[发明专利]一种基于纤维阵列的耐刮擦超疏水材料及其制备方法

权利要求书

1.一种基于纤维阵列的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述耐刮擦超疏水材料由基底、粘合剂、短切纤维及纳米颗粒组成，所述粘合剂涂覆于所述基底的表面，所述短切纤维的一端设置于所述涂覆有粘合剂的基底的表面，所述短切纤维的表面包覆有纳米颗粒。

2.根据权利要求1所述的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述基底为柔性基底或刚性基底；

优选地，所述柔性基底为铝箔基底或聚二甲基硅氧烷基底；

优选地，所述刚性基底为环氧树脂基底或聚甲基丙烯酸甲酯基底。

3.根据权利要求1或2所述的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述粘合剂的粘度不低于100Pa·s；

优选地，所述粘合剂的涂覆厚度为50～200μm；

优选地，所述粘合剂为丙烯酸酯胶或环氧胶。

4.根据权利要求1-3之一所述的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述短切纤维为尼龙纤维或聚丙烯纤维；

优选地，所述短切纤维的直径为5～15μm，所述短切纤维的长度为100～2000μm。

5.根据权利要求1-4之一所述的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述纳米颗粒为无机纳米颗粒或聚合物纳米颗粒；

优选地，所述无机纳米颗粒为纳米二氧化硅颗粒、纳米二氧化钛颗粒或纳米三氧化二铝颗粒；

优选地，所述聚合物纳米颗粒为聚苯乙烯纳米颗粒、聚乙烯纳米颗粒或聚四氟乙烯纳米颗粒；

优选地，所述纳米颗粒的直径为10～500nm。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的基于纤维阵列的耐刮擦超疏水材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

1)对短切纤维进行分筛；

2)在基体上涂覆粘合胶；

3)将步骤1)分筛后的短切纤维置于高压静电装置中，所述短切纤维在高压电场作用下垂直飞向步骤2)涂覆了粘合胶的基体的表面形成纤维阵列；

4)对步骤3)得到的纤维阵列进行固化和表面梳理；

5)将经步骤4)固化和表面梳理的纤维阵列用纳米颗粒溶液进行表面改性处理，经固化干燥后，得到所述基于纤维阵列的耐刮擦超疏水材料。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述短切纤维是通过纤维短切机将纤维丝束切断得到的；

优选地，步骤1)的具体过程为，通过机械振动筛对短切纤维进行分筛，短切纤维依次通过不同目数的筛网将不同长度的短切纤维打散并分离，长度相近的短切纤维停留在同一目数的筛网中；

优选地，步骤1)中，所述筛网的目数为50目、100目、200目、300目和400目。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，步骤2)的具体过程为，使用刮刀将粘合胶在基底的表面刮涂均匀；

优选地，步骤3)的具体过程为，将步骤1)分筛后的短切纤维置于高压静电的下金属极板，将步骤2)涂覆好粘合胶的基体平整贴在上金属极板的表面，打开高压直流电源，短切纤维在高压电场作用下垂直飞向基体表面形成纤维阵列；

优选地，步骤3)中，所述通电的时间为2～20s，所述通电的电压为10～40kV，所述上金属极板与下金属极板平行设置且间距为5～15cm；

优选地，步骤4)的具体过程为，将步骤3)制得的纤维阵列放置于烘箱中，通过程序控温将粘合剂充分固化后取出，使用压缩空气对固化后的纤维阵列的表面进行梳理。

9.根据权利要求6-8之一所述的制备方法，其特征在于，步骤5)的具体过程为，将经步骤4)固化和梳理后的纤维阵列通过浸涂或喷涂纳米颗粒溶液的方式进行表面处理；

优选地，所述纳米颗粒溶液是将纳米颗粒混合于溶剂中，通过机械搅拌的方法形成悬浊液后得到的；

优选地，所述溶剂为石油醚、乙醇、丙酮和N,N-二甲基甲酰胺中的一种；

优选地，所述纳米颗粒溶液的浓度为0.1～20％。

10.根据权利要求6-8之一所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

1)通过纤维短切机将纤维丝束切断，制得短切纤维；通过机械振动筛对短切纤维进行1～3h的分筛，所述短切纤维依次通过不同目数的筛网将不同长度的纤维打散并分离，长度相近的短切纤维停留在同一目数的筛网中，所述筛网的目数为50目、100目、200目、300目和400目；

2)使用刮刀将粘合胶在基底的表面刮涂均匀形成厚度为50～200μm的粘合胶层；

3)将步骤1)分筛后的短切纤维置于高压静电的下金属极板，将步骤2)涂覆好粘合胶的基体平整贴在上金属极板的表面，打开高压直流电源，所述通电的时间为2～20s，所述通电的电压为10～40kV，所述上金属极板与下金属极板平行设置且间距为5～15cm，短切纤维在高压电场作用下垂直飞向基体表面形成纤维阵列；

4)将步骤3)制得的纤维阵列放置于烘箱中，通过程序控温将粘合剂充分固化后取出，使用压缩空气对固化后的纤维阵列的表面进行梳理；

5)将经步骤4)固化和梳理后的纤维阵列通过浸涂或喷涂纳米颗粒溶液的方式进行表面处理，所述纳米颗粒溶液的浓度为0.1～20％，经固化干燥后，制得所述基于纤维阵列的耐刮擦超疏水材料。