[发明专利]具有线性沟槽特征的微纳米纤维材料及其有序成型方法

说明书

本发明提供一种具有线性沟槽特征的微纳米纤维材料及其有序成型方法，所述的微纳米纤维材料特征为两种非相容的热塑性高分子聚合物组成，纤维直径分布在0.1～30μm，纤维表面存在有尺度在1~200nm、纤维表面算术平均粗糙度在0.1~0.98之间的有序线性沟槽特征形态；所述有序成型方法包括双组分熔体共混，高速热气流牵伸成网和有序刻蚀等，具有工艺流程短，结构特征（纤维直径分布和线性沟槽）可控性好的特点；线性沟槽特征的微纳米纤维材料不仅具有大的比表面积的纤维直径分布，还具有线性沟槽状的异形纤维表面粗糙形态，在液体快速传输领域、高效低阻的气固分离和油水分离等领域具有极大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及到非织造材料领域，具体是一种线性沟槽特征的微纳米纤维材料及其有序成型方法。

背景技术

非织造材料作为通过物理和/或化学方法制成的具有工程结构完整性的纤维集合体，是介于传统纺织品、塑料、皮革和纸四大柔性材料之间的纤维材料。其不仅具有原料来源广，成网方法、固网方法和后整理方法多样化的加工特点，还具有多种几何工程结构，在能源与环境、医疗与卫生、过滤与分离、土工和建筑等众多关系国计民生的重要领域具有广泛的应用。在过去三十年内，非织造材料由于其功能的先进性、应用的便利性和制备的多样性而不断的发展壮大。根据中国纺织工业联会统计数据，2018年我国非织造材料的总产量为593.2万吨，相较于2008年的134.7万吨，增长了340.4 %。伴随这非织造材料产量持续增大的就是人们对非织造材料的先进性的追求；比如人们希望医用敷料在隔离伤口的同时还具有实现导保湿特性以促进伤口的愈合，卫生用品更具有舒适性和安全性，过滤材料在小的滤阻下实现对细小颗粒物的高效捕获等，这也为非织造材料的进一步发展提供了方向。但是，传统的非织造材料通常由直径在25微米以上的圆形纤维组成，其纤维表面光滑，结构单一，性能简单，无法满足人们的需求。

国内外众多研究者尝试通过超细纤维和异形截面提高其功能性。如CN 201362762Y提出利用长宽比≧2的高比值“一”字形喷丝孔的喷丝板及熔体直接纺丝方法获得一种单丝线密度≤0.58dtex的超细扁平涤纶长丝。CN 101429685 A提出将高聚物熔体加压从两个紧靠的狭缝状喷丝孔内喷出，利用高聚物熔体所具有的巴拉斯效应相互粘结成异形纤维。CN 106192032 A提出将用有光涤纶切片加热成高聚物熔体后通过中空椭圆形的喷丝孔挤出获得一种仿蚕丝超细异形纤维。CN 102733009 A利用湿法纺丝技术，通过对聚合及凝固成型采用的溶剂进行改性，使溶剂与改性剂形成络合结构，进而在湿法纺丝凝固成型过程中改善凝固双扩散，制备出具有轴向规整表面沟槽结构、径向结构均匀致密的聚丙烯腈原丝，而后在预氧化过程中通过预氧结构控制，制备出具有规整表面沟槽结构的高强度聚丙烯腈基碳纤维。CN 110042507 A则在聚丙烯腈基碳纤维制备过程中通过调节凝固浴液的溶度参数，来调控聚丙烯腈基碳纤维的表面沟槽结构。CN 104073895 A以有高挥发性和低挥发性两种溶剂的高分子溶液为原料，通过静电纺丝技术制备微/纳米纤维，并通过调节溶剂比例、溶液浓度和相对湿度等工艺参数，制备具有不同沟槽结构的微/纳米纤维。

尽管异形纤维的制备已经很多，但多是在纤维成型前通过改变喷丝板形状或者湿法纺丝的过程中调控溶剂的浓度等方式获得异形纤维。但是所制备出来的多是单丝，并且由于熔体或者溶液在凝固成纤时会发生胀大，导致异形界面不符合预期设计。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种具有线性沟槽特征的微纳米纤维材料及其有序成型方法，具体是提供一种由微纳米纤维组成的纤维集合体及其制备方法，并可以对微纳米纤维的直径分布和纤维表面粗糙度进行有效控制。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：