一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法及其装置。静电纺丝过程中，以具有一定温度的空气和/或溶剂蒸气的侧向气流对聚合物溶液射流以一定的夹角进行喷吹，延缓射流中聚合物分子固化成纤的速度；所得静电纺丝膜即超耐磨的纤维基防水透湿膜的耐水压≥100kPa，透湿通量≥15000g/m2/d，耐磨性达到8000～10000圈，强度≥20MPa。本发明专利技术的静电纺丝装置，由静电纺丝箱体、高压直流电源、静电纺丝供液系统及喷丝头和接收基材组成，在所述静电纺丝箱体一侧安装一蒸气发生及供气系统。本发明专利技术制备的超耐磨的纤维基防水透湿功能膜孔径小、孔隙率高，并有增强的粘连结构，在用于防水透湿领域时具有耐水压高、透湿通量高、强度高且耐磨的特点，具有广泛的实际应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法及其装置
本专利技术属静电纺丝
，涉及超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法及其装置，特别是涉及一种增强纤维间粘连程度的纤维基防水透湿功能膜的制备方法及其装置，具体为一种通过空气和/或溶剂蒸气的混合气流对聚合物溶液射流进行侧向喷吹，从而降低射流中溶剂分子的挥发速度，延缓射流中聚合物分子固化成纤的速度，使射流在到达接收基材时产生增强的纤维间粘连结构，进而提高纤维基防水透湿膜的耐水压、耐磨性及强度的静电纺丝方法及其装置。
技术介绍
防水透湿微孔膜是加工防水透湿功能服装的核心材料，其兼具防水和透湿(排汗)的功能，可以帮助人们在户外环境中抵御暴雨、严寒等恶劣天气，要求材料具有较小的孔径(小于水滴尺寸，大于水分子尺寸)、较高的空隙率(以保证较高的透湿)、优异的耐磨性及机械强度，以实现对人体的有效防护。市场上制造防水透湿微孔膜的主要技术包括聚四氟乙烯双向拉伸技术、聚氨酯溶液湿法涂层技术、模板合成技术等，但现有技术存在加工工艺复杂、技术及设备要求高、孔径及孔隙率难以控制等缺陷，使得制造的微孔膜耐水压及透湿量难以同时提高，限制了防水透湿面料的应用性能。静电纺丝技术制造的纤维膜具有纤维直径小、纤维间孔径小、孔隙率高等结构优势，在高性能防水透湿微孔膜加工领域具有巨大的应用潜力。然而，目前公开的静电纺纤维基防水透湿微孔膜的技术包括：一种透气不透水聚氨酯纳米纤维膜的制备方法(CN102517794A)、一种高效防水透湿面料及其制备方法(CN102632648A)、一种防水透湿多功能复合微/纳米面料及其制备方法(CN103388265A)、防水透湿织膜的制备方法、防水透湿织物及其制备方法(CN103437072A)、一种防水透湿复合膜及其制备方法(CN103963393A)、waterproofandbreathablepropertiesofnanowebappliedclothing(具有防水透湿功能的服装用纳米网，FibersandPolymers,2011,1,57-64.)、Amphiphobicfluorinatedpolyurethanecompositemicrofibrousmembraneswithrobustwaterproofandbreathableperformances，(具有优异防水透湿性能的超双疏氟化聚氨酯杂化纤维膜，RSCAdvances,2013,3,2248-2255.)都是以聚氨酯作为模板聚合物进行静电纺丝，由于聚氨酯材料的特殊性及传统静电纺丝技术的限制，制备的纤维膜中纤维间粘连程度高、孔径大、孔隙率较低且难以控制，导致其防水透湿性能均较低(耐水压＜40kPa，透湿通量＜9000g/m2/d)，从而限制了静电纺纤维基防水透湿膜的应用性能。同时，静电纺丝技术在制备其他种类聚合物纤维膜时，又通常存在纤维膜孔径大、纤维间粘连程度低导致的纤维膜耐水压低、耐磨性及强度差的缺陷。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法及其装置，解决上述静电纺丝加工过程中纤维膜孔径大、纤维间粘连程度低导致的耐水压低、耐磨性及强度差的问题。本专利技术的一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，静电纺丝过程中，以空气和/或溶剂蒸气的混合侧向气流对聚合物溶液射流以一定的夹角进行喷吹，降低射流中溶剂分子的挥发速度，延缓射流中聚合物分子固化成纤的速度，促使射流在到达接收基材时产生增强的纤维间粘连结构以及减小的孔径，进而提高纤维基防水透湿膜的耐水压、耐磨性及强度。所述聚合物溶液中，聚合物为聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或任意几种的组合。所得静电纺丝膜即超耐磨的纤维基防水透湿膜的耐水压≥100kPa，透湿通量≥15000g/m2/d，耐磨性达到8000～10000圈，强度≥20MPa。作为优选的技术方案：如上所述的一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，所述混合侧向气流的成分为空气和/或溶剂蒸气的混合气体，其中溶剂蒸气的体积分数为0～100％。如上所述的一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，所述聚合物溶液射流所用的溶剂以及侧向气流中含有的溶剂蒸气所用的溶剂均为纺丝所用聚合物的良溶剂，根据聚合物分别对应为：聚丙烯腈：N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜；聚砜：氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮；聚酰胺：甲酸、苯酚、N,N-二甲基甲酰胺；聚氯乙烯：环己酮、氯仿、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮；聚苯乙烯：环己酮、二氯甲烷、氯仿、苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮；聚甲基丙烯酸甲酯：丙酮、苯酚、苯甲醚；如上所述的一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，以一定的夹角进行喷吹是指喷吹速度为0.1～100m/s，温度为15～65℃，喷吹方向与射流方向的夹角为45～90°。如上所述的一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，所述喷吹的作用位置为静电纺丝喷口到接收基材之间的射流飞行范围内，该范围为气流对射流作用的有效范围。如上所述的一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，所述静电纺丝过程的电压为1～100KV，接收距离为1～50cm，灌注速度为0.1～10mL/h。如上所述的一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，静电纺丝的接收基材为纺织品、铜网、浸油纸、铝箔、钢板或非织造布。本专利技术还提供了一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝装置，由静电纺丝箱体、高压直流电源、静电纺丝供液系统及喷丝头和接收基材组成，在所述静电纺丝箱体一侧安装一蒸气发生及供气系统，用以提供空气和/或溶剂蒸气的混合气流。如上所述的静电纺丝装置，所述静电纺丝箱体为非密封的常压箱体，其内部空气压力与外界大气压相同。如上所述的静电纺丝装置，所述蒸气发生及供气系统的蒸气出口安装有气流方向控制栅，方向控制栅可以控制侧向气流对射流喷吹的夹角为45～90°之间。如上所述的静电纺丝装置，所述静电纺丝箱体的另一侧安装一蒸气浓度检测探头，用以检测气流中溶剂蒸气的浓度。由于上述所用静电纺纤维基防水透湿膜的聚合物溶液射流易在从纺丝喷口到接收基材的距离内发生相分离而快速固化成纤，在到达接收基材时纤维间不发生搭接以及粘连，为此应选用聚合物的溶剂蒸气对静电纺丝射流进行喷吹，以减缓射流中溶剂扩散和挥发速度，从而降低聚合物溶液射流的固化成纤速度，使其在到达接收基材时仍然含有溶剂而导致纤维间产生粘连结构。有益效果(1)本专利技术首次采用空气和/或溶剂蒸气的混合气流对聚合物溶液射流进行侧向喷吹，从而降低射流中溶剂分子的扩散和挥发速度，延缓射流中聚合物分子固化成纤的速度，使射流在到达接收基材时产生增强的纤维间粘连结构以及减小的孔径，进而提高纤维基防水透湿膜的耐水压、耐磨性及强度。(2)本专利技术提供的侧向气流喷吹技术中气流的喷吹方向为垂直于射流的喷射方向，与现有同向的气流辅助技术相比，气流与射流间的相对运动速度较高，使气流中溶剂成分与射流中溶剂间的交换速率大幅提高，有效的抑制了聚合物与溶剂的相分离速率，对纤维间粘连结构的增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，其特征是：静电纺丝过程中，以空气和/或溶剂蒸气的混合侧向气流对聚合物溶液射流以一定的夹角进行喷吹，降低射流中溶剂分子的挥发速度，延缓射流中聚合物分子固化成纤的速度；所得静电纺丝膜即超耐磨的纤维基防水透湿膜的耐水压≥100kPa，透湿通量≥15000g/m2/d，耐磨性达到8000～10000圈，强度≥20MPa；所述聚合物溶液中，聚合物为聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或任意几种的组合。

【技术特征摘要】
1.一种超耐磨的纤维基防水透湿膜的静电纺丝方法，其特征是：静电纺丝过程中，以空气和溶剂蒸气的混合侧向气流或溶剂蒸汽的侧向气流对聚合物溶液射流以一定的夹角进行喷吹，降低射流中溶剂分子的挥发速度，延缓射流中聚合物分子固化成纤的速度；所得静电纺丝膜即超耐磨的纤维基防水透湿膜的耐水压≥100kPa，透湿通量≥15000g/m2/d，耐磨性达到8000～10000圈，强度≥20MPa；所述以一定的夹角进行喷吹是指喷吹速度为0.1～100m/s，温度为15～65℃，喷吹方向与射流方向的夹角为45～90°；所述聚合物溶液中，聚合物为聚砜、聚丙烯腈、聚酰胺、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或任意几种的组合。2.根据权利要求1所述的静电纺丝方法，其特征在于：所述混合侧向气流的成分为空气和溶剂蒸气的混合气体，其中溶剂蒸气的体积分数为10～90％。3.根据权利要求1所述的静电纺丝方法，其特征在于：所述聚合物溶液射流所用的溶剂以及侧向气流中含有的溶剂蒸气所用的溶剂均为纺丝所用聚合物的良溶剂，根据聚合物分别对应为：聚丙烯腈：N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜；聚砜：氯仿、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮；聚酰胺：甲酸、苯酚、N,N-二甲基甲酰胺；聚氯乙烯...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁彬，李洋，生俊露，赵景，张龙威，田海洋，印霞，俞建勇，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31