一种纳米纤维复合膜及其制备方法_4

文档序号:8407234阅读:来源:国知局
将长X宽为150mmX30mm的纳米纤维复合膜置于拉伸强度测试仪中进行力学性 能测试,并记录;所述拉伸强度测试仪的分辨率为0. 01N,测试条件为;加载速度为25mm/ min,拉伸长度为50mm。
[0107] 测试结果表明;本发明制备得到的纳米纤维复合膜的拉伸强度为22MI^a~32MPa。
[0108] 本发明提供的纳米纤维膜中纤维直径、纤维膜的厚度和纤维膜的孔隙都是可调 的,根据用途的不同,制备出所需的纳米纤维复合膜;如用于制备口罩时,薄膜需薄一些,孔 多而孔径小,使得人们戴上后不至于悠得慌;且纳米纤维复合膜中的孔道不是一条直的通 道,而是在膜内结成网状结构,使得风不能直接通过,遇到阻隔改变方向折回,达到防风效 果,同时起到保暖作用,还能有效提高膜的防风防水、透气透湿性能,大大提高纳米纤维复 合膜的透湿透气效率,加快抽湿和快速吸水的效率。本发明得到的纳米纤维复合膜的孔隙 率优选为70%~90%,更优选为80%~89〇/〇。
[0109] 本发明提供了一种纳米纤维复合膜的制备方法,将高烙点聚合物或低烙点聚合物 溶于纺丝溶剂中,将得到的高烙点聚合物纺丝液或低烙点聚合物纺丝液进行静电纺丝,得 到静电纺高烙点聚合物纤维膜和静电纺低烙点聚合物纤维膜;将低烙点聚合物或高烙点聚 合物烙融,得到低烙点聚合物烙体或高烙点聚合物烙体,将得到的低烙点聚合物烙体或高 烙点烙体进行烙喷纺丝,得到烙喷纺低烙点聚合物纤维膜和烙喷纺高烙点聚合物纤维膜; 所述高烙点聚合物与低烙点聚合物的烙点差不低于10°c;将烙喷纺高烙点聚合物纤维膜和 静电纺低烙点聚合物纤维膜复合热压,或将烙喷纺低烙点聚合物纤维膜和静电纺高烙点聚 合物纤维膜复合热压,得到纳米纤维复合膜。本发明提供的纳米纤维复合膜与现有技术中 烙喷纺丝法制备得到的纳米纤维复合膜相比,具有较高的拉伸强度,高达22MI^a~32MPa。
[0110] 本发明采用静电纺和烙喷纺相结合的方法将高烙点聚合物和低烙点聚合物分别 纺丝,将得到的高烙点聚合物纤维膜和低烙点聚合物纤维膜复合后热压,即可得到纳米纤 维复合膜。本发明提供的烙喷纺与静电纺相结合制备纳米纤维复合膜的方法能耗低,适于 工业化生产。
[0111] 为了进一步说明本发明,下面结合实施例对本发明提供的一种纳米纤维复合膜及 其制备方法进行详细地描述,但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
[0112] 在下述实施例中,聚偏氣己締-全氣丙締(PVDF-HF巧和聚偏氣己締(PVDF)均购于 法国苏威公司;聚酷胺(PA-6)、聚对苯二甲酸丙二醇醋(PTT)、聚对苯二甲酸二己醋(PET) 和聚对苯二甲酸了二醋(PBT)均购于美国杜邦公司;聚己締(P巧、聚丙締(P巧和热塑性聚 氨醋(TPU)均购于德国己斯夫公司;分析纯溶剂均购于国药集团化学试剂有限公司;碳纳 米管、纳米二氧化娃购自上海晶纯生化科技股份有限公司;聚(N-异丙基丙締酷胺)购自 Sigma-Al化ich(中国)有限公司;拉力测试仪Instron5900双柱电子万能材料拉力机;日 本KEYENCEVE-8800型扫描电子显微镜;美国化ookfield(博勒飞)DV-III叫tra流变仪; VAC-V3气体测试仪、CHY-C2测厚仪均购于济南兰光机电技术有限公司。
[011引实施例1
[0114] 将PVDF-HFP粉末在真空干燥箱中100°C下干燥12h,冷却至室温,将150g干燥的 PVDF-HFP粉末溶解于850g丙酬和DMF的混合溶剂中,在室温下揽拌12h,再向其中添加Ig纳米二氧化铁粒子,将得到的混合溶液超声分散化后,得到PVDF-HFP纺丝液,备用;
[01巧]将PVDF粉末在真空干燥箱中100°C下干燥12h,冷却至室温,将120g干燥的PVDF粉末溶于880gN,N-二甲基己酷胺和丙酬混合溶剂中,在室温下揽拌12h,得到PVDF纺丝 液,备用;
[0116] 将PVDF-HFP纺丝液进行粘度的测定,测得粘度为5.IPa?S;在室温25°C、空气相 对湿度约40%下,PVDF-HFP纺丝液进行静电纺丝,静电纺丝过程中,形成每个稳定泰勒锥喂 (加)液速度为1. 5mL/h,纺丝电压为35kV,接收距离为25cm,得到静电纺PVDF-HFP纳米纤 维膜;
[0117] 将PVDF纺丝液进行粘度的测定,测得粘度为4.OPa?S;在室温25°C、空气相对湿 度约30%下,PVDF纺丝液进行静电纺丝,静电纺丝过程中,形成每个稳定泰勒锥喂巧日)液速 度为2.OmL/h,纺丝电压为50kV,接收距离为30cm,得到静电纺PVDF纳米纤维膜;
[0118] 将PP加热至230°C,向其中加入约2%的润滑物肥86,得到PP烙体,按照ASTM D1238测试标准测得PP烙体的烙融指数为120g/min;烙喷PP的出丝方向与接收装置的夹 角为20。,烙喷纺丝的条件为;纺丝气压0. 3Mpa,风机气压0. 35Mpa,风机气流温度170°C, 进行烙喷纺丝,得到烙喷纺PP纳米纤维膜;
[0119] 将得到的静电纺PVDF-HFP纳米纤维膜、静电纺PVDF纳米纤维膜和烙喷纺PP纳米 纤维膜在温度140°C、压强为IMI^a的条件下热压0.化后,冷却至室温,将得到的纳米纤维复 合湿膜放入真空干燥箱中,在l〇〇°C干燥化,得到厚度为22 + 1ym的纳米纤维复合膜。
[0120] 本发明将得到的纳米纤维复合膜进行扫描电镜分析,如图1所示,图1为本发明实 施例1得到的纳米纤维复合膜的SEM图,由图1可W看出,本发明实施例1得到的纳米纤维 复合膜中的纤维直径均匀。测试结果表明;本发明实施例1得到的静电纺纳米纤维的平均 直径为300nm~500nm,静电纺纳米纤维膜孔隙直径为Inm~0. 8ym;烙喷纺纳米纤维的平 均直径为400皿~800皿,烙喷纺纳米纤维膜的孔隙直径为10皿~0. 7ym;纳米纤维复合 膜的孔隙率为70%~80%。
[0121] 本发明对得到的纳米纤维复合膜进行力学性能测试,如图2所示,图2为本发明实 施例1得到的纳米纤维复合膜的强度测试曲线图,由图2可W看出,本实施例得到的纳米纤 维复合膜的拉伸强度为22MPa~28MPa。
[0122] 将本实施例得到的纳米纤维复合膜的孔径分布图如图3所示,图3为本发明实施 例1制得的纳米纤维复合膜的孔径分布图;从图3中可W看出,本发明实施例1制得的纳米 纤维复合膜的适于过滤领域。
[0123] 本发明对得到的纳米纤维复合膜进行充放电性能测试,测试结果如图4和图5所 示,图4为比较例1的聚丙締膜Celgard2400与本发明实施例1得到的纳米纤维复合膜的 充放电对比图,其中,一一为纳米纤维复合膜的充放电曲线图;图5为比较例1的聚丙締 膜Celgard2400与本发明实施例1制得的纳米纤维复合膜各自组装电池的充放电循环对比 图,其中,一-为纳米纤维复合膜组装电池的充放电循环图。
[0124] 由图4和图5可W看出,本发明实施例1得到的纳米纤维复合膜的充放电性能优 异。
[0125] 比较例1
[0126] 本发明检测美国生产的商业膜聚丙締膜Celgard2400的性能,结果如图4和图5 所示,图4为比较例1的聚丙締膜Celgard2400与本发明实施例1得到的纳米纤维复合膜 的充放电对比图,其中,?- ??' '为聚丙締膜Celgard2400的充放电曲线图;图5为比较例1 的聚丙締膜Celgard2400与本发明实施例1制得的纳米纤维复合膜各自组装电池的充放电 循环对比图,其中,一?-为聚丙締膜Celgard2400组装电池的充放电循环图。
[0127] 由图4和图5可W看出,本发明实施例1得到的纳米纤维复合膜比聚丙締膜 Celgard2400的充放电性能优异,适于电池隔膜领域的应用。
[012引实施例2
[0129] 将PVDF、PVDF-HFP、阳和PP在100°C下真空干燥1化后,放入干燥器内备用;
[0130] 将真空干燥的150g聚偏氣己締-全氣丙締共聚物(PVDF-HF巧粉末溶于255g DMF和595g丙酬的混合溶剂中,在室温25°C下揽拌溶解1化后,形成均一透明的溶液,得到 PVDF-HFP纺丝液,备用;
[0131] 将真空干燥的120g聚偏氣己締(PVD巧粉末溶于264gDMF和616g丙酬的混合溶 剂中,在室温25°C下揽拌溶解12h,形成均一透明的溶液,得到PVDF纺丝液,备用;
[0132] 将上述PVDF纺丝液进行粘度的测定,测得粘度为4. 9Pa?S,在室温25°C,空气相 对湿度约40%下,PVDF纺丝液进行静电纺丝过程中,塑料注射累注射速度分配到单针的速 度为2.OmLA、电压为35kV、接收距离为20cm,得到静电纺PVDF纳米纤维膜;
[0133]将上述PVDF-HFP纺丝液进行粘度的测定,测得粘度为3. 9Pa?S,在在室温25°C, 空气相对湿度约40%下,PVDF-HFP纺丝液的静电纺丝过程中,塑料注射累注射速度分配到 单针的速度为2.OmL/h、电压为40kV、接收距离为22cm,得到静电纺PVDF-HFP纳米纤维膜;
[0134]将阳加热至190°C,得到阳烙体,再向其中加入约2%的润滑物肥86,按照ASTM D1238测试标准测得PE测烙融指数为50g/min;PE烙体烙喷时的出丝方向与接收装置的夹 角为20°,烙喷纺丝的条件为;纺丝气压0. 3Mpa,风机压力为0. 3Mpa,风机气流温度170°C, 得到烙喷纺PE纳米纤维膜;
[01巧]将PP加热至230°C,得到PP烙体,再向其中加入约2%的润滑物肥86,按照ASTM D1238测试标准测得PP测烙融指数为80g/min;PP烙体烙喷时的出丝方向与接收装置的 夹角为20。,烙喷纺丝的条件为;纺丝气压0. 35Mpa、风机压力为0. 4Mpa、风机气流温度 180°C,得到烙喷纺PP纳米纤维膜;
[0136] 纺丝完成后,将得到的静电纺PVDF纳米纤维膜、静电纺PVDF-HFP纳米纤维膜、烙 喷纺PE纳米纤维膜和烙喷纺PP纳米纤维膜在温度为135°C、压强为2.OMPa的条件下热压 处理0.化后,冷却至室温,再将得到的纳米纤维复合湿膜放入真空干燥箱内,在100°C下真 空干燥化,得到厚度为20 + 2ym的纳米纤维复合膜。
[0137] 本发明将得到的米纤维复合膜进行扫描电镜分析,结果如图6所示,图6为本发明 实施例2得到的纳米纤维复合膜的SEM图,由图6可W看出,本发明得到的纳米纤维复合 膜中的纤维直径均匀。本发明测试得到,本实施例2得到的静电纺纳米纤维的平均直径为 300nm~500nm,静电纺纳米纤维膜的孔隙直径为Inm~0. 8ym;烙喷纺纳米纤维的平均直 径为400皿~lOOOnm,烙喷纺纳米纤维膜的孔隙直径为10皿~0. 8ym;纳米纤维复合膜的 孔隙率为70%~80〇/〇。
[013引本发明将得到的纳米纤维复合膜进行力学性能测试,如图7所示,图7为本发明实 施例2得到的纳米纤维复合膜的强度测试曲线图,结果表明,本实施例得到的纳米纤维复 合膜的拉伸强度为27MI^a~30MPa;按照ASTMD1434标准测得纳米纤维复合膜的透气性为 5mL/cm2 ?S,说明该纳米纤维复合膜的通量较大,能有效地过滤PM2. 5颗粒污染物。
[0139] 实施例3
[0140]将聚对苯二甲酸己二醇醋牌T)、聚偏氣己締-全氣丙締(PVDF-HFP)、聚偏氣己締 (PVD巧、热塑性聚氨醋TPU颗粒在100°C下真空干燥12h,置于干燥器内,备用;
[014。 将150gPVDF-HFP粉末溶于850gDMF和丙酬的混合溶剂中,得到PVDF-HFP纺丝 液,对所述PVDF-HFP纺丝液进行粘度的测定,测得为5.IPa?S;
[0142] 将120gPVDF粉末溶于880gDMF和丙酬的混合溶剂中,得到PVDF纺丝液,对所述 PVDF纺丝液进行粘度的测定,测得粘度为4.IPa?S;
[0143] 将PVDF-HFP纺丝液和PVDF纺丝液进行混合交叉静电纺丝,得到静电纺 PVDF-HFP-PVDF纳米纤维膜,作为第一层纺丝纤维膜;
[0144] 将lOOgTP
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