃，烫光60s，最后得到具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片。

最终得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由直径为7μm的超细纤维组成，絮片厚度为55mm，体积密度为10mg/cm³，孔隙率为98.45％，压缩回弹率为99.97％，拉伸强度为3.9MPa，断裂伸长率为68％，热阻值为1.69m²K/W。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(S1)静电纺丝：纺丝液经喷丝装置(10)喷出，在高压静电发生器(9)构建的电场下形成超细纤维，并接收于多棱/负压/多孔接收辊(1)表面，形成具有波形面的超细纤维网；

(S2)交联：将两超细纤维网的波形面相互嵌锁，后在高温下交联，得到静电纺保暖絮片前体；

(S3)烫光处理：将静电纺保暖絮片前体进行表面烫光处理得到内部具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片；

所述多棱/负压/多孔接收辊(1)包括接收辊筒(2)、绝缘棱(3)、负压装置(4)；所述绝缘棱(3)沿接收辊筒(2)长度方向固定于接收辊筒(2)表面并设置多列，两排相邻的绝缘棱(3)中间的接收辊筒(2)表面设置有负压孔(5)，接收辊筒(2)内腔设置负压装置(4)；

静电纺丝过程中，超细纤维因绝缘棱(3)的支撑作用，在接收辊筒(2)表面呈波形分布；调节负压装置(4)，使负压通过负压孔(5)将超细纤维保持蓬松态持续吸附于接收辊筒(2)表面，形成蓬松纤维网；关闭负压装置(4)，蓬松纤维网外表面的超细纤维在静电力和离心力的作用下出现离心现象，使蓬松纤维网外表面逐渐趋于平面结构；关闭高压静电发生器(9)和喷丝装置(10)，得到一面为平面结构、一面为波形结构的超细纤维网。

2.根据权利要求1所述的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，所述接收辊筒(2)的直径为10～30cm，长度为50～150cm；

所述绝缘棱(3)平行且均匀分布于接收辊筒(2)外部，绝缘棱(3)的个数为5～12个；所述绝缘棱(3)高为1～3cm，两腰长相等，顶部夹角为15～60°；

所述负压孔(5)成排且平行设置于两个相邻的绝缘棱(3)之间，直径为3～10mm；每排负压孔(5)的个数为30～120，共设置10～36排。

3.根据权利要求2所述的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，所述绝缘棱(3)的材质选自环氧树脂、聚酯树脂、聚氨酯树脂、聚酰亚胺树脂、三聚氰胺甲醛树脂、二苯醚树脂、酚醛树脂、聚烯烃绝缘树脂、有机硅树脂、氟树脂、缩醛树脂、丁腈橡胶、硅橡胶、氯化聚乙烯橡胶、聚硫橡胶、聚氯乙烯、丁苯橡胶、顺丁橡胶、丁基橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、乙丙橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、异戊橡胶、氟橡胶、氯丁橡胶、氯醚橡胶、聚酰胺、聚丙烯、三聚氰胺、聚酰亚胺、有机玻璃、聚芳酰胺、聚四氟乙烯、聚芳砜、尼龙1010、聚碳酸醋或聚苯硫醚中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，负压装置(4)的负压为-5～-40kPa；接收辊筒(2)表面的蓬松纤维网厚度达15～40mm时，关闭负压装置(4)。

5.根据权利要求1所述的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，步骤(S1)中，将聚合物与溶剂混匀后加入交联剂制备得到纺丝液。

6.根据权利要求5所述的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，所述聚合物选自聚氧化乙烯、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯甲酸丙二醇酯、聚苯乙烯、聚苯并咪唑、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚己内酯、聚乙烯、聚乳酸、聚羟基丁酸酯、聚丙烯腈1560、聚酰胺、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛、聚砜、聚乙烯亚胺、聚酰亚胺或芳纶1313中的一种或几种；所述聚合物的浓度为15～45wt％；

所述溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、甲酸、乙酸、二甲基亚砜、甲苯、丙酮、环己烷、异丁醇、二氯甲烷、乙酸丁酯、乙酸乙酯或氯仿中的一种或几种；

所述交联剂选自三官能团氮丙啶交联剂、二苯基甲烷二异氰酸酯、对甲苯磺酸、六亚甲基二异氰酸酯、过氧化二异丙苯或三烯丙基异氰脲酸酯中的一种或几种；所述交联剂的添加量为聚合物质量的0.5～30％。

7.根据权利要求1所述的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，步骤(S1)中，静电纺丝过程中，电压为20～80kV，喷丝装置(10)与多棱/负压/多孔接收辊(1)表面的距离为15～50cm，灌注速度为4～10mL/h，纺丝温度为20～40℃，环境湿度为50～90％；

所述超细纤维的直径为0.8-7μm。

8.根据权利要求1所述的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，步骤(S2)中，交联过程中，交联温度为60～200℃，交联时间为5～60min。

9.根据权利要求1所述的一种具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的制备方法，其特征在于，步骤(S3)中，烫光处理过程中，烫光温度为120～200℃，烫光时间为10～60s。

10.一种如权利要求1-9任一所述方法制备得到的具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片，其特征在于，所述具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片由两层超细纤维网组成，包括第一超细纤维网(6)和第二超细纤维网(7)；第一超细纤维网(6)位于上层，其波形结构是下表面；第二超细纤维网(7)位于下层，其波形结构是上表面；两超细纤维网的波形结构经嵌锁后原位交联形成交联层(8)；

所述具有波形结构的超弹静电纺保暖絮片的厚度为20～60mm，体积密度为2～10mg/cm³，孔隙率高于95％，压缩回弹率在98％以上，拉伸强度在3MPa以上，断裂伸长率高于60％，热阻值为0.5～2m²K/W。

Images