[发明专利]一种自扭曲螺旋、成捻结构微纳米纤维的制备方法

说明书

本发明公开了一种自扭曲螺旋、成捻结构微纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：步骤1：取酸和去离子水混合后配置成浓度为88‑95％的酸溶剂；步骤2：将1.5‑2.5gPA6尼龙粉末放入上述酸溶剂中，在20‑35℃的温度之间水浴加热30‑180min使所述尼龙粉末充分溶解，形成浓度为15‑30％均匀稳定的尼龙纺丝溶液；步骤3：将上述尼龙纺丝溶液注入静电纺丝装置的注射单元中，接通所述静电纺丝装置的高压电源，即可在所述静电纺丝装置的接收单元上收集到具有自扭曲螺旋、成捻结构的微纳米纤维。本发明至少有以下优点：制备工艺简单、纤维结构螺旋成捻。

技术领域

本发明涉及静电纺丝技术领域，尤其涉及一种自扭曲螺旋、成捻结构微纳米纤维的制备方法。

背景技术

静电纺丝技术自上世纪发展至今已有近百年的历史，随着纳米技术的兴起，静电纺丝技术在近二十年得到了快速的发展，并逐渐实现了产业化。该技术因工艺简单、设备占地小、生产成本低廉，能够快速且大量生产直径在几十纳米到几微米之间的超细纤维材料，被广泛应用于纳米纤维的工业化生产。其生产的超细纤维具有直径小、比表面积大、纤维连续性好、形成的纳米纤维孔径小。孔隙率较高等优点，可以应用于能源、环境、电子、信息、国家安全以及医疗等领域。

在静电纺丝过程中，纺丝溶液或溶体在高压静电场作用下带点并发生形变，在纺丝喷头的末端形成悬垂液滴(泰勒锥)。在液滴表面的电荷斥力超过其表面张力时，微小的液体流就会从液滴的表面高速喷射出来形成射流，在电场的作用下，射流被开始拉伸。随着溶剂的挥发和固体物质的固化，最终形成超细纤维，沉降在接收板上。相对普通直线型纳米纤维，具有扭曲螺旋结构的微纳米纤维有着良好的柔韧性、弹性、高蓬松性、高孔隙率，在很多领域有着广泛的应用前景。目前现有的技术中陆续公开了扭曲螺旋纤维的电纺制备，比如单根纤维的螺旋大多数利用纺丝材料某些性能的不均匀分布来制备，利用两种不同断裂伸长率的高聚物共混纺丝，这些方法应用范围往往受材料性能和成分限制。目前较为广泛的是采用并列型双组份静电纺丝装置，该装置的缺点是，必须具有两种固化时性能不同的纺丝液，需要能够将两种纺丝液平列输送至喷丝口的喷头和两套互相配合的溶液供给装置，纺丝装置较为复杂，不便于操作和维护，且无法制备单组分纤维。

专利CN101586258A公开了“一种扭曲螺旋结构微纳米纤维的制备方法”，通过对喷丝针头的改进，在普通中空针头内嵌设金属针尖，用直径2-3㎝的金属圆片作为接受板，制备了含有无机化合物的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)螺旋纤维。该发明方法制得的具有螺旋结构的限位限于以PVP为主体的纺丝液，且中空针头中嵌入金属针，容易造成纺丝针头堵塞。技术上有较大的局限性，该方法只适合内径较大的中空针头，而利用大内径针头纺制的纤维较粗，因而该装置不能纺制直径较细的纤维。其次，该方法只能实现单根纤维的螺旋结构，不能同时对多根纤维进行扭曲和加捻，纺制的纤维量效率低且结构上存在区别。目前的纺丝装置及方法，普遍存在工艺复杂、产量低、生产成本高、适用性差的缺点。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明目的在于提供一种自扭曲螺旋、成捻结构微纳米纤维的制备方法，以解决现有技术中的制备工艺复杂、纤维直径较粗、纤维结构性能差的问题。

本发明的一种自扭曲螺旋、成捻结构微纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：步骤1：取酸和去离子水混合后配置成浓度为88-95％的酸溶剂；步骤2：将1.5-2.5gPA6尼龙粉末放入上述酸溶剂中，在 20-35℃的温度之间水浴加热30-180min使所述尼龙粉末充分溶解，形成浓度为15-30％均匀稳定的尼龙纺丝溶液；步骤3：将上述尼龙纺丝溶液注入静电纺丝装置的注射单元中，接通所述静电纺丝装置的高压电源，即可在所述静电纺丝装置的接收单元上收集到具有自扭曲螺旋、成捻结构的微纳米纤维。

进一步地，所述酸溶剂为甲酸和/或乙酸。

进一步地，所述酸溶剂为甲酸和乙酸的混合液，以质量为单位，所述甲酸和乙酸之比为8:1。