本發(fā)明涉及納米纖維復(fù)合膜制備，尤其涉及一種凱夫拉納米纖維復(fù)合膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、凱夫拉(kevlar)纖維是杜邦公司開發(fā)的一種高性能芳綸纖維，具有優(yōu)異的機(jī)械性能、高耐熱性和化學(xué)穩(wěn)定性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、防彈材料、汽車工業(yè)和復(fù)合材料等領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)凱夫拉纖維的直徑較大，通常在10-12μm之間，使其在某些要求高精度、高性能的領(lǐng)域的應(yīng)用中受到限制，隨著納米技術(shù)的發(fā)展，凱夫拉納米纖維作為一種新型材料逐漸受到廣泛關(guān)注，而將凱夫拉納米纖維與其他材料復(fù)合，制備出性能更優(yōu)異的凱夫拉納米復(fù)合膜也成為了其中一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，公開號(hào)為cn110004712b的專利公開了一種基于凱夫拉納米纖維的高強(qiáng)度導(dǎo)熱膜的制備方法，該發(fā)明將氮化硼納米片及凱夫拉納米纖維作為膜材組裝體，通過真空抽濾、交聯(lián)等得到凱夫拉納米纖維導(dǎo)熱膜。該發(fā)明的不足之處在于氮化硼納米片是一種無機(jī)材料，其化學(xué)性質(zhì)較為惰性，使凱夫拉納米纖維與氮化硼納米片之間缺乏有效的化學(xué)鍵合或強(qiáng)的物理相互作用，導(dǎo)致界面結(jié)合可能不夠強(qiáng)，且通過浸漬交聯(lián)法無法使兩者完全交聯(lián)。這些不足導(dǎo)致該復(fù)合膜在使用過程中可能會(huì)出現(xiàn)分層或剝離的現(xiàn)象。

3、現(xiàn)有技術(shù)中，公開號(hào)為cn116407960a的專利公開了一種以凱夫拉纖維為基底的二氧化鈦柔性復(fù)合膜及其制備方法，該發(fā)明通過在凱夫拉納米纖維分散液中加入tio2納米管進(jìn)行共混、攪拌、抽濾、干燥，得到了一種二氧化鈦柔性復(fù)合膜。該發(fā)明的不足之處在于，采用共混的方法加入二氧化鈦納米管易導(dǎo)致納米管出現(xiàn)聚集和分布不均的現(xiàn)象，相比于交聯(lián)通過化學(xué)鍵結(jié)合，共混會(huì)使凱夫拉納米纖維與二氧化鈦納米管間界面結(jié)合不牢固，容易在應(yīng)力作用下脫落或滑移。

4、前述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題均會(huì)對(duì)復(fù)合膜的力學(xué)性能和耐久性造成影響，有鑒于此，有必要設(shè)計(jì)一種改進(jìn)的凱夫拉納米纖維復(fù)合膜材料，以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種凱夫拉納米纖維復(fù)合膜及其制備方法，該方法將特定量的pva-co-pe(聚乙烯醇與聚乙烯共聚物)納米纖維與凱夫拉納米纖維交聯(lián)，制得具有致密堆疊的層狀嵌合結(jié)構(gòu)的凱夫拉納米纖維復(fù)合膜。本發(fā)明提供的復(fù)合膜具有優(yōu)異的綜合性能，與普通凱夫拉納米纖維膜相比，其機(jī)械強(qiáng)度與耐久性得到較大提升，在復(fù)合材料、包裝材料、過濾材料等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明提供的制備方法操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)且高效，具備高重現(xiàn)性，易于從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)展為工業(yè)生產(chǎn)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種凱夫拉納米纖維復(fù)合膜的制備方法，包括如下步驟：

3、s1，將凱夫拉纖維裁剪成小段，放入氫氧化鉀水溶液中，浸漬15-25s后，倒入一定量的二甲基亞砜，機(jī)械攪拌2-3h，得到質(zhì)量體積分?jǐn)?shù)為0.1％-0.5％的凱夫拉納米纖維分散液；其中，所述氫氧化鉀水溶液采用超純水配制，所述超純水與所述二甲基亞砜的體積比為(0.03-0.05)：1，氫氧化鉀與所述凱夫拉纖維的質(zhì)量比為3：(1.5-2.5)；

4、s2，制備pva-co-pe納米纖維；

5、s3，制備凱夫拉納米纖維水凝膠，取一定量步驟s2制備的pva-co-pe納米纖維和一定量水與異丙醇的混合溶液加入至所述凱夫拉納米纖維水凝膠中，用打漿機(jī)打碎、攪拌均勻后加入交聯(lián)劑，在攪拌條件下交聯(lián)得到凱夫拉/pva-co-pe復(fù)合溶液，再經(jīng)抽濾、熱壓，得到凱夫拉納米纖維復(fù)合膜；所述交聯(lián)劑由濃鹽酸、戊二醛、超純水混合均勻得到，每100ml凱夫拉/pva-co-pe復(fù)合溶液中加入0.01-0.03ml濃鹽酸、1-4ml戊二醛、5-15ml超純水。

6、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟s3制備的凱夫拉納米纖維復(fù)合膜中，pva-co-pe納米纖維與凱夫拉納米纖維的質(zhì)量比為(0.1-0.5)：1。

7、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，每0.025g-0.05g凱夫拉納米纖維的凱夫拉納米纖維水凝膠中需加入100ml水與異丙醇的混合溶液，其中，水與異丙醇的體積比為(45-55)：(45-55)。

8、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，所述凱夫拉納米纖維水凝膠的制備方法為，取一定量的凱夫拉納米纖維分散液，加入20倍體積的超純水并攪拌。

9、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，交聯(lián)時(shí)間為1-3h，交聯(lián)溫度為25-30℃。

10、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s3中，采用的濾膜為尼龍濾膜、聚丙烯濾膜或者聚醚砜濾膜，孔徑為0.1-0.5μm。

11、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，在步驟s2中，所述pva-co-pe納米纖維的制備方法為，將醋酸丁酸纖維素與pva-co-pe母料按質(zhì)量比(70-90)：(10-30)混合后，通過雙螺桿擠出，得到pva-co-pe/cab復(fù)合纖維，然后，采用索氏提取法，用丙酮對(duì)制備的pva-co-pe/cab復(fù)合纖維進(jìn)行萃取，即得到pva-co-pe納米纖維。

12、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種凱夫拉納米纖維復(fù)合膜，所述凱夫拉納米纖維復(fù)合膜由前述技術(shù)方案中任一技術(shù)方案所述的制備方法制備得到。

13、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述凱夫拉納米纖維復(fù)合膜具有致密堆疊的層狀嵌合結(jié)構(gòu)。

14、作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述凱夫拉納米纖維復(fù)合膜的厚度在0.041-0.069mm之間，最大拉伸應(yīng)力在59-82mpa之間。

15、本發(fā)明的有益效果是：

16、本發(fā)明提供了一種凱夫拉納米纖維復(fù)合膜的制備方法，將特定量的pva-co-pe納米纖維與凱夫拉納米纖維交聯(lián)，制得具有致密堆疊的層狀嵌合結(jié)構(gòu)的凱夫拉納米纖維復(fù)合膜。本發(fā)明提供的復(fù)合膜具有優(yōu)異的綜合性能，與普通凱夫拉納米纖維膜相比，其機(jī)械強(qiáng)度與耐久性得到較大提升。本發(fā)明提供的制備方法操作簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)且高效，具備高重現(xiàn)性，易于從實(shí)驗(yàn)室規(guī)模擴(kuò)展為工業(yè)生產(chǎn)。

17、(1)采用本發(fā)明提供的制備方法制備得到的凱夫拉納米纖維復(fù)合膜無裂紋、致密性高，且截面呈現(xiàn)出明顯的致密堆疊的層狀嵌合結(jié)構(gòu)。層狀結(jié)構(gòu)一方面有助于均勻分布載荷，減小局部應(yīng)力集中，提高膜的機(jī)械強(qiáng)度，另一方面可賦予膜材料良好的可加工性，以便于在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行裁剪、涂覆和層疊等后續(xù)加工操作，可滿足多種工業(yè)和工程應(yīng)用需求；此外，凱夫拉納米纖維與pva-co-pe纖維互嵌、互補(bǔ)，在層狀結(jié)構(gòu)之間交錯(cuò)形成特殊的嵌合結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高了復(fù)合膜的機(jī)械強(qiáng)度和耐久性，使該復(fù)合膜能夠有效抵抗外部應(yīng)力和機(jī)械損傷，以增強(qiáng)復(fù)合膜的整體穩(wěn)定性。

18、(2)本發(fā)明采用特定配比和用量的濃鹽酸、戊二醛、超純水混合作為交聯(lián)劑，使pva-co-pe與凱夫拉納米纖維充分交聯(lián)，既提高了凱夫拉納米纖維復(fù)合膜的界面結(jié)合力，又使制備工藝具有高重復(fù)性。這是因?yàn)椋诮宦?lián)過程中，其一，濃鹽酸通過質(zhì)子化羥基、提供酸性環(huán)境促進(jìn)交聯(lián)反應(yīng)，同時(shí)增強(qiáng)氫鍵的形成；其二，戊二醛與pva-co-pe、凱夫拉纖維中的官能團(tuán)(如羥基-oh、酰胺基-conh-)發(fā)生醛縮合反應(yīng)，使兩種纖維之間形成穩(wěn)定的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。這種相互協(xié)同作用，使pva-co-pe與凱夫拉納米纖維充分交聯(lián)，凱夫拉纖維分子中的酰胺基(-conh-)與pva-co-pe中的羥基(-oh)之間形成氫鍵，該氫鍵作用力與兩種纖維的π-π堆積作用、分子間誘導(dǎo)偶極作用、羥基網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)以及分子鏈的纏繞與互鎖等多重作用相互協(xié)同，顯著增強(qiáng)了兩者之間的界面結(jié)合力，使復(fù)合材料具有優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

19、(3)本發(fā)明提供的凱夫拉納米纖維復(fù)合膜在力學(xué)性能得到提高的同時(shí)保留了原有的柔軟性和輕便性，且由于成膜速度較快，在生產(chǎn)中制備所需時(shí)間較短，能耗較低。同時(shí)，該復(fù)合膜不僅具備凱夫拉纖維高強(qiáng)高模、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕、質(zhì)輕等優(yōu)點(diǎn)，還兼具pva-co-pe納米纖維的高親水性、無毒、生物相容性好、成膜性好、低污染等特點(diǎn)，在復(fù)合材料、包裝材料、過濾材料等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。