一种采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法技术

本发明专利技术公开了一种采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法，所述方法包括：(a)制备具有图案或凹凸结构的收集模板；(b)采用高压电场将高聚物溶液或高聚物熔融液体通过静电力牵引纺丝并收集在(a)制备的收集模板上；(c)将(b)收集到的柔性拉胀材料从收集模板上剥离；(d)将柔性拉胀材料进行后处理，以提高柔性拉胀材料的力学性能或赋予其功能。本发明专利技术中的方法可用于柔性拉胀材料的连续或间歇式制备，提高柔性拉胀材料的生产效率；制备的柔性拉胀材料可用于服装、过滤材料、生物医用、组织工程、光电材料、冲击防护、传感器、复合材料等领域。

Method for preparing flexible stretch expansion material by template electrospinning

The invention discloses a template using electro spinning method for preparing flexible auxetic material, the method includes: (a) prepared with pattern or concave convex structure collection template; (b) using high pressure electric field of polymer solution or polymer melt liquid by electrostatic spinning and collecting in traction (a) preparation the collection of the template; (c) (b) will be collected by the flexible auxetic material stripped from the collection template; (d) the flexible auxetic materials to improve the flexibility of postprocessing, auxetic material mechanical performance or functionality. The methods of the invention can be used for flexible auxetic material continuous or intermittent preparation, improve flexible auxetic material production efficiency; preparation of flexible auxetic material can be used in the field of clothing, filter materials, biomedical materials, tissue engineering, photoelectric materials, impact protection, sensor, composite materials etc..

【技术实现步骤摘要】
一种采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法
本专利技术涉及一种利用电纺丝方式制备具有拉胀性能的柔性拉胀材料的方法，属于纺织服装用拉胀结构材料的制备

技术介绍
拉胀材料是指具有负泊松比效应的材料，即材料在拉伸时垂直于拉伸方向变宽，压缩时材料变厚的现象。拉胀材料被称为21世纪智能材料之一，并不断有具有拉胀效应的泡沫材料、聚合材料和复合材料被制作出来。拉胀结构采用柔性材料制作并呈现可以为其广泛应用提供基础，目前利用拉胀结构制备了多种柔性拉胀材料，包括拉胀纤维、拉胀纱线、拉胀织物等。分析近年来国内外有关柔性拉胀材料的研究，关于拉胀纤维的制备集中于从改变高聚物内部微结构入手，如改进传统熔融纺丝工艺，使高聚物长丝成形后内部具有微孔，从而具备拉胀效应，如授予Alderson等人的Auxeticfilamentarymaterials(美国专利，专利技术专利号U.S.2007/7247265B2)；关于拉胀纱线的制备则主要采用传统正泊松比长丝通过螺旋结构成形，使其在受轴向拉伸作用时，长丝组分由于模量不同而导致结构变化，位置互换，表现为纱线的表观直径增大，如授予Hook的Usesofauxeticfibres(美国专利，专利技术专利号U.S.2011/8002879B2)，授予胡红等人的一种负泊松比纱线结构及其制造方法(专利技术专利号CN201210212844.3)；关于拉胀织物的制备主要采用针织结构，在其中加入嵌入纱，使针织结构在拉伸变形过程中由于嵌入纱的作用而打开空隙，形成拉胀效应，如授予Starbuck等人的Fabricshavingknitstructuresexhibitingauxeticpropertiesandgarmentsformedthereby(美国专利，专利技术专利号U.S.2008/0011021A1)，授予Anand等人的Auxeticknittedfabrics(美国专利，专利技术专利号WO2010/125397A1)，授予Ugbolue等人的Auxeticfabricstructureandrelatedfabricationmethods(美国专利，专利技术专利号U.S.2014/8772187B2)；此外还有直接采用高聚物制作拉胀网片的专利技术，如授予Alberg等人的Methodsofmakinganauxeticmesh(美国专利，专利技术专利号U.S.2014/8728369B2)；2016年胡红教授公开的一种负泊松比机织物及制造方法(专利技术专利公开号CN106149150A)，由最小重复织物结构单元重复组成，单元由经纱和纬纱共同交织构成，最小重复织物结构单元的形状结构是内凹多边形、旋转多边形、星形蜂窝结构、交联多边形或者内凹折叠结构，使机织物在其平面一个或多个方向上呈现负泊松比或零泊松比效应；关于拉胀纺织品的应用，可用于穿戴，如授予Blakely等人的Articlesofapparelwithauxeticfabrics(美国专利，专利技术专利号U.S.2014/0109286A1)，可用于过滤，如授予Martin等人的Filteringface-piecerespiratorhavinganauxeticmeshinthemaskbody(美国专利，专利技术专利号U.S.2015/8967147B2)，可用于冲击防护，如授予Rossow等人的Blastcontrolblanket(美国专利，专利技术专利号U.S.2016/0040962A1)，授予Eberlein等人的Seatingunitwithauxeticsupport(美国专利，专利技术专利号U.S.2015/0320220A1)。上述拉胀材料在制备过程中采用纤维或纱线，材料具有柔性，但主要工艺仍然是基于传统的针织和机织工艺，织物产品变形过大；而拉胀网片虽方法新颖，但网片硬度较大，柔性不足；要使柔性拉胀材料扩大应用，必须使成形的拉胀材料具备一定柔性和稳定性，即整体有序、局部无序的结构。常江、张大明提出了一种采用电纺丝制备管状纤维材料的方法(专利技术专利号CN102084042A)，通过控制电纺丝工艺参数，使用单一金属棒状模板或由其组成的具有交叉结构的二维或三维金属棒状组合模板，制得管状电纺丝纤维材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种采用模板电纺丝方法制备具有拉胀性能的柔性材料的方法。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是提供了一种采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)制备具有图案或凹凸结构的收集模板；(b)采用高压电场将高聚物溶液或高聚物熔融液体通过静电力牵引纺丝并收集在步骤(a)制备的收集模板上；(c)将通过步骤(b)收集到的柔性拉胀材料从收集模板上剥离；(d)将柔性拉胀材料进行后处理，以提高柔性拉胀材料的力学性能或赋予其功能。优选地，收集模板上的图案或凹凸结构具有拉胀结构，包括折叠结构和旋转结构，折叠结构和旋转结构具有拉伸条件下其他方向膨胀和压缩条件下其他方向收缩的性质；图案或凹凸结构通过针织、机织、编织、减材加工或增材加工获得，减材加工包括机械刻、刀刻、光刻、激光刻、离子刻、电子刻、化学蚀刻，增材加工包括3D打印；所述收集模板的形式为平面状、管状、或曲面状及其组合。优选地，具有图案或结构的收集模板为柔性二维或三维拉胀材料结构，为能够通过变形机理作用形成拉胀效应的图案或结构，包括内凹蜂窝、星形网络、内凹菱形、正十二面体、三角格栅、中心旋转矩形、中心旋转三角形、中心旋转四面体、手性蜂窝、中心旋转多面体、铰接六角形、铰接四边形、铰接三角形及其组合。优选地，所述柔性二维或三维拉胀材料结构的形成借助模板结构，或通过高聚物自身特殊性质构建为具有拉胀性能的结构。优选地，所述高聚物为极性或非极性，拉胀或非拉胀，溶液或熔融液体电纺可单纺、混纺或结构纺，或可改性或增强。优选地，所述静电力牵引纺丝的方式为针式或无针式，连续或间歇，开放式或封闭式，溶液电纺或熔融液体电纺。优选地，在所述步骤(c)之前执行所述步骤(d)，且步骤(d)中的后处理方式包括加热、加压、针刺、水刺、拉伸、定型、化学粘合、抗菌处理、阻燃处理、防缩处理、碳化处理及其组合。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种上述的采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法的应用，其特征在于，用于柔性拉胀材料的连续或间歇式生产，提高柔性拉胀材料的生产效率。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种通过上述的采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法得到的柔性拉胀材料的应用，其特征在于，用于服装、过滤材料、生物医用、组织工程、光电材料、冲击防护、传感器、复合材料。本专利技术提供的方法是通过模板收集装置制备微纳米尺度电纺纤维材料的拉胀结构，使其形成整体有序、局部无序的状态，在承受外力作用下，整体有序结构由于拉胀结构的作用而显示出拉胀效果，但在局部无序结构的作用下，又不会变形过大，且变形后可以恢复，即具有稳定拉胀效应，本专利技术中的方法可用于柔性拉胀材料的连续或间歇式生产，提高柔性拉胀材料的生产效率，制备的柔性拉胀材料可用于服装、过滤材料、生物医用、组织工程、光电材料、冲击防护、传感器、复合材料等领域。本专利技术通过具有图案或结构的模板作为收集装置，采用溶液或熔融液体电纺丝的方式，生产具有拉胀结构的材料，并通过后处理增强其力学性本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)制备具有图案或凹凸结构的收集模板；(b)采用高压电场将高聚物溶液或高聚物熔融液体通过静电力牵引纺丝并收集在步骤(a)制备的收集模板上；(c)将通过步骤(b)收集到的柔性拉胀材料从收集模板上剥离；(d)将柔性拉胀材料进行后处理，以提高柔性拉胀材料的力学性能或赋予其功能。

【技术特征摘要】
1.一种采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)制备具有图案或凹凸结构的收集模板；(b)采用高压电场将高聚物溶液或高聚物熔融液体通过静电力牵引纺丝并收集在步骤(a)制备的收集模板上；(c)将通过步骤(b)收集到的柔性拉胀材料从收集模板上剥离；(d)将柔性拉胀材料进行后处理，以提高柔性拉胀材料的力学性能或赋予其功能。2.如权利要求1所述的一种采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法，其特征在于，收集模板上的图案或凹凸结构具有拉胀结构，包括折叠结构和旋转结构，折叠结构和旋转结构具有拉伸条件下其他方向膨胀和压缩条件下其他方向收缩的性质；图案或凹凸结构通过针织、机织、编织、减材加工或增材加工获得，减材加工包括机械刻、刀刻、光刻、激光刻、离子刻、电子刻、化学蚀刻，增材加工包括3D打印；所述收集模板的形式为平面状、管状、或曲面状及其组合。3.如权利要求1所述的一种采用模板电纺制备柔性拉胀材料的方法，其特征在于，具有图案或结构的收集模板为柔性二维或三维拉胀材料结构，为能够通过变形机理作用形成拉胀效应的图案或结构，包括内凹蜂窝、星形网络、内凹菱形、正十二面体、三角格栅、中心旋转矩形、中心旋转三角形、中心旋转四面体、手性蜂窝、中心旋转多面体、铰接六角形、铰接四边形、铰...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜赵群，许巧丽，何玲娥，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31