微/纳米复合材料的同轴共喷纺制备方法与流程

本发明涉及微/纳米复合材料制备领域，尤其涉及一种微/纳米复合材料的同轴共喷纺制备方法。

背景技术：

静电纺丝技术由聚合物液滴在电场力和表面张力的协同作用下，产生“taylor圆锥”，进而产生射流，在向接收板运行过程中，液滴进行分裂和拉伸，溶剂进行挥发，最终纤维沉积到接收板上。传统的单轴静电纺丝技术一次只能制备一种纤维材料。

静电喷涂是根据电泳的物理现象，使雾化了的聚合物液滴在高压电场中带上负电荷，并在电场力、表面张力、重力等的作用下，进而分裂后破碎，定向地形成非连续的射流，流向带正电荷的接收台并沉积于其上。传统的单轴喷涂技术一次只能制备一种颗粒材料。

通过同轴静电纺丝来制备复合纤维的技术已有报道，同时同轴静电喷涂来制备复合颗粒的技术也有报道。但同轴静电纺丝只能制备复合纤维，而同轴静电喷涂只能制备复合颗粒，两种技术均不能制备微/纳米纤维与颗粒复合材料，而目前并没有利用同轴技术制备微/纳米纤维与颗粒复合材料方法的相关报道。

技术实现要素：

基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种微/纳米复合材料的同轴共喷纺制备方法，能以同轴共喷纺方式制备微/纳米纤维与颗粒复合材料。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种微/纳米复合材料的同轴共喷纺制备方法，包括：

步骤一：配置能溶于溶剂的高分子溶液作为纺丝液；配置能溶于溶剂的无机高分子溶液作为喷涂液；

步骤二：将所述喷涂液加入到喷涂储液泵中，所述纺丝液加入到纺丝储液泵中，将喷涂储液泵和纺丝储液泵与同轴共喷纺装置连接；

步骤三：调节所述同轴共喷纺装置的接收距离和同轴喷头的纺丝壳喷头与喷涂芯喷头的内径比，当喷涂芯喷头下面形成液滴，同时纺丝壳喷头的纺丝液包裹住喷涂芯喷头的外壁时，打开高压电源，调节电压，使喷涂液和纺丝液按设定流速同时向接收的隔膜进行喷涂和纺丝制备出均匀分布的微/纳米颗粒和微/纳米纤维复合材料。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的同轴共喷纺制备复合材料的方法，其有益效果为：

该方法通过采用同轴共喷纺装置，实现了以同轴共喷纺方式制备微/纳米纤维与微/纳米颗粒复合材料，制备的微/纳米纤维和微/纳米颗粒复合材料具有与基材粘合牢固和高比表面积的优点，同时具有更好的均匀分散性和纤维与颗粒的结合性，能够同时对基材提供增强效果和比表面积的提高效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例提供的同轴共喷纺制备方法的装置示意图；

图2是本发明实施例1提供的同轴共喷纺制备复合材料方法的sem图；

图3是本发明实施例2提供的同轴共喷纺制备复合材料方法的sem图；

图4是本发明实施例3提供的同轴共喷纺制备复合材料方法的sem图。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供一种微/纳米复合材料(即微米级或者纳米级复合材料)的同轴共喷纺制备方法，能制备微/纳米纤维与微/纳米颗粒复合材料，包括以下步骤：

步骤一：配置能溶于溶剂的高分子溶液作为纺丝液；配置能溶于溶剂的无机高分子溶液作为喷涂液；

步骤二：将所述喷涂液加入到喷涂储液泵中，所述纺丝液加入到纺丝储液泵中，将喷涂储液泵和纺丝储液泵与同轴共喷纺装置连接；

步骤三：调节所述同轴共喷纺装置的接收距离和同轴喷头的纺丝壳喷头与喷涂芯喷头的内径比，当喷涂芯喷头下面形成液滴，同时纺丝壳喷头的纺丝液包裹住喷涂芯喷头的外壁时，打开高压电源，调节电压，使喷涂液和纺丝液按设定流速同时向接收的隔膜进行喷涂和纺丝制备出均匀分布的微/纳米颗粒和微/纳米纤维复合材料。

上述制备方法中，喷涂液由pvdf、dmf和丙酮溶液配置而成；

所述纺丝液由pvdf、dmf和丙酮溶液配置而成。

上述制备方法中，喷涂液的pvdf质量分数为0.1％～100％，该喷涂液中dmf：丙酮的质量比为3：2；

所述纺丝液的pvdf质量分数为0.1％～100％，该纺丝液中dmf：丙酮的质量比为3：2。

如图1所示，上述制备方法中，同轴共喷纺装置包括：

支架1、纺丝储液泵2、纺丝壳喷头3、喷涂储液泵4、喷涂芯喷头5、纺丝氮气加压装置7、喷涂氮气加压装置8、接收台6和高压电源9；其中，

所述纺丝储液泵设在所述支架上，该纺丝储液泵与所述纺丝氮气加压装置连接，该纺丝储液泵的出液口连接所述纺丝壳喷头；

所述喷涂储液泵设在所述纺丝储液泵内，该喷涂储液泵与所述喷涂氮气加压装置连接，该喷涂储液泵的出液口连接所述喷涂芯喷头，所述喷涂芯喷头设在所述纺丝壳喷头内形成同轴喷头，该同轴喷头与所述高压电源负极电连接；

接收台，设在所述同轴喷头下方，与所述高压电源正极电连接。

上述制备方法中，纺丝壳喷头和喷涂芯喷头均采用导电导热金属制成的喷头；

所述纺丝壳喷头的内径为0.1mm～100mm；

喷涂芯喷头的内径为0.1mm～100mm。

上述制备方法步骤三中，同轴喷头的纺丝壳喷头的内径调节范围为0.1mm～100mm，喷涂芯喷头的内径调节范围为0.1mm～100mm；

接收距离的调节范围为：5～30cm；

电源电压的调节范围为：0.1kv～50kv；

控制喷涂液和纺丝液的流速范围为0.1～1000ml/h；

接收的隔膜采用uhmwpe隔膜。

本发明同轴共喷纺方法与传统的同轴静电纺丝技术制备复合材料相比：该同轴共纺方法能制备分布均匀的两种微/纳米纤维复合材料，同轴共喷纺方法能制备分布均匀的微/纳米纤维与颗粒复合材料。本发明同轴共喷纺方法与传统的同轴静电喷涂技术制备复合材料相比：该同轴共喷涂方法能制备分布均匀的两种微/纳米颗粒复合材料，同轴共喷纺方法能制备分布均匀的微/纳米纤维与颗粒复合材料。

下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。

本发明实施例提供的一种通过同轴共喷纺制备复合材料的方法，具体步骤如下：

步骤一：配置能够溶于溶剂的所有高分子溶液，通过调整上述溶液的浓度，使其可以作为纺丝液；配置能够溶于溶剂的无机的和高分子的溶液，通过调整其浓度，使其可以作为静电喷涂液。所配置的静电纺丝液和静电喷涂液浓度分别为0.1％～100％；

步骤二：将上述喷涂液和纺丝液分别加入到喷涂储液泵和纺丝储液泵中待用，并将其安装于同轴共喷纺装置中；

步骤三：在0.1mm～100mm之间调节同轴共喷纺装置的同轴喷头的纺丝壳喷头内径与喷涂芯喷头内径，并在5～30cm的范围内调节该同轴共喷纺装置的接收距离，当喷涂芯喷头下面形成小液滴，同时纺丝壳喷头的纺丝液包裹住喷涂芯喷头的外壁时，打开高压电源，调节电压范围为0.1kv～50kv，分别对喷涂储液泵和纺丝储液泵施加0.01mpa～20mpa的压力，调节喷涂和纺丝的速率在0.1～1000ml/h，制备具有一定程度均匀分布的微/纳米颗粒和微/纳米纤维复合材料。

本发明实施例中所用的原料：dmf(北京化工厂)，pvdf(平均分子量534000，阿法埃莎化学有限公司)，uhmwpe隔膜(金力新能源)，丙酮(北京化工厂)。

分别配置pvdf质量分数为3％和15％的pvdf/dmf/丙酮溶液作为喷涂液和纺丝液，pvdf溶液中dmf:丙酮＝3：2；将上述溶液分别加入到相应的喷涂与纺丝储液泵中，通过图1所示的同轴共喷纺装置，调节同轴喷头的壳喷头内径为1.2mm，芯喷头内径为0.7mm，调节接收距离和电源电压，控制喷涂液和纺丝液的流速分别为0.6ml/h和1.3ml/h，使用uhmwpe隔膜对同轴共喷纺所制备微/纳米纤维和微/纳米颗粒复合材料进行接收。

实施例1：

分别配置pvdf质量分数为3％和15％的pvdf/dmf/丙酮溶液作为喷涂液和纺丝液，pvdf溶液中dmf:丙酮＝3：2；将上述溶液分别加入到相应的喷涂和纺丝储液泵中，通过图1所示的同轴共喷纺装置，调节同轴喷头的壳喷头内径为1.2mm，芯喷头内径为0.7mm，调节接收距离为15cm和电源电压为17kv，控制喷涂液和纺丝液的流速分别为0.6ml/h和1.3ml/h，使用uhmwpe隔膜对同轴共喷纺所制备微/纳米纤维和微/纳米颗粒复合材料进行接收。从图2中可以看出，此时由于电压过低，电场力不足以使射流劈裂成丝，所制备的复合材料中微/纳米颗粒较多，而所制备的微/纳米纤维太少，故此电压不适合同轴共喷纺的进行。

实施例2：

分别配置pvdf质量分数为3％和15％的pvdf/dmf/丙酮溶液作为喷涂液和纺丝液，pvdf溶液中dmf:丙酮＝3：2。将上述溶液分别加入到相应的喷涂和纺丝储液泵中，通过图1所示的同轴共喷纺装置，调节同轴喷头的壳喷头内径为1.2mm，芯喷头内径为0.7mm，调节接收距离为7cm和电源电压为23kv，控制喷涂液和纺丝液的流速分别为0.6ml/h和1.3ml/h，使用uhmwpe隔膜对同轴共喷纺所制备微/纳米纤维和微/纳米颗粒复合材料进行接收。此时由于接收距离太近，喷涂液所喷涂颗粒中的溶剂在下降过程中不能够及时挥发，最终在锂电池隔膜表面形成团聚物，而不能形成形状完好的颗粒，故此接收距离不适合同轴共喷纺的进行。

实施例3：

分别配置pvdf质量分数为3％和15％的pvdf/dmf/丙酮溶液作为喷涂液和纺丝液，pvdf溶液中dmf:丙酮＝3：2。将上述溶液分别加入到相应的喷涂和纺丝储液泵中，通过图1所示的同轴共喷纺装置，调节同轴喷头的壳喷头内径为1.2mm，芯喷头内径为0.7mm，调节接收距离为15cm和电源电压为23kv，控制喷涂液和纺丝液的流速分别为0.6ml/h和1.3ml/h，使用uhmwpe隔膜对同轴共喷纺所制备微/纳米纤维和微/纳米颗粒复合材料进行接收。此时形成稳定的喷涂和纺丝，并且从图3中可以看出微/纳米纤维和颗粒很好的粘结在一起。

实施例4：

分别配置pvdf质量分数为3％和15％的pvdf/dmf/丙酮溶液作为喷涂液和纺丝液，pvdf溶液中dmf:丙酮＝3：2。将上述溶液分别加入到相应的喷涂和纺丝储液泵中，通过图1所示的同轴共喷纺装置，调节同轴喷头的壳喷头内径为1.2mm，芯喷头内径为0.4mm，调节接收距离为15cm和电源电压为23kv，控制喷涂液和纺丝液的流速分别为0.6ml/h和1.3ml/h，使用uhmwpe隔膜对同轴共喷纺所制备微/纳米纤维和微/纳米颗粒复合材料进行接收。从图4中可以看出，此时由于喷涂喷头内径太小，容易造成喷涂受阻，只有极少量的微/纳米颗粒被制备出。

本发明的制备方法通过同轴共喷纺方式制备微/纳米纤维与微/纳米颗粒复合材料，所制备的微/纳米纤维和微/纳米颗粒复合材料具有与基材粘合牢固和高比表面积的特点，同时具有更好的均匀分散性和纤维与颗粒的结合性，能够同时对基材提供增强效果和比表面积的提高效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。