CN208698123U - 多层仿生结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多层仿生结构，其包括至少两层网状结构层，所述网状结构层的孔径为1‑1000nm，线条直径为1nm‑100μm，厚度为1‑1000μm。该多层仿生结构通过设置多层网状结构层，使其具有与羊毛和蚕茧相似的结构，具有低阻高滤、透气性、透湿性好等优点，有较大的应用前景，例如敷料、口罩、分离膜等。

Description

多层仿生结构

技术领域

本实用新型涉及一种多层仿生结构。

背景技术

羊毛纤维截面从外向里由鳞片层、皮质层和髓质层组成。羊毛纤维的鳞片层结构羊毛纤维随绵羊品种的不同而有很大差异，但它们的鳞片差异并不大。每一个鳞片细胞是一个长宽各30-70um、厚2-6um的不规则四边形薄片；它的细胞腔很小，一般约0.2-2.3um，其中还包含干缩的细胞核。鳞片细胞一层一层地叠合包围在羊毛纤维毛干的外层。鳞片细胞的主要组成物质是角蛋白，它是由近20种氨基酸给缩合形成的蛋白质大分子。每个鳞片细胞内半层的蛋白质大分子堆砌比较疏松，具有较好的弹性；而外半层的蛋白质堆砌比较紧硬，具有更强的抵抗外部理化作用的能力。鳞片层的主要作用是保护羊毛不受外界条件的影响而引起性质变化。另外，鳞片层的存在，还使羊毛纤维具有特殊的缩绒性。并且，羊毛纤维的皮质层结构羊毛纤维的皮质层在鳞片层的里面，是羊毛的主要组成部分，也是决定羊毛物理、化学性质的基本物质。皮质层由细胞堆砌百成。各种羊毛纤维的皮质细胞外形相差不大，都是中间宽厚、两端细尖的枣核形态。根据皮质细胞中大分子排列形态和密度，可分为正皮质细胞、偏皮质细胞和同皮质细胞。又，羊毛纤维的髓质层结构羊毛纤维是由结构松散和充满空气的角朊细胞组成，该细胞由毛囊的毛乳头尖部基底层分裂生长形成。由于纤维髓质细胞中腔一般充填空气，保暖性较好。请参见图1，可以从羊毛结构图中看出从鳞片层到皮质层再到髓质层，直径呈现逐渐减小趋势，一层一层镶嵌在一起，呈现层次结构，而羊毛具有很好的吸湿透气性，并且保暖性能优异。然而，这类羊毛的长度不一，含杂高，可纺性差，加工较困难。

微纳米尺度下的多孔介质具有奇特的热传导和透气特性，自然材料也表现出类似的特性。气体通过丝茧时的水损失和氧扩散，发现丝茧对氧气和水蒸气运输没有任何影响，其透气和透湿性能非常优越，因而蚕茧被誉为“会呼吸的天然纤维”，如图2所示。但是由于分层多孔介质的微观结构通常是无序和极其复杂的，所以很难适当地析并描述其随机结构。分层多孔介质中空气渗透的分形模型表明，气体通量主要取决于气体扩散路径的一些配置。茧的主要组成有三层，茧壁外层的丝纤维相对较厚，平均直径为26μm；内层中的蚕丝纤维相对较薄，平均直径为16μm。此外，由于茧壁内层的细纤维是被密集包装的，所以导致了微小孔隙气体和蒸汽扩散现象的出现。沿茧壁厚度方向，不同层孔隙尺寸会逐渐变化，这赋予了茧分层气体路径。

羊毛和蚕茧制品在许多高科技领域的应用，如伤口敷料、口罩和膜蒸馏。对于上述应用来说，透气性是实际应用的关键指标。特别的，就伤口敷料而言，良好的透气性为其中的细胞增殖提供了更好的微环境。

基于上述情况，发明人提供了一种多层仿生结构。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多层仿生结构，该结构具有比表面积大、透气性、透湿性好等优异物理性能，能应用于许多高科技领域。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多层仿生结构，包括至少两层网状结构层，所述网状结构层的孔径为0.1nm-100m，线条直径为1nm-100m。

进一步地，所述网状结构层的厚度为1-1000μm。

进一步地，所述网状结构层单层纤维膜。

进一步地，所述单层纤维膜为PVDF-HFP纤维膜或PAN纤维膜。

进一步地，所述多层仿生结构由四层具有不同直径和孔径的单层纤维膜形成。

进一步地，在所述多层仿生结构中，四层所述单层纤维膜自下而上按直径和孔径从大到小的顺序设置。

进一步地，所述多层仿生结构包括三层单层纤维膜，其中，至少两层单层纤维膜具有不同直径或孔径。

进一步地，在三层单层纤维膜中，其中两层单层纤维膜的直径和孔径相同，且大于另外一层单层纤维膜的直径和孔径。

进一步地，所述多层仿生结构中间的单层纤维膜的直径和孔径小于两端的单层纤维膜的直径和孔径。

进一步地，所述单层纤维膜的直径为50-1000nm。

进一步地，所述单层纤维膜的孔径为1-600nm。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的多层仿生结构通过设置多层网状结构层，使其具有与羊毛和蚕茧相似的结构，具有低阻高滤、透气性、透湿性好等优点，有较大的应用前景，例如敷料、口罩、分离膜等。

并且，该网状结构层采用单层纤维膜结构，可根据实际需要来设置不同直径和孔径的单层纤维膜，其原料来源广、成本较低，且具有比表面积大、透气性、透湿性好等优点。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为羊毛的结构示意图；

图2为蚕茧的结构示意图；

图3和图4为本实用新型实施例一所示的多层仿生结构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型的多层仿生结构包括至少两层网状结构层，所述网状结构层的孔径为0.1nm-100m，线条直径为1nm-100m，厚度为1-1000μm，所示网状结构层优选为单层纤维膜，所述单层纤维膜的直径优选为50-1000nm，所述单层纤维膜的孔径优选为1-600nm。当然，本实用新型的的多层仿生结构还适用于其他聚合物、非织造布等一些可通过构造不同孔径或者直径的物质，不局限纺织的纤维膜。

实施例一，双层结构的复合纤维膜

请参见图1，本实施例所示的多层仿生结构1包括两层PVDF-HFP单层纤维膜2，其直径分别为100nm和400nm，孔径分别为20nm和60nm，该多层仿生结构1的厚度为190μm。

本实施例的多层仿生结构在50Pa、100Pa、150Pa以及200Pa的压力下的透气性如下表所示：

实施例二至五，四层结构的复合纤维膜

实施例二

本实施例所示的多层仿生结构包括四层PVDF-HFP单层纤维膜，从下到上直径依次为1000nm、780nm、560nm、310nm、180nm，孔径依次为140nm、125nm、98nm、70nm、55nm，该多层仿生结构的厚度为520μm。本实施例的多层仿生结构与羊毛纤维结构相同，具备较佳的透湿性和透气性。

实施例三至五

本实用新型实施例三至五都为与实施例二相似的四层结构的复合纤维膜，其区别之处在于各层的单层纤维膜的直径和孔径不同，实施例三：从下到上直径依次为180nm、310nm、560nm、780nm、1000nm，孔径依次为55nm、70nm、98nm、125nm、140nm；实施例四：从下到上直径依次为1000nm、780nm、560nm、780nm、1000nm，孔径依次为140nm、125nm、98nm、125nm、140nm；实施例五：从下到上直径依次为560nm、780nm、1000nm、780nm、560nm，孔径依次为98nm、125nm、140nm、125nm、98nm。上述实施例二至五的复合纤维膜的透气性能如下表所示：

由上表可知，当本实用新型的多层仿生结构采用实施例二的类羊毛结构时，其具有较佳的透气性。

实施例六至十，三层结构的复合纤维膜

本实用新型实施例六至十的多层仿生结构采用三层PAN单层纤维膜结构组成，实施例六：从下到上直径依次为500nm、780nm、500nm，孔径依次为88nm、130nm、88nm；实施例七：从下到上直径依次为500nm、1000nm、500nm，孔径依次为88nm、143nm、88nm；实施例八：从下到上直径依次为780nm、1000nm、780nm，孔径依次为130nm、143nm、130nm；实施例九：从下到上直径依次为160nm、500nm、160nm，孔径依次为53nm、88nm、53nm；实施例十：从下到上直径依次为300nm、780nm、300nm，孔径依次为70nm、130nm、70nm。下表为实施例六至十所示的复合纤维膜的过滤效率表(测试流量为85L/min)：

由上表可知，当本实用新型的多层仿生结构采用实施例十的类蚕茧结构时，其具有较佳的过滤效率。

本发明主要是因为不同浓度的纤维膜，纤维直径不同，对应的孔径也不同，因为可以构建层次结构，进行测试验证了当多层复合纳米纤维膜按照纺丝溶液浓度自下而上从高到低的顺序设置时，其具有较佳的透气性；按照孔径和直径自下而上从高到低或从低到高的顺序设置时，其具有较佳的过滤性能。

综上所述：本实用新型的多层仿生结构通过设置多层网状结构层，使其具有与羊毛和蚕茧相似的结构，具有低阻高滤、透气性、透湿性好等优点，有较大的应用前景，例如敷料、口罩、分离膜等。并且，该网状结构层采用单层纤维膜结构，可根据实际需要来设置不同直径和孔径的单层纤维膜，其原料来源广、成本较低，且具有比表面积大、透气性、透湿性好等优点。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种多层仿生结构，其特征在于，包括至少两层网状结构层，所述网状结构层单层纤维膜，所述单层纤维膜为PVDF-HFP纤维膜或PAN纤维膜，所述单层纤维膜的直径为50-1000nm，孔径为1-600nm，其中，至少两层单层纤维膜具有不同直径或孔径。

2.如权利要求1所述的多层仿生结构，其特征在于，所述多层仿生结构由四层具有不同直径和孔径的单层纤维膜形成。

3.如权利要求2所述的多层仿生结构，其特征在于，在所述多层仿生结构中，四层所述单层纤维膜自下而上按直径和孔径从大到小的顺序设置。

4.如权利要求1所述的多层仿生结构，其特征在于，所述多层仿生结构包括三层单层纤维膜。

5.如权利要求4所述的多层仿生结构，其特征在于，在三层单层纤维膜中，其中两层单层纤维膜的直径和孔径相同，且大于另外一层单层纤维膜的直径和孔径。

6.如权利要求5所述的多层仿生结构，其特征在于，所述多层仿生结构中间的单层纤维膜的直径和孔径小于两端的单层纤维膜的直径和孔径。