[發(fā)明專利]一種基于全纖維駐極體發(fā)電機的高效防護口罩及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-03-19
• 公開（公告）號: CN111249638B
• 公開（公告）日: 2021-10-26
• 發(fā)明（設計）人: 蔡容容;雷楊;張立志;張昊晴
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: A62B7/10
• 分類號: A62B7/10;A62B9/02;A62B23/02
• 代理公司: 北京化育知識產(chǎn)權代理有限公司 11833
• 代理人: 秦麗

1.一種基于全纖維駐極體發(fā)電機的高效防護口罩，其特征在于，所述基于全纖維駐極體發(fā)電機的高效防護口罩包括束緊帶、硅膠模具（5）、設置在硅膠模具內的全纖維駐極體發(fā)電機和呼吸閥；

所述的全纖維駐極體發(fā)電機包括過濾層和設置在過濾層上的滑動固定支柱（9）；所述過濾層包括依次層疊的硅膠薄膜（7）、導電織物（10）、駐極體纖維膜（11）和無紡布（8）；所述導電織物和駐極體纖維膜有不同的電負性；

所述的全纖維駐極體發(fā)電機可由自主呼吸驅動；所述的呼吸閥包括兩個單向進氣閥（6）和一個單向排氣閥（12），由口罩內外氣壓平衡控制；

所述導電織物的厚度為50-100μm，孔隙率為82-89%；所述駐極體纖維膜的厚度為60-90μm，纖維直徑為0.8-1.2μm，孔隙率為88-90%；所述導電織物與駐極體纖維膜在工作階段，以呼吸頻率15次/分時，可以產(chǎn)生540V-620V的靜電壓；以呼吸頻率25次/分時，可以產(chǎn)生602V-700V的靜電壓；

所述駐極體纖維膜中包括濃度為0.001-1.0wt%的納米顆粒，所述納米顆粒為納米二氧化硅、納米氮化硅和納米氧化鋅中的一種；

所述駐極體纖維膜和所述導電織物的制備方法，包括如下步驟：

（1）將聚合物材料和納米顆粒加入溶劑中，經(jīng)超聲震蕩或恒溫磁力攪拌直至溶質溶解均勻，得到聚合物紡絲液；

（2）將聚合物紡絲液通過靜電紡絲工藝紡織到覆蓋在滾筒上的無紡布，得到具有高取向度的駐極體纖維膜并干燥待用；

（3）將柔性織物置于導電聚合物溶液中超聲浸漬、干燥，制得導電織物。

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于全纖維駐極體發(fā)電機的高效防護口罩的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）將聚合物材料和納米顆粒加入溶劑中，經(jīng)超聲震蕩或恒溫磁力攪拌直至溶質溶解均勻，得到聚合物紡絲液；

（2）將聚合物紡絲液通過靜電紡絲工藝紡織到覆蓋在滾筒上的無紡布，得到具有高取向度的駐極體纖維膜并干燥待用；

（3）將柔性織物置于導電聚合物溶液中超聲浸漬、干燥，制得導電織物；

（4）將導電織物和硅膠薄膜進行疊合固定，作為柔性電極，安裝在滑動柱上，將駐極體纖維膜固定在滑動柱底部，得到全纖維駐極體發(fā)電機；

（5）將全纖維駐極體發(fā)電機嵌入硅膠模具，并與呼吸閥封裝得到口罩。

3.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，所述的聚合物材料為聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯-三氟乙烯、聚偏氟乙烯-六氟丙烯、聚偏氟乙烯-三氟氯乙烯醚、聚碳酸酯、聚三氟乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯腈中的一種或幾種的混合物；所述溶劑為乙醇、丙酮、乙酸、甲酸、N-N二甲基甲酰胺、二氯甲烷、三氯甲烷、四氫呋喃、異丙醇中的一種或幾種的混合物；所述聚合物紡絲液中聚合物材料的濃度為5-60 wt.%；所述的納米顆粒為碳納米顆粒、二氧化硅納米顆粒、二氧化鈦納米顆粒、四氧化三鐵納米顆粒、四氧化三鈷納米顆粒、氧化鋅納米顆粒、氮化硅納米顆粒、鈦酸鋇納米顆粒、氯化鋰納米顆粒和氧化鋁納米顆粒中的一種或幾種的混合物；所述聚合物紡絲液中納米顆粒的濃度為0.001-1.0wt.%。

4.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）所述的超聲震蕩或磁力攪拌的參數(shù)為：時間2-10 h，功率10-300 W，溫度30-90℃。

5.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述靜電紡絲的工藝參數(shù)為：靜電電壓10-30 KV，接收距離10-30 cm，注射速度0.05-0.50 mm/min，滾筒轉速800-2000 r/min，溫度0-40℃，相對濕度20-80%；所述干燥是先在室溫下干燥3-6 h，然后在40-60℃下真空干燥3-6 h。

6.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）所述的柔性織物為聚甲醛、聚酰胺、羊毛、蠶絲、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙烯醇中的一種；所述導電聚合物為聚吡咯、氧化石墨烯、聚苯胺、聚噻吩中的一種；步驟（3）中的浸漬時間為5-30 min，超聲功率為10-100W，干燥溫度為40-80℃，干燥時間為3-8 h。

7.根據(jù)權利要求2所述的制備方法，其特征在于，步驟（5）中的封裝工藝包括針縫制、熱粘合、超聲波粘合中的一種或幾種。