[发明专利]一种阻燃纳米纤维复合材料的制备方法及装置

说明书

本发明涉及纺织加工技术领域，针对阻燃纤维阻燃时烟雾多的问题，本发明提供一种阻燃纳米纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：将聚丙烯腈配成纺丝液，通过纺丝机喷射出纳米纤维，沉积到纺织纤维上，再热压定型，然后预氧化处理使、二次热压定型，最后卷绕收集。本发明采用静电纺丝技术，将常见的纺织纤维和纳米纤维相结合，通过热压定型和预氧化处理，使复合材料具备阻燃耐燃性，由静电纺丝法制得的纳米纤维直径细，比表面积大、孔隙率高，使复合材料具有优异的过滤性能，在阻燃的同时，对烟雾和有害气体的吸附能力强。本发明还提供了一种用于上述制备方法的装置。

技术领域

本发明涉及纺织加工技术领域，尤其是涉及一种阻燃纳米纤维复合材料的制备方法及装置。

背景技术

近年来，随着科学技术的飞速发展，人们在高分子材料领域开发出了越来越多的新材料，在享受这些新材料带来便利的同时，也面临着一大难题，如何提高高分子材料的阻燃性和抑烟技术。在日常生活中，衣服、窗帘、沙发等纺织品都容易被引燃而发生火灾，而这些纺织品大多都由聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（尼龙）、聚丙烯腈纤维（腈纶）和粘胶纤维等合成纤维单纺或混纺组成。常见的阻燃剂有化学阻燃剂和填料型阻燃剂，通过添加阻燃剂的方式，可以赋予纤维阻燃特性。例如一篇公开号为CN108977915A、名称为《一种阻燃型丙纶短纤维及其制备方法》的专利，介绍了一种阻燃型丙纶短纤维，由以下重量份组分制成，丙纶切片80～120份、聚丙烯腈基碳纤维40～60份、阻燃剂40～60份、分散剂20～40份、增塑剂10～20份和色母粒20～30份，该阻燃型丙纶短纤维续燃和阴燃时间短，阻燃能力强，燃烧后无熔滴，同时具有良好的除臭功能。但其采用的阻燃剂例如氧化锑，在发挥作用时会产生很多的烟雾和有害气体，对人的生命安全和生存环境造成直接的危害。据此需要一种理想的阻燃纤维。

聚丙烯腈纤维是常见的人工合成纤维，用作民用纺织品时，具有羊毛柔软的手感。另外它可以作为碳纤维生产的原料，通过预氧化、碳化处理来制备成高性能的碳纤维材料。在预氧化的过程中，聚丙烯腈纤维会发生环化、氧化、脱氢、交联等反应，由线型分子链转化成梯形结构，从而具有耐高温的阻燃耐燃特性。

静电纺丝技术是通过在聚合物溶液喷射器和接收器之间施加一个高压电场，从而使聚合物溶液形成纳米纤维的纺丝技术。由静电纺丝法制得的纳米纤维具有较小的直径和很大的比表面积，使纤维具有多种独特的性能，在生物医学、空气过滤、防护衣服等领域都有着巨大的应用潜力。静电纺纳米纤维在制备时需要接收器，通常用无纺布来收集随机沉积的纳米纤维，单独的纳米纤维在使用时，强度低，应用范围有限，无法体现出纳米纤维材料特性和高比表面积的优势。

发明内容

本发明为了克服目前的阻燃纤维在阻燃时会产生大量的烟雾的问题，提供一种阻燃纳米纤维复合材料的制备方法，将静电纺聚丙烯腈纳米纤维和常见的纺织纤维复合在一起，通过预氧化工艺处理，使其具备阻燃耐燃性，提高了复合纤维的阻燃性。由于纳米纤维直径细，比表面积大、孔隙率高，具有优异的过滤性能，在阻燃的同时，对烟雾和有害气体的吸附能力强，该纳米复合纤维材料还具有价格低廉、制备方法绿色环保、安全可控、适于规模化生产的特点。本发明还提供了一种用于上述制备方法的装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种阻燃纳米纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）配置纺丝液：将聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，配置成质量分数8%-20%的聚丙烯腈纺丝液；

（2）静电纺丝：调节静电纺丝机的纺丝电压为20-50 kV，使纺丝液喷射形成直径在50-1000 nm之间的纳米纤维，纳米纤维喷射到基材上，基材为纺织纤维，基材的接收距离为10-20 cm；

（3）热压定型：将喷涂好纳米纤维的基材输送至热压机中，热压温度控制在60-100℃，热压时间为1-5 min，热压压力为1-100 MPa；