[发明专利]纳米纤维网结构在审

专利信息
申请号: 201480022509.4 申请日: 2014-02-20
公开(公告)号: CN105121728A 公开(公告)日: 2015-12-02
发明(设计)人: 黃慆;J.R.古科特 申请(专利权)人: 纳幕尔杜邦公司
主分类号: D04H1/736 分类号: D04H1/736;D04H3/007;D04H3/02;D04H3/05;D01D5/08;D01D5/18
代理公司: 中国专利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 邹雪梅;李炳爱
地址: 美国特拉华*** 国省代码: 美国;US
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摘要:
搜索关键词: 纳米 纤维 结构
【说明书】:

技术领域

发明涉及具有独特一致结构的纳米纤维网产品。具体地,纳米纤维网可用于选择性阻隔最终用途,诸如气体和液体过滤以及电池和电容器分隔体领域。

背景技术

可由溶液方法诸如静电纺丝或电吹法生产聚合物纳米纤维。然而,为了由纳米纤维制造工艺获得商业上可行的生产量,需要熔体纺丝法。无规沉积纤维的常规熔喷工艺在对于大多数最终用途应用充分高的生产量下不提供充分的均匀度。无规的、不受控的沉积另外在实施过程中不像可能期望的那样提供各向同性纤维网。需要具有高均匀度的纳米纤维的各向同性纤维网。

发明内容

本发明涉及一种包括纳米纤维的纳米纤维网。在一个实施例中,通过熔体纺丝法生产纤维。在另一个实施例中,纤维包含聚烯烃。在另一个实施例中,纳米纤维网包括纤维,其中所有纤维包含聚烯烃。纤维中的至少一些基本上由聚烯烃组成或所有纤维基本上由聚烯烃组成。纤维中的至少一些可由聚烯烃组成或所有纤维可由聚烯烃组成。

聚烯烃可不受限制地选自聚丙烯、聚乙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、以及它们的共聚物。聚烯烃还可为乙烯与一种或多种烯烃单体的共聚物,烯烃单体包括丙烯、丁烷、己烷或辛烷。

在另一个实施例中,纳米纤维网包括聚合物纳米纤维,其中聚合物纤维具有小于0.10的平均卷曲指数并且纳米纤维网具有小于5.0的均匀度指数。在另一个实施例中,纳米纤维网具有介于0.8和1.2之间的纤维取向指数。

本发明的纳米纤维网的中流量孔尺寸减去孔尺寸的众数还可小于1.0。在另一个实施例中,孔尺寸分布的99%宽度(W)与在众数M0处孔尺寸的峰值高度的比率小于0.1。

在另一个实施例中,本发明的纳米纤维网可包括布置成簇的多个连续聚合物纤维,其中纤维具有小于1,000nm的平均直径并且其中纤维网具有对应于以下结构的大体形态;

(i)每个纤维被置于沿其长度具有基本上恒定曲率的弧中;

(ii)指定簇中的所有纤维弧具有基本上相同的曲率;

(iii)指定簇中的纤维弧是共面的并且指定簇中的任何指定纤维弧在该簇的平面中与所述簇中的其它弧彼此间隔开且基本上平行地放置;并且

(iv)指定簇中纤维弧的曲率的中心是共线的。

附图说明

图1为示出由来自本发明的多个离心式纺丝头的纤维的叠置形成的初生纳米纤维网图案的实施例的示意图。

图2为来自5个离心式纺丝头的纤维沉积图案的示意图。

图3为来自10个离心式纺丝头的纤维沉积图案的示意图。

图4为来自3个离心式纺丝头的纤维沉积图案和纤维网形成的图示。

图5为在本发明中用于纤维网均匀度计算的图示。

图6A-D为在本发明中使用的纤维取向的表征和测量方法的图示。

图7为在本发明中使用的纤维卷曲指数(纤维直线度)的表征和测量方法的图示。

图8为在本发明中使用的纤维网孔尺寸的表征和测量方法的图示。

图9A-C示出实例1的离心式熔纺聚丙烯纳米纤维网的纤维网和扫描电子显微镜(SEM)图像。

图10A-C示出实例2的离心式熔纺聚丙烯纳米纤维网的纤维网和SEM图像。

图11A-C示出实例3的离心式熔纺聚丙烯纳米纤维网的纤维网和SEM图像。

图12A-C示出实例4的离心式熔纺聚对苯二甲酸乙二醇酯纳米纤维网的纤维网和SEM图像。

图13A-C示出比较例1的离心式熔纺聚丙烯纳米纤维网的纤维网和SEM图像。

图14A-C示出比较例3的熔喷聚丙烯纤维网的纤维网和SEM图像。

图15A-C示出比较例4的熔喷聚丙烯纤维网的纤维网和SEM图像。

图16A-C示出比较例5的熔喷聚丙烯纤维网的纤维网和SEM图像。

图17A-C示出比较例6的熔喷聚丙烯纤维网的纤维网和SEM图像。

图18A-H示出用于制备取向曲线图的SEM图像。图18A-B为实例1的离心式熔纺聚丙烯纳米纤维网的SEM图像和取向曲线图。图18C-D为比较例3的熔喷聚丙烯纤维网的SEM图像和取向曲线图。图18E-F为比较例4的熔喷聚丙烯纤维网的SEM图像和取向曲线图。图18G-H为比较例5的熔喷聚丙烯纤维网的SEM图像和取向曲线图。

图19示出与熔喷聚丙烯纤维网相比离心式纺丝聚丙烯纤维网的应力-应变曲线(通过基重归一化)。

图20示出离心式纺丝聚丙烯纤维网在纵向(MD)和横向(TD)上的应力-应变曲线(通过基重归一化)。

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