[發明專利]一種表面微球結構的聚四氟乙烯纖維的制備方法

在審

• 申請號: 202010839907.2
• 申請日: 2020-08-19
• 公開（公告）號: CN112210838A
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 楊斌;王安拓;李祥龍;侯騰
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: D01D5/247
• 分類號: D01D5/247;D01D5/00;D01D5/18;D01D10/02;D01F8/10;D01F8/18
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 周世駿

本發明涉及微納米纖維制備領域，旨在提供一種表面微球結構的聚四氟乙烯纖維的制備方法。包括：將聚乙烯吡咯烷酮和聚四氟乙烯乳液溶解于去離子水中，室溫下攪拌成均相溶液；靜置脫泡；將得到的紡絲液加入紡絲裝置中，通過靜電?離心紡絲工藝制備微納米纖維；然后在380℃空氣氛圍中煅燒，得到具有表面微球結構的聚四氟乙烯纖維。本發明利用聚乙烯吡咯烷酮的高溫易流動以及空氣環境下高溫易分解的特性，可以得到表面微球結構的聚四氟乙烯纖維。該產品可提升原有纖維材料的比表面積，能夠有效地提高纖維膜的通透性、孔隙率、疏水性等性能，在空氣過濾、油水分離、膜蒸餾等領域極具應用前景。

技術領域

本發明是關于微納米纖維制備領域，特別涉及一種表面微球結構的聚四氟乙烯纖維的制備方法。

背景技術

聚四氟乙烯(PTFE)作為人工合成高分子材料，具有優異的熱穩定性、耐化學性和超低的表面能以及介電性能等，是當今世界上耐腐蝕性能最佳材料之一，在航天航空領域、醫療和生活上有重要的應用，在污水處理以及海水淡化等工業方面具有很大的應用價值。

然而，聚四氟乙烯纖維的制備條件是比較苛刻的。聚四氟乙烯穩定性高，至今尚無合適的溶劑可溶解，因此不能用溶液紡絲法制備聚四氟乙烯纖維；并且聚四氟乙烯在熔點(327℃)以上粘度大，不流動，形成凝膠狀物，因此也不能熔融紡絲。目前通常有三種方法加工聚四氟乙烯纖維：乳液紡絲、糊料擠出和切割法。聚四氟乙烯微納米纖維的制備大都是采用乳液紡絲的方法。乳液紡絲法是目前制備聚四氟乙烯纖維最為成熟的方法：將聚四氟乙烯乳液和載體溶液混合，制成紡絲液，然后通過干法或者濕法紡絲制備纖維，初生纖維經過干燥后，在380～400℃的高溫下燒結，除去載體，最后經過適度的熱拉伸，得到聚四氟乙烯纖維。例如，中國發明專利申請CN101994161A、CN102282301A、CN105013343B等均是采用乳液紡絲的方法，以靜電紡絲技術對聚四氟乙烯超細纖維進行制備。然而，如上方法在制備微納米纖維的過程中，利用高溫煅燒去除載體后，聚四氟乙烯的熔融使制備的纖維形貌單一，無法在其表面開發出特殊的結構來提升其性能，對其應用也有了一定的局限性。

現如今，傳統常規化纖材料已難以滿足人類的需求，高性能纖維、差別化功能性纖維等新型纖維材料的開發顯得尤為迫切和重要。微納米纖維因尺寸效應賦予材料的特殊性能使其在生物醫學、組織支架、電池隔膜、空氣過濾和傳感器等方面有著廣泛的應用前景。而開發一些特殊結構(例如針須狀、圓柱狀以及孔等結構)的纖維，有助于進一步提高纖維的比表面積，并易于負載相應功能性粒子，從而拓寬應用領域。

因此，提供新表面結構的聚四氟乙烯纖維的制備工藝，對于纖維應用而言具有特別重要的意義。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種表面微球結構的聚四氟乙烯纖維的制備方法。

為解決技術問題，本發明的解決方案是：

提供一種表面微球結構聚四氟乙烯纖維的制備方法，包括以下步驟：

(1)按質量比1:1～3取聚乙烯吡咯烷酮和聚四氟乙烯乳液，共同溶解于去離子水中，在室溫下經充分攪拌成均相溶液；靜置脫泡后，得到溶質的質量百分比濃度為23～40％的紡絲液；

(2)將紡絲液加入紡絲裝置中，通過靜電-離心紡絲工藝制備微納米纖維；

(3)在空氣氛圍中，將微納米纖維在380℃條件下煅燒處理，得到具有表面微球結構的聚四氟乙烯纖維。

本發明中，所述步驟(1)中，聚四氟乙烯乳液的固含量為60wt％。

本發明中，所述步驟(2)中，采用靜電-離心紡絲工藝時，控制紡絲裝置的運行參數為：針頭直徑27G、轉速2000rpm、電壓10kV，收集距離為150mm。

本發明中，所述步驟(3)中，煅燒處理時控制升溫速率為2℃/min，在380℃條件下的保溫時間為12min。