[发明专利]一种蓬松弹性三维微纳米纤维材料的制备方法、装置以及由该方法制备的纤维材料及其应用

说明书

本发明公开了一种蓬松弹性三维微纳米纤维材料的制备方法，包括如下步骤：1)配置好纺丝液，并加入到静电纺丝机中，启动静电纺丝机进行纺丝；2)取微米纤维，对其进行开松梳理；接着采用气流将开松梳理后的微米纤维输送到负压成网帘上；微米纤维和纳米纤维在负压成网帘上混合成网，得到上述三维微纳米纤维材料；其中，微米纤维中包含低熔点热熔纤维。本发明还公开了制备该纤维材料的装置、由该方法制备得到的蓬松弹性三维微纳米纤维材料及其应用。本发明的蓬松弹性三维微纳米纤维材料的制备方法，整个制备工艺全部在干法气态条件下完成，工艺简单，能耗低，可以快速实现批量化生产。

技术领域

本发明涉及纤维材料领域，具体涉及一种蓬松弹性三维微纳米纤维材料的制备方法、制备装置以及由该方法制备的纤维材料及其应用。

背景技术

静电纺丝又称电纺，早在1930年美国专利US1975504就已报道过静电纺丝法，于1993年这一技术才被定义为静电纺丝技术。近年来，随着纳米科技的升温，静电纺丝技术已经成为当今最热门的研究领域之一，目前已有50多种聚合物成功通过静电纺丝法制得超细纤维，制得的纤维直径一般在几十纳米至1μm之间，最小直径可达1nm。静电纺丝的原理可以简述为，在高压静电场中，聚合物溶液或熔体在电场力的作用下，从毛细管末端形成细流飞向接收装置，细流在达到接收装置前产生高度拉伸，溶液中的溶剂蒸发或熔体固化，最后在接收装置上形成超细纤维。静电纺丝制备的纳米纤维直径小，比表面积大，在很多领域有着很大的应用潜力。

高孔隙率、低密度、大比表面积的蓬松纳米纤维材料是当前纳米纤维技术发展的一个方向，该材料在隔热保温、吸音、减震、过滤、吸附、储能、航空航天、电子、催化及生物工程等领域具有极大的应用价值。然而，受限于纤维的收集方法，由静电纺丝制备的纳米纤维结构通常为随机堆积而成的致密纳米纤维膜，很难形成蓬松的三维结构。

制备具有弹性的蓬松纤维结构，必须满足多个条件。首先，纤维结构必须蓬松，有较高的孔隙率。其次，纤维材料自身要有一定弹性，在受力情况下不会断裂。再次，纤维之间必须有固结点，保证纤维在受力状态下不会产生相互之间的滑移，从而保障宏观结构的弹性，在外力作用下不会坍塌。

目前，关于制备具有弹性的蓬松纤维结构，已有相关的文献报导。如申请号为CN102206883A的中国专利公开了通过改进静电纺丝接收器的方式，得到了为蓬松度为10^-4～10^-1g/cm的纳米纤维材料；申请号为CN104372422A的中国专利公开了通过改变纺丝方法和接收方法，制备出了蓬松絮片状聚合物超细纳米纤维。以上方法制备的纳米纤维结构在蓬松性上都有了很大的改进，但纤维之间的接触处没有牢固黏合点，材料在外力作用的情况下会产生滑移导致宏观结构坍塌。申请号为CN106757528A的中国专利制备了密度为几十毫克每立方厘米的蓬松二氧化硅纳米纤维结构，并通过高温钙化将其交联固结，但该方法不具有普适性，而且经高温固结后的二氧化硅纳米纤维缺乏弹性。