[發明專利]一種受啟于蛛網的仿生復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110665428.8
• 申請日: 2021-06-16
• 公開（公告）號: CN113372687B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 蘇春英;陳然;包福兵
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L77/00;C08L71/02;D01F8/12;D01F8/16;D01D5/00
• 代理公司: 杭州奧創知識產權代理有限公司 33272
• 代理人: 王佳健

1.一種受啟于蛛網的仿生復合材料，其特征在于，該仿生復合材料是由類蛛網結構的纖維骨架和填充材料構成；其中纖維骨架為平面纖維陣列在厚度方向的堆疊結構，各層纖維陣列中纖維取向一致且纖維呈現為微尺度環狀結構與直線交錯的形態；

構成該仿生復合材料纖維骨架的基本單元為微納米纖維，微納米纖維直徑在100nm-20μm之間；該仿生復合材料所用微納米纖維骨架中微納米纖維帶有呈規律性排列的微尺度環狀結構，環狀結構平均直徑在1μm-200μm之間。

2.根據權利要求1所述的一種受啟于蛛網的仿生復合材料，其特征在于，纖維骨架中相鄰兩平面纖維陣列的取向具有夾角，夾角角度在0.1o-90o之間。

3.一種用于制備權利要求1所述的一種受啟于蛛網的仿生復合材料的方法，其步驟為：

（1）配制用于制備上述仿生復合材料纖維骨架的聚合物溶液；

（2）搭建用于制備上述仿生復合材料纖維骨架的制備裝置，該制備裝置由可相對運動的針頭和收集板構成，其中針頭與收集板均可導電；

（3）通過溶液進給裝置將聚合物溶液進給至針頭中，針頭與收集板間施加交變電場以產生電射流并誘導電射流沉積得到微納米纖維；其中交變電場的波形中含有規律性的突變，該電場突變導致電射流流量發生突變，進而使得電射流噴射過程中發生繞轉從而在纖維上產生環狀結構；同時，通過程序控制針頭與收集板間的相對運動，從而控制電射流沉積構成微納米纖維的取向；

（4）持續微納米纖維制備過程一段時間，即可得到單層沿單一取向的平面纖維陣列；

（5）通過程序調整針頭與收集板間的相對運動方向并持續一段時間，可在之前得到的平面纖維陣列上堆疊一層不同取向的平面纖維陣列，重復該過程，最終得到受啟于蛛網的仿生復合材料的纖維骨架；

（6）向上述仿生復合材料纖維骨架中注入可流動的填充材料，待填充材料固化后即得到權利要求1中所述的一種受啟于蛛網的仿生復合材料。

4.根據權利要求3所述的一種受啟于蛛網的仿生復合材料的制備方法，其特征在于，用于制備上述仿生復合材料纖維骨架的制備裝置中，針頭和收集板的相對運動通過高精度移動平臺結合運動平臺控制程序實現，該相對運動包括進給與紡絲兩個階段，其中紡絲階段為直線勻速運動。

5.根據權利要求3所述的一種受啟于蛛網的仿生復合材料的制備方法，其特征在于，通過調整電場中規律性突變的周期與制備裝置中針頭和收集板在紡絲階段的相對運動速度控制纖維上環狀結構的間距，其中環狀結構的間距=規律性突變周期×相對運動速度。

6.根據權利要求3所述的一種受啟于蛛網的仿生復合材料的制備方法，其特征在于，通過控制制備裝置中針頭與收集板在進給階段的相對運動距離調節仿生復合材料纖維骨架中單層纖維陣列的密度，其中相鄰纖維間距=進給距離。