一種環氧樹脂納米纖維氈及其制備方法技術

本發明專利技術公開一種環氧樹脂納米纖維氈，即首先以環氧樹脂和固化劑為內芯層、聚合物成纖基材為外鞘層，通過同軸靜電紡絲制備工藝得到芯鞘結構的納米纖維，然后將芯鞘的納米纖維進行升溫熱處理，最后通過溶解選擇性移除外鞘層聚合物成纖基材，最終得到環氧樹脂納米纖維氈。本發明專利技術的一種環氧樹脂納米纖維氈制備工藝簡單，適于規模化生產，所得環氧樹脂納米纖維直徑小、可控。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬聚合物納米纖維的制備領域，特別是涉及。
技術介紹
高壓靜電紡絲技術(簡稱電紡)隨納米科技熱潮而復興、是一種自上而下(top-down)的納米制造技術，通過外加電場力克服噴頭毛細管尖端液滴的液體表面張力和粘彈力而形成射流，在靜電斥力、庫侖力和表面張力共同作用下，被霧化后的液體射流被高頻彎曲、拉延、分裂，在幾十毫秒內被牽伸千萬倍，經溶劑揮發或熔體冷卻在接收端得到納米級纖維。該技術工藝過程簡單、操控方便、選擇材料范圍廣泛、可控性強、并且可以通過噴頭設計制備具有微觀結構特征的納米纖維，被認為是最有可能實現連續納米纖維工業化生產的一種方法。 由于電紡過程超快的干燥速率(一般在幾十毫秒內)和固化成型干燥效果，電紡復合納米纖維能夠最大限度保持各組分在溶液中的物理存在狀態并延續復制紡絲頭的結構特征，形成各種具有結構特征和功能的復合納米材料。在過去十多年來的文獻研究報道中，納米纖維復合材料被廣泛應用于能源環境、生物醫藥、食品保健等各個領域之中。在新能源開發領域，新型納米功能材料被寄于清潔高效、再生循環等能源開發應用的載體，而電紡復合納米纖維氈在該方向的應用近年來在國際上也是普遍關注的研究方向。對于電紡納米纖維的具體功能應用上，可以直接將納米纖維氈進行目標應用，發揮納米納米纖維氈的三維立體網狀結構、表面積大、孔隙率高、纖維直徑納米級別、其中成分高度均勻分散等特點；也可以作為模板進一步制備其他功能材料。如通過電紡納米纖維的物理吸附或對電紡納米纖維的后處理(如化學交聯、煅燒等)，移除聚合物成纖基材可以制備無機納米纖維和納米管、納米陶瓷管、纖維狀水凝膠、不具備成纖性能物質納米纖維等功能材料。由于環氧樹脂的廣泛用途和納米化環氧樹脂材料(尤其是滲雜無機納米粒子的環氧樹脂功能材料)的應用趨勢，環氧樹脂的納米材料以及無機-環氧樹脂復合納米材料的研究開發與應用目前被廣泛關注。本專利技術在自主開發的同軸紡絲頭基礎上朱利民，余燈廣，申夏夏，聶偉.一種電紡同軸紡絲頭裝置。中國專利號ZL 2009 20212641. 8，通過同軸電紡工藝將不具有成絲性能環氧樹脂一固化劑與成纖聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)—起制備出芯鞘結構納米纖維，然后固化和移除PVP，進一步制備出環氧樹脂纖維氈。
技術實現思路
本專利技術的目的之一是為了解決上述的環氧樹脂成納米纖維難等技術問題而提出一種環氧樹脂納米纖維氈。本專利技術的目的之二是為了提供上述的一種環氧樹脂納米纖維氈的制備方法。本專利技術的技術方案 一種環氧樹脂納米纖維氈，首先以環氧樹脂和固化劑為內芯層、聚合物成纖基材為外鞘層，通過同軸靜電紡絲制備工藝得到芯鞘結構的納米纖維，然后將芯鞘結構的納米纖維進行升溫熱處理后，再通過溶解選擇性移除外鞘層的聚合物成纖基材，最后進行烘干，即得到環氧樹脂納米纖維氈； 所述的固化劑為4，4’ - 二氨基二苯甲烷、三乙烯四胺或孟烷二胺； 所述的聚合物成纖基材為聚乙烯吡咯烷酮、分子量為100萬的聚氧乙烯或水溶性丙烯Ife樹月旨； 所述的升溫熱處理為先在80°C下預處理2h，然后在150°C熱固化12h ； 所述的通過溶解選擇性移除外鞘層的聚合物成纖基材為通過外鞘層的聚合物成纖基材的良性溶劑水、乙醇或水與乙醇組成的混合液溶解除掉外鞘層的聚合物成纖基材。 上述的一種環氧樹脂納米纖維氈的制備方法，具體包括如下步驟 (1)、芯/鞘紡絲液的調配，包括如下步驟 ①、外鞘液的配制 將聚合物成纖基材常溫下溶解于乙醇中，磁力攪拌30min后成透明溶液，用作紡絲鞘液； 其中聚合物成纖基材與乙醇的配比按質量體積比計算，即聚合物成纖基材乙醇為Ig 2. 5 IOml ； ②、內芯液的調配 將環氧樹脂和固化劑4，4’ - 二氨基二苯甲烷共同溶解于乙醇和丙酮組成的混合液中，成為透明溶液為紡絲芯液； 其中所述的環氧樹脂、固化劑和乙醇與丙酮的混合液的配比按質量體積比計算，即環氧樹脂固化劑乙醇與丙酮的混合液為3g 1 I. 05g 10 40ml ； 所述的乙醇和丙酮組成的混合液按體積比計算，即乙醇丙酮為I :1的比例而組成的混合液； (2)、高壓靜電紡絲工藝制備 通過同軸電噴霧裝置，將步驟(I)所得的芯液和鞘液分別通過兩臺軸流注射泵進行控制，通過硅基軟膠管連接鞘液注射器和同軸紡絲噴頭，高壓電源通過鱷魚夾連接在芯液注射器的不銹鋼管上； 控制同軸紡絲噴頭的噴口與接收板的距離為15 20cm，電壓為10 30kV，外鞘流量為3. O ml/h,內芯流量為O. 2ml/h在高壓電源所提供的高壓電場下進行噴霧得到芯鞘結構的納米纖維； (3)、將步驟(2)所得的芯鞘結構的納米纖維先在80°C下預處理2h，然后在150°C下熱固化12h; (4)、將步驟(3)固化后的芯鞘結構的納米纖維置于水、乙醇與水組成的混合液中，移除外鞘層的聚合物成纖基材后，置于烘箱中進行烘干，即可獲得環氧樹脂納米纖維氈。上述的環氧樹脂納米纖維氈制備過程中為了改善納米纖維的力學和機械性能，在環氧樹脂中可以選擇性的加入二氧化鈦或多壁碳納米管等，所加入的二氧化鈦或多壁碳納米管的量，按質量比計算，即二氧化鈦或多壁碳納米管環氧樹脂為O. 01 O. 03 :3，加入二氧化鈦或多壁碳納米管后使得最終所得的環氧樹脂納米纖維氈具有更好的強度和韌性。本專利技術的有益技術效果 本專利技術的一種環氧樹脂納米纖維氈，由于采用了以同軸電紡芯鞘結構納米纖維為模板、在微觀范圍內控制環氧樹脂固化反應的方法，首次制備出環氧樹脂納米纖維氈，同時在環氧樹脂中選擇性的加入二氧化鈦或多壁碳納米管等，制備出分散有其它功能組分的環氧樹脂納米纖維氈。另外，本專利技術的一種環氧樹脂納米纖維氈的制備方法，即通過同軸電紡工藝將不具有成絲性能環氧樹脂一固化劑與聚合物成纖基材一起制備出芯鞘結構的納米纖維，然后固化和移除外鞘層的聚合物成纖基材，進一步制備出環氧樹脂纖維氈，為更多功能導向的環氧樹脂產品提供方法。附圖說明圖I、同軸電噴霧裝置示意圖，其中I-鞘液注射泵，2-芯液注射泵，3-鞘液注射 器，4-芯液注射器，5-硅基軟膠管，6-同軸紡絲噴頭采用芯鞘結構的同軸紡絲噴頭，7-接收板，8-接地裝置，9-高壓電源； 圖2、同軸電噴霧裝置中同軸噴頭的剖視圖，61-鞘液入口，62-芯液入口，63-為同軸出Π ； 圖3、芯鞘結構的納米纖維(固化前)的掃描電鏡 圖4、芯鞘結構的納米纖維(固化后)的掃描電鏡 圖5、芯鞘結構的納米纖維(固化后)的斷面掃描電鏡 圖6、環氧樹脂納米纖維氈掃描電鏡圖。具體實施例方式下面通過具體實施例并結合附圖對本專利技術進一步闡述，但并不限制本專利技術。本專利技術實施例中所用的同軸電噴霧裝置，如圖I所示，其中鞘液注射泵3及芯液注射泵2分別為微量注射泵，KDS100型和KDS200型，美國Cole-Parmer 公司生產；高壓電源9為ZGF2000型，上海蘇特電器有限公司生產；接收板7采用鋁箔包裹板，長寬高為200cmX 200cmX 200cm,厚 O. 2mm ； 同軸噴頭6采用芯鞘結構噴頭，其結構示意圖如圖2所示，其中61為鞘液入口，62為芯液入口，63為同軸出口 ； 本專利技術所用的Quanta FEG450場發射環境掃描電鏡(FEI公司，荷蘭)。本專利技術的各實施例中所用的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種環氧樹脂納米纖維氈，其特征在于首先以環氧樹脂和固化劑為內芯層、聚合物成纖基材為外鞘層，通過同軸靜電紡絲制備工藝得到芯鞘結構的納米纖維，然后將芯鞘結構的納米纖維進行升溫熱處理，再通過溶解選擇性移除外鞘層的聚合物成纖基材，最后進行烘干，即得到環氧樹脂納米纖維氈。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：王霞，余燈廣，張文靜，錢微，李穎，廖耀祖，
申請(專利權)人：上海理工大學，
類型：發明
國別省市：