一種具有抗撕裂性能的非織造複合材料及其製備方法與流程
2023-05-29 08:46:36 1
本發明涉及一種非織造複合材料及其製備方法，尤其涉及一種具有抗撕裂性能的非織造複合材料及其製備方法。
背景技術：
非織造材料使用環境比較惡劣，如果長期受到局部集中負荷的作用，就可能達到其強度極限而被集中負荷撕裂成裂縫，使非織造材料受到破壞。因此，如何提高非織造材料的撕裂性能是急需解決的問題。
聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)是改性後的聚偏氟乙烯(pvdf)，即是在聚偏氟乙烯pvdf上添加了8wt％～20wt％左右的六氟丙烯(hfp)。聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)具備了聚偏氟乙烯(pvdf)本身各種優異的性能，包括耐熱性、機械強度大、耐腐蝕、耐受溫度範圍寬等。
cn102242464a採用有機-無機材料複合製備得到的複合納米纖維提高了複合納米纖維的力學性能，其是將陶瓷材料加入聚合物溶液進行靜電紡絲，在接收裝置上得到複合納米纖維膜。然而該複合納米纖維膜的抗撕裂性能很不理想。
技術實現要素：
針對上述所涉及的問題，本發明的目的是提供一種具有抗撕裂性能的非織造複合材料及其製備方法，該製備方法以聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)為原料，加入特定含量的硬質sio2粒子後通過靜電紡絲技術紡製成納米纖維膜並將其紡制到聚酯熔噴非織造布上，來提高非織造複合材料的撕裂性能。
本發明的研究人員意外發現，用含二氧化矽0.25wt％-1.5wt％、含聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)8wt％-10wt％的紡絲溶液、採用靜電紡絲技術在聚酯熔噴非織造布上進行紡絲後，製得非織造複合材料具有非常優良的抗撕裂性能，完全可以滿足工程上的需要，適於在惡劣環境中使用。
由此，本發明提供如下技術方案：
一種具有抗撕裂性能的非織造複合材料的製備方法，其包括如下步驟：
s1：稱取一定體積的n-n二甲基甲醯胺(dmf)和丙酮並混合，作為溶劑，其中n-n二甲基甲醯胺(dmf)與丙酮的體積比為7：3；
s2：稱取一定質量的聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)作為溶質，將其加入s1製得的溶劑以配製濃度為8wt％-10wt％紡絲溶液，把紡絲溶液放置於磁力攪拌器中進行水浴攪拌，直至聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)顆粒完全溶解形成均勻透明溶液；
s3：稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量0.25wt％-1.5wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲溶液中；
s4：把s3得到的紡絲溶液放在磁力攪拌器中攪拌，然後用超聲波震蕩分散，以便聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)和二氧化矽完全溶解；
s5：將s4中得到的紡絲溶液採用靜電紡絲技術在聚酯熔噴非織造布上進行紡絲後製得具有抗撕裂性能的非織造複合材料。
作為優選，所述步驟s2中的水浴溫度為55℃。
作為優選，所述步驟s4中的磁力攪拌器中勻速攪拌1h，超聲波震蕩分散2h。
作為優選，所述步驟s5中的靜電紡絲的環境溫度為20℃-25℃，相對溼度為40％-60％。
作為優選，所述步驟s5中的靜電紡絲包括：將步驟s4中配置好的紡絲溶液倒入針頭內徑為0.8mm、容量為5ml的注射器中並將注射器固定在流量泵上，調節紡絲距離，將注射器針頭和接收板分別連接到直流高壓電源的正負極，接收板用聚酯熔噴非織造布覆蓋；打開流量泵調節紡絲溶液的流量，待紡絲溶液緩慢流出後打開高壓電源並調節電壓開始紡絲；紡絲結束後，把高壓電源調零並切斷電源，然後取下接收板上的具有抗撕裂性能的非織造複合材料。
作為優選，所述步驟s5中進行靜電紡絲時，接收板和針頭之間的距離調節範圍為10-20cm。
作為優選，所述步驟s5中進行靜電紡絲時，電壓調節範圍為10-20kv。
作為優選，所述步驟s5中進行靜電紡絲時，流速設定範圍為0.3-2ml/h。
作為優選，所述步驟s5中進行靜電紡絲時，所述接收板是金屬銅板。
作為優選，所述步驟s5中進行靜電紡絲時，所述接收板用聚酯熔噴非織造布覆蓋是指用雙面膠將聚酯熔噴非織造布粘到接收板上。
進一步地，本發明還提出一種根據本發明所述的製備方法製得的具有抗撕裂性能的非織造複合材料。
本發明具有以下優點：
與現有技術相比，本發明提供了最適宜的原料配比和製備條件，然後利用靜電紡絲技術提高非織造複合材料的抗撕裂性能，結構簡單、操作方便、控制簡單、工藝流程短。
附圖說明
圖1是本發明利用靜電紡絲技術製得的具有抗撕裂性能的非織造複合材料的掃描電鏡圖。
圖2本發明具有抗撕裂性能的非織造複合材料的撕破強力與二氧化矽含量的曲線圖。
具體實施方式
實施例1
第一步：將70ml的n-n二甲基甲醯胺(dmf)和30ml的丙酮混合作為溶劑。
第二步：稱取7.2g的聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)作為溶質，在燒杯中配製溶液濃度為8wt％紡絲溶液，把燒杯放置於磁力攪拌器中進行水浴加熱攪拌，水浴溫度為55℃，直至聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)顆粒完全溶解形成均勻透明溶液。
第三步：稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量0.25wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
第四步：把第三步中配置好的紡絲溶液放在磁力攪拌器中勻速攪拌1h，然後用超聲波震蕩分散二氧化矽(sio2)2h，讓聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)和二氧化矽(sio2)完全溶解。
第五步：控制製備環境溫度在20℃-25℃左右，相對溼度在40％-60％左右。將第四步配置好的紡絲溶液倒入針頭內徑為0.8mm、容量為5ml的注射器中並將注射器固定在流量泵上，將注射器針頭和接收板分別連接到直流高壓電源的正負極，接收板用聚酯熔噴非織造布覆蓋；接收板和針頭之間的距離調節為15cm，調節紡絲時電壓15kv，流速為0.6ml/h；紡絲結束後，把高壓電源調零並切斷電源，然後取下接收板上的具有抗撕裂性能的非織造複合材料。
實施例2
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量0.5wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
實施例3
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量0.75wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
實施例4
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量1.0wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
實施例5
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量1.25wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
實施例6
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量1.5wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
對比例1
第一步：以n-n二甲基甲醯胺(dmf)和丙酮為溶劑，n-n二甲基甲醯胺(dmf)與丙酮的體積比為7：3。
第二步：稱取一定質量的聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)作為溶質，在燒杯中配製溶液濃度為8wt％紡絲溶液，把燒杯放置於磁力攪拌器中進行水浴加熱攪拌，水浴溫度為55℃，待聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)顆粒完全溶解形成均勻透明溶液。
第三步：控制製備環境溫度在20℃-25℃左右，相對溼度在40％-60％左右。將上面得到的溶液進行靜電紡絲，接收板和針頭之間的距離調節為15cm，調節紡絲時電壓15kv，流速為0.6ml/h，通過靜電紡絲製得不含二氧化矽的非織造複合材料。
對比例2
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量1.75wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
對比例3
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量2.0wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
對比例4
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量3.5wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
對比例5
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量7wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
對比例6
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量10wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
對比例7
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量15wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
對比例8
製備步驟同實施例1，區別在於，第三步稱取相對於聚偏氟乙烯-六氟丙烯(pvdf-hfp)質量20wt％的二氧化矽添加於配製好的紡絲液中。
對實施例1-6和對比例1-8製得的產品進行撕破強力測試。測試儀器為豐易紡織科技有限公司的elmatic撕破強力測試儀。測試標準為gb/t3917.1-2009/iso13937-1：2000《紡織品織物撕裂性能第1部分：衝擊擺錘法撕破強力的測定》。
測試步驟：開啟設備電源開關，此時設備進行自檢；自檢結束以後，按f1鍵準備懸掛重錘，此時懸掛臂會自動移至前方；按住紅色按鈕開啟防護罩；將需要的重錘懸掛上去，注意重錘上的黑色拉手要向下，同時重錘上的字母要向左；懸掛好重錘之後，關閉防護罩，按start鍵，懸掛臂及重錘往後移動至實驗位置；按cal鍵進行校正，若需要校正可按enter鍵，擺錘會自動落下並完成自動校正；再次打開防護罩，將被測試的樣品放置在樣品夾上固定；關閉防護罩，按start鍵開始測試，此時儀器會自動切割樣品並完成撕破過程；記錄下電子顯示屏的實驗數據；打開防護罩，取出實驗樣品，裝上下一個樣品，重複前面的實驗操作。
實驗操作採用的量程(pendulum)是6400cn。
經過測試，得到的撕破強力數據如表1。
表1二氧化矽含量和撕破強力數據表
圖1是本發明利用靜電紡絲技術製得的具有抗撕裂性能的非織造複合材料的掃描電鏡圖。從圖1中可以看出通過靜電紡絲製得了在常規的聚酯熔噴非織造布上複合了納米纖維膜從而得到納米級的非織造複合材料。
圖2本發明具有抗撕裂性能的非織造複合材料的撕破強力與二氧化矽含量的曲線圖，其根據表1製作。從圖2中可以看出，本發明製備方法製得的二氧化矽含量在0.25wt-1.5wt％的非織造複合材料具有良好的抗撕裂性能。
以上內容僅為本發明的較佳實施例，對於本領域的普通技術人員，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用範圍上均會有改變之處，本說明書內容不應理解為對本發明的限制。