[发明专利]利用平面蚕茧增强高分子膜材料抗撕裂性能的方法及其复合膜材料

说明书

本发明公开了一种利用平面蚕茧增强高分子膜材料抗撕裂性能的方法及其复合膜材料。将熟蚕置于平板上吐丝得到平面蚕茧，将平面蚕茧置于凹槽内；然后将高分子溶液倒入凹槽并完全浸没平面蚕茧，然后去除气泡；最后将上述混合体系置于一定温度下固化，最终得到纤维增强复合膜。本发明方法操作简单，通过使用由家蚕直接在平板上纺出的蚕茧纤维显著提升了高分子膜材料的力学性能，获得了高性能的纤维增强复合膜。

技术领域

本发明涉及纤维增强复合材料领域的一种增强高分子膜材料性能的方法，具体是涉及了一种利用平面蚕茧增强高分子膜材料抗撕裂性能的方法。

背景技术

高分子膜材料在化工、机械、医疗和电子传感领域都具有重要的应用。在实际使用过程中，纯高分子膜的缺口敏感性使其很容易因为细小裂纹的出现而发生整体的断裂失效。受力时，由于纯高分子膜无法有效分散缺口处产生的应力集中，导致缺口快速扩展，从而使其力学性能显著减弱，也大大缩短了材料的使用寿命。因此，通过在高分子基体中引入增强相来制备复合膜材料，对增强高分子膜的力学性能以及延长其使用寿命具有重要意义。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明利用平面蚕茧作为增强纤维，通过渗入高分子溶液并经固化成型，得到一系列纤维增强型复合膜材料，其抗撕裂性能得到显著提升，具有良好的应用前景。本发明利用平面蚕茧来增强高分子膜材料的力学性能，是一种更简单直接、更节能环保的方式。

本发明的技术方案包括：

一、一种利用平面蚕茧增强高分子膜材料抗撕裂性能的方法，包括以下步骤：

1)将熟蚕置于平板上吐丝得到平面蚕茧；

2)将平面蚕茧置于具有一定深度的凹槽内；

3)将高分子溶液倒入凹槽并完全浸没平面蚕茧，然后去除气泡；

4)将3)获得的混合体系置于一定温度下固化一定时间，最终得到纤维增强复合膜材料。

本发明利用平面蚕茧作为高分子材料的纤维增强相，将熟蚕吐丝获得的平面蚕茧和高分子溶液浸没混合制备获得复合膜材料。相比于复合材料中常用的玻璃纤维、碳纤维和合成纤维等，平面蚕茧作为一种天然的生物纤维，除了轻质、高强、高韧的力学特性，其良好的生物相容性和可控的生物降解性也是其他纤维所无法比拟的。与普通蚕茧的曲面形状和较小尺寸相比，平面蚕茧的形状和尺寸则可随结茧工具进行任意调控。另外，平面蚕茧较为疏松的纤维网络也有利于高分子溶液的渗透，因此可以形成均匀且致密的复合材料。

与纯高分子膜相比，本发明制备的纤维/高分子复合膜的抗撕裂性能得到显著地增强。对于具有预缺口的纯高分子膜试样，在拉伸过程中缺口会沿着裂纹尖端快速扩展；而对于具有预缺口的复合膜试样，平面蚕茧的纤维网络则会通过分散应力从而有效抑制裂纹扩展。

所述1)中，熟蚕数量与平板面积的比例为1头：300cm²～1头：30cm²。当此比例过低时，平面蚕茧的纤维网络过于稀疏，对复合膜材料的抗撕裂性能的提升作用不显著。当此比例过高时，平面蚕茧的纤维网络过于致密，不利于高分子溶液的渗透。

所述2)中，凹槽的深度为0.2～2mm。当凹槽深度过小时，平面蚕茧不能被高分子溶液完全覆盖，影响复合膜的表面平整性。当凹槽深度过大时，平面蚕茧不足以在高分子基体中均匀分布。

所述3)中，去除气泡的方法为利用真空泵抽取5～15min。当时间过短时，气泡不能完全去除。当时间过长时，平面蚕茧容易被抽出凹槽。

所述3)中，高分子溶液为环氧树脂、聚二甲基硅氧烷、聚氨酯或者聚乙烯醇，所述的固化温度与固化时间随所选择的高分子溶液不同而确定。