专利名称：一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及复合功能膜的制备技术领域，特别是涉及一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法及其装置。
背景技术：
静电纺丝是一种自上而下(top-down)的纳米制造技术，通过外加电场力克服喷头尖端液滴的液体表面张力和粘弹力而形成射流，在静电斥力、库仑力和表面张力共同作用下，被雾化后的液体射流被高频弯曲、拉延、分裂，在几十毫秒内被牵伸千万倍，经溶剂挥发或熔体冷却在接收端得到纳米级纤维。该技术工艺过程简单、操控方便、选择材料范围广泛、可控性强、并且可以通过喷头设计制备具有微观结构特征的纳米纤维，被认为是最有可能实现连续纳米纤维工业化生产的一种方法，具有良好的前景预期。但电纺得到的初生纤维结构尚不稳定，超分子结构序态较低，经过拉伸和热定型加工，其物理机械性能仍不能满足纺织加工的要求，很难单独使用，即使做过滤材料，也常常需要与其他材料复合，以加强其结构。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法及其装置，使得制备具有纳米纤维层复合功能膜更为简单易行，能有效控制表面纤维层的厚度及均勻性，容易实现规模化生产的操作，并且所制备的复合功能膜可在化工、医药、生物等多领域得到应用。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法，包括以下步骤(1)将第一聚合物在螺杆挤出机中熔化混合进入纺丝泵，然后从喷丝板挤出冷却成丝，利用高速气流对纤维加速拉伸，分丝后通过机械或气流控制长丝均勻地铺到成网帘上，形成无纺布；(2)将第二聚合物和功能组份溶于溶剂配置成纺丝液，在静电场作用下，纺丝液从电纺装置的喷丝口中喷出，在带有相反电荷接受装置的吸引下，喷射到由第一聚合物制成的无纺布上，得到纳米纤维层复合功能膜。所述步骤( 后还包括将纳米纤维层复合功能膜用复合机进行热轧，得到热轧定形的复合膜材料。所述第一聚合物为丙纶、涤纶、锦纶、粘胶纤维、腈纶、维纶、棉、羊毛、苎麻中的一种。所述第二聚合物为锦纶、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙二醇酯、聚丙烯晴、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯酚、聚乳酸、聚己内酯、聚乙烯比咯烷酮、醋酸纤维中的一种。所述功能组份为纳米金属粒子、碳纳米管、催化剂、抗生素、免疫抑制剂、抗菌剂、
3激素、维生素、麻醉药物、止血药物、镇痛药物、降压药物中的一种。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是还提供一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备装置，包括纺粘法模块和电纺模块，所述纺粘法模块和电纺模块下方均放置有环形拖网带，其中，位于电纺模块下方的环形拖网带下还设有接地的金属网；所述纺粘法模块包括螺杆挤压机和纺丝组件；所述螺杆挤压机的出口与所述纺丝组件的入口相连；所述电纺模块包括贮液池和支架；所述支架在驱动装置带动下做与所述环形拖网带输送方向垂直的往复移动；所述贮液池的出料口与支架内的导管相连；所述支架下侧设有与支架内导管相连通的多喷头系统；所述多喷头系统与静电发生器相连，并与所述金属网相对。所述电纺模块下方的环形拖网带与复合机入口相接。所述多喷头系统置于环形拖网带上侧15-30cm处；所述金属网平行放置在环形拖网带下侧5-20cm。所述多喷头系统为线性排布、圆形排布、多边形排布或多维排布。所述多喷头系统为线性排布时，所述线性排布多喷头系统不少于5排，每排喷头数不少于5个，喷头之间的间距为5-lOcm。所述螺杆挤压机与纺丝组件之间还设有第一计量泵；所述贮液池的出料口还与第二计量泵的入料口相连；所述第二计量泵的出料口与支架内的导管相连。有益效果由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果本发明所提供的技术方案可以简单高效地制备具有纳米纤维膜层的非织造布，通过电纺工艺控制表面层的形貌、厚度、孔隙率等，通过添加功能组份赋予复合膜不同功能，如释药、抗菌、防辐射等。
图1是本发明的总体结构示意图；图2是本发明的纺粘法模块示意图；图3是本发明的电纺模块示意图；图4是线性排布电纺模块的结构示意图。
具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。本发明涉及一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法，包括以下步骤(1)将第一聚合物在螺杆挤出机中熔化混合并以一定温度和压强(其中，温度可以是200-350°C，压强可以是5-15Mpa)进入纺丝泵，然后从喷丝板挤出冷却成丝，利用高速气流对纤维加速拉伸，分丝后通过机械或气流控制长丝均勻地铺到成网帘上，形成无纺布。 其中，第一聚合物可以是丙纶、涤纶、锦纶、粘胶纤维、腈纶、维纶、棉、羊毛、苎麻中的一种。(2)将第二聚合物和功能组份溶于溶剂配置成纺丝液，在静电场作用下，纺丝液从电纺装置的喷丝口中喷出，在带有相反电荷接受装置的吸引下，喷射到由第一聚合物制成的无纺布上，得到纳米纤维层复合功能膜。其中，第二聚合物可以是锦纶、聚酰胺、聚氨酯、 聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙二醇酯、聚丙烯晴、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯酚、聚乳酸、聚己内酯、聚乙烯比咯烷酮、醋酸纤维中的一种；功能组份可以是纳米金属粒子、碳纳米管、催化剂、抗生素、免疫抑制剂、抗菌剂、激素、维生素、麻醉药物、止血药物、镇痛药物、降压药物中的一种。(3)将纳米纤维层复合功能膜用复合机进行热轧，调整温度、压力与时间得到热轧定形的复合膜材料。本发明还涉及一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备装置，如图1所示，包括纺粘法模块13和电纺模块14，所述纺粘法模块13和电纺模块14下方均放置有环形拖网带7， 其中，位于电纺模块13下方的环形拖网带7下还设有接地的金属网8 ；所述电纺模块14下方的环形拖网带7与复合机12入口相接。如图2所示，所述纺粘法模块13包括螺杆挤压机1和纺丝组件3 ；所述螺杆挤压机1的出口与所述纺丝组件3的入口相连；所述螺杆挤压机1与纺丝组件3之间还设有第一计量泵2。如图3所示，所述电纺模块14包括贮液池4 和支架6 ；所述支架6在驱动装置10带动下做与所述环形拖网带7输送方向垂直的往复移动；所述贮液池4的出料口还与第二计量泵5的入料口相连；所述第二计量泵5的出料口与支架6内的导管15相连；所述支架6下侧设有与支架内导管15相连通的多喷头系统11 ；所述多喷头系统11与静电发生器9相连，并与所述金属网8相对。其中，所述多喷头系统11 置于环形拖网带7上侧15-30cm处；所述金属网8平行放置在环形拖网带7下侧5-20cm。如图2所示，在纺粘法模块13中，不同聚合物原料在螺杆挤压机1中熔融后，经计量泵2严格计算送入纺丝组件3进行纺丝，冷却后丝束经过牵伸通道后被牵伸成细丝，铺置在成网帘上，所制备的非织造布成为复合膜的支撑层。如图3所示，在电纺模块14中，静电发生器9与多喷头系统11相连，金属网8接地，在纺丝头与拖网带7间形成高压电场；贮液池4中纺丝液经由计量泵5进入支架6内导管15，进而输送至多喷头系统11，在重力及电场力的作用下形成Taylor锥体，进而拉伸成丝形成纳米纤维，沉积在上述支撑层表面，所制备的纳米纤维膜成为复合膜的功能层。所述多喷头系统11为线性排布，如图4所示，线性排布多喷头系统为5排，每排喷头数为5个，喷头之间的间距为5-lOcm，支架6与线速度5-30m/min环形拖网带平行，在驱动装置10作用下勻速往复运动，速度为l-5m/min，振幅为10-30cm。需要说明的是，多喷头系统还可以是圆形排布、多边形排布或多维排布。复合膜送入复合机12，热塑性纤网受热后部分纤维熔融软化，纤维间产生粘连，冷却后纤网得到加固，复合膜物理和力学性能提高。
权利要求
1.一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤(1)将第一聚合物在螺杆挤出机中熔化混合进入纺丝泵，然后从喷丝板挤出冷却成丝， 利用高速气流对纤维加速拉伸，分丝后通过机械或气流控制长丝均勻地铺到成网帘上，形成无纺布；(2)将第二聚合物和功能组份溶于溶剂配置成纺丝液，在静电场作用下，纺丝液从电纺装置的喷丝口中喷出，在带有相反电荷接受装置的吸引下，喷射到由第一聚合物制成的无纺布上，得到纳米纤维层复合功能膜。
2.根据权利要求1所述的具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法，其特征在于，所述步骤( 后还包括将纳米纤维层复合功能膜用复合机进行热轧，得到热轧定形的复合膜材料。
3.根据权利要求1所述的具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法，其特征在于，所述第一聚合物为丙纶、涤纶、锦纶、粘胶纤维、腈纶、维纶、棉、羊毛、苎麻中的一种。
4.根据权利要求1所述的具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法，其特征在于，所述第二聚合物为锦纶、聚酰胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙酸乙二醇酯、聚丙烯晴、聚氧化乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯酚、聚乳酸、聚己内酯、聚乙烯比咯烷酮、 醋酸纤维中的一种。
5.根据权利要求1所述的具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法，其特征在于，所述功能组份为纳米金属粒子、碳纳米管、催化剂、抗生素、免疫抑制剂、抗菌剂、激素、维生素、 麻醉药物、止血药物、镇痛药物、降压药物中的一种。
6.一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备装置，包括纺粘法模块(13)和电纺模块 (14)，其特征在于，所述纺粘法模块(13)和电纺模块(14)下方均放置有环形拖网带(7)，其中，位于电纺模块(14)下方的环形拖网带(7)下还设有接地的金属网(8)；所述纺粘法模块(1 包括螺杆挤压机(1)和纺丝组件(3)；所述螺杆挤压机(1)的出口与所述纺丝组件 (3)的入口相连；所述电纺模块(14)包括贮液池⑷和支架(6)；所述支架(6)在驱动装置 (10)带动下做与所述环形拖网带(7)输送方向垂直的往复移动；所述贮液池(4)的出料口与支架(6)内的导管(1 相连；所述支架(6)下侧设有与支架内导管(1 相连通的多喷头系统(11)；所述多喷头系统(11)与静电发生器(9)相连，并与所述金属网(8)相对。
7.根据权利要求6所述的具有纳米纤维层复合功能膜的制备装置，其特征在于，所述电纺模块(13)下方的环形拖网带(7)与复合机(12)入口相接。
8.根据权利要求6所述的具有纳米纤维层复合功能膜的制备装置，其特征在于，所述多喷头系统(11)置于环形拖网带(7)上侧15-30cm处；所述金属网(8)平行放置在所述环形拖网带(7)下侧5-20cm。
9.根据权利要求6所述的具有纳米纤维层复合功能膜的制备装置，其特征在于，所述多喷头系统(U)为线性排布、圆形排布、多边形排布或多维排布。
10.根据权利要求9所述的具有纳米纤维层复合功能膜的制备装置，其特征在于，所述多喷头系统(11)为线性排布时，所述线性排布多喷头系统不少于5排，每排喷头数不少于 5个，喷头之间的间距为5-lOcm。
全文摘要
本发明涉及一种具有纳米纤维层复合功能膜的制备方法及其装置，方法包括将第一聚合物在螺杆挤出机中熔化混合进入纺丝泵，然后从喷丝板挤出冷却成丝，利用高速气流对纤维加速拉伸，分丝后通过机械或气流控制长丝均匀地铺到成网帘上，形成无纺布；将第二聚合物和功能组份溶于溶剂配置成纺丝液，在静电场作用下，纺丝液从电纺装置的喷丝口中喷出，在带有相反电荷接受装置的吸引下，喷射到由第一聚合物制成的无纺布上，得到纳米纤维层复合功能膜。该方法是通过制备装置实现的，由纺粘法模块制备的非织造布成为复合膜的支撑层，电纺模块制备的纳米纤维成为复合膜的功能层。本发明可以简单高效地制备双层或多层功能膜材料。
文档编号D01F1/10GK102560896SQ20121003188
公开日2012年7月11日 申请日期2012年2月13日 优先权日2012年2月13日
发明者孙晓竹, 朱利民, 申夏夏 申请人:东华大学