[發明專利]一種基于纖維陣列的耐刮擦超疏水材料及其制備方法

在審

• 申請號: 201811130179.7
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN110947602A
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 薛崤;張暉;蔡文甫;張良培;張忠
• 申請（專利權）人: 國家納米科學中心
• 主分類號: B05D5/08
• 分類號: B05D5/08;B05D5/00;B05D1/06;B05D3/10
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 鞏克棟

1.一種基于纖維陣列的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述耐刮擦超疏水材料由基底、粘合劑、短切纖維及納米顆粒組成，所述粘合劑涂覆于所述基底的表面，所述短切纖維的一端設置于所述涂覆有粘合劑的基底的表面，所述短切纖維的表面包覆有納米顆粒。

2.根據權利要求1所述的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述基底為柔性基底或剛性基底；

優選地，所述柔性基底為鋁箔基底或聚二甲基硅氧烷基底；

優選地，所述剛性基底為環氧樹脂基底或聚甲基丙烯酸甲酯基底。

3.根據權利要求1或2所述的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述粘合劑的粘度不低于100Pa·s；

優選地，所述粘合劑的涂覆厚度為50～200μm；

優選地，所述粘合劑為丙烯酸酯膠或環氧膠。

4.根據權利要求1-3之一所述的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述短切纖維為尼龍纖維或聚丙烯纖維；

優選地，所述短切纖維的直徑為5～15μm，所述短切纖維的長度為100～2000μm。

5.根據權利要求1-4之一所述的耐刮擦超疏水材料，其特征在于，所述納米顆粒為無機納米顆?；蚓酆衔锛{米顆粒；

優選地，所述無機納米顆粒為納米二氧化硅顆粒、納米二氧化鈦顆?；蚣{米三氧化二鋁顆粒；

優選地，所述聚合物納米顆粒為聚苯乙烯納米顆粒、聚乙烯納米顆?；蚓鬯姆蚁┘{米顆粒；

優選地，所述納米顆粒的直徑為10～500nm。

6.一種如權利要求1-5任一項所述的基于纖維陣列的耐刮擦超疏水材料的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

1)對短切纖維進行分篩；

2)在基體上涂覆粘合膠；

3)將步驟1)分篩后的短切纖維置于高壓靜電裝置中，所述短切纖維在高壓電場作用下垂直飛向步驟2)涂覆了粘合膠的基體的表面形成纖維陣列；

4)對步驟3)得到的纖維陣列進行固化和表面梳理；

5)將經步驟4)固化和表面梳理的纖維陣列用納米顆粒溶液進行表面改性處理，經固化干燥后，得到所述基于纖維陣列的耐刮擦超疏水材料。

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，所述短切纖維是通過纖維短切機將纖維絲束切斷得到的；

優選地，步驟1)的具體過程為，通過機械振動篩對短切纖維進行分篩，短切纖維依次通過不同目數的篩網將不同長度的短切纖維打散并分離，長度相近的短切纖維停留在同一目數的篩網中；

優選地，步驟1)中，所述篩網的目數為50目、100目、200目、300目和400目。

8.根據權利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，步驟2)的具體過程為，使用刮刀將粘合膠在基底的表面刮涂均勻；

優選地，步驟3)的具體過程為，將步驟1)分篩后的短切纖維置于高壓靜電的下金屬極板，將步驟2)涂覆好粘合膠的基體平整貼在上金屬極板的表面，打開高壓直流電源，短切纖維在高壓電場作用下垂直飛向基體表面形成纖維陣列；

優選地，步驟3)中，所述通電的時間為2～20s，所述通電的電壓為10～40kV，所述上金屬極板與下金屬極板平行設置且間距為5～15cm；

優選地，步驟4)的具體過程為，將步驟3)制得的纖維陣列放置于烘箱中，通過程序控溫將粘合劑充分固化后取出，使用壓縮空氣對固化后的纖維陣列的表面進行梳理。

9.根據權利要求6-8之一所述的制備方法，其特征在于，步驟5)的具體過程為，將經步驟4)固化和梳理后的纖維陣列通過浸涂或噴涂納米顆粒溶液的方式進行表面處理；

優選地，所述納米顆粒溶液是將納米顆?；旌嫌谌軇┲?，通過機械攪拌的方法形成懸濁液后得到的；

優選地，所述溶劑為石油醚、乙醇、丙酮和N,N-二甲基甲酰胺中的一種；

優選地，所述納米顆粒溶液的濃度為0.1～20％。

10.根據權利要求6-8之一所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

1)通過纖維短切機將纖維絲束切斷，制得短切纖維；通過機械振動篩對短切纖維進行1～3h的分篩，所述短切纖維依次通過不同目數的篩網將不同長度的纖維打散并分離，長度相近的短切纖維停留在同一目數的篩網中，所述篩網的目數為50目、100目、200目、300目和400目；

2)使用刮刀將粘合膠在基底的表面刮涂均勻形成厚度為50～200μm的粘合膠層；

3)將步驟1)分篩后的短切纖維置于高壓靜電的下金屬極板，將步驟2)涂覆好粘合膠的基體平整貼在上金屬極板的表面，打開高壓直流電源，所述通電的時間為2～20s，所述通電的電壓為10～40kV，所述上金屬極板與下金屬極板平行設置且間距為5～15cm，短切纖維在高壓電場作用下垂直飛向基體表面形成纖維陣列；

4)將步驟3)制得的纖維陣列放置于烘箱中，通過程序控溫將粘合劑充分固化后取出，使用壓縮空氣對固化后的纖維陣列的表面進行梳理；

5)將經步驟4)固化和梳理后的纖維陣列通過浸涂或噴涂納米顆粒溶液的方式進行表面處理，所述納米顆粒溶液的濃度為0.1～20％，經固化干燥后，制得所述基于纖維陣列的耐刮擦超疏水材料。