CN211311787U

CN211311787U - 一种高防水高透气纳米纤维膜

Info

Publication number: CN211311787U
Application number: CN201921031568.4U
Authority: CN
Inventors: 姚明; 陆海霞; 徐海明; 曹延龙; 魏凯
Original assignee: Jiangsu Sanfeng Special Material Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Sanfeng Special Material Technology Co Ltd
Priority date: 2019-07-04
Filing date: 2019-07-04
Publication date: 2020-08-21
Anticipated expiration: 2029-07-04

Abstract

本实用新型公开了一种高防水高透气纳米纤维膜，该高防水高透气纳米纤维膜包括PVB电纺膜、PVDF电纺膜和FPU电纺膜；PVB电纺膜、PVDF电纺膜和FPU电纺膜从内向外层叠复合；PVB电纺膜为由聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维交织而成；聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维的平均直径为150‑400nm；PVDF电纺膜为由聚偏氟乙烯纳米纤维交织而成；聚偏氟乙烯纳米纤维的平均直径为400‑600nm；FPU电纺膜为经氟硅烷改性的聚氨酯纳米纤维交织而成；聚氨酯纳米纤维的直径为200‑300nm。本实用新型制造成本低，制备的高防水高透气纳米纤维膜强度高，防水性能好，单向透气性能好。

Description

一种高防水高透气纳米纤维膜

技术领域

本实用新型涉及纳米纤维膜领域，尤其涉及一种高防水高透气纳米纤维膜。

背景技术

防水透气织物是指在使用过程中，水在一定压力下不能浸透织物，而散发的液体特别是水蒸气能够顺利穿过织物。具有防水透气功能的织物在日常生活中被广泛使用，如帐篷、睡袋、冲锋衣、鞋子、羽绒服等，并在一些特殊领域越来越受到重视，例如在军事上用于军服、防护服的生产，以及作为精密仪器的防护材料等。与普通织物保暖御寒的功能相比，防水透气材料应具有防水、透湿、透气、绝缘、防风、保暖等诸多功能，并且其中有些功能的实现是相互矛盾的，要既要防水，又要透湿、透气是相互制约的。

目前，市场上已有的防水透气织物主要有：高密织物、涂层织物和层压织物。但高密织物虽透湿性能好，但耐静水压较差；涂层织物防水性能优良，却存在柔软性差、透气性能差的缺陷；层压织物虽防水透气性能相对优良，但制备工艺复杂、成本高，由于各自的缺陷均限制了其应用范围。静电纺纳米纤维膜是一种新型的防水透气材料。静电纺丝原理主要是先对聚合物液滴或熔体施加成千上万伏的高压静电，随后带电液滴在电场力作用下形变并且在喷丝口形成Tayer锥，电场力的持续增大使得液滴最终可克服其表面张力从锥尖喷出射流，射流在运动过程中被进一步拉伸、细化，同时溶剂挥发使得射流固化，形成纳米级的超细纤维，以杂乱无章的非织造布的形式落在接收器上，形成纳米纤维膜。静电纺适合用于防水透气性能的研究，但还处于起步阶段，与传统的防水透气纺织品相比，其仍具有一些不足，因此需求一种高防水高透气的新型纳米纤维膜。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种高防水高透气纳米纤维膜，针对现有技术中的不足，通过三层不同的纳米纤维膜进行协同配合，在提高强度的基础上，优化其防水性能并提升单向导湿透气性能，解决了现有的纳米纤维膜强度差，防水透气性能不理想的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：一种高防水高透气纳米纤维膜，包括PVB电纺膜、PVDF电纺膜和FPU电纺膜；所述PVB电纺膜、PVDF电纺膜和FPU电纺膜从内向外层叠复合；所述PVB电纺膜为由聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维交织而成；所述聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维的平均直径为150-400nm；所述PVDF电纺膜为由聚偏氟乙烯纳米纤维交织而成；所述聚偏氟乙烯纳米纤维的平均直径为400-600nm；所述FPU电纺膜为经氟硅烷改性的聚氨酯纳米纤维交织而成；所述聚氨酯纳米纤维的直径为200-300nm。

作为本实用新型的一种优选方案，所述PVB电纺膜的厚度为0.010-0.025mm。

作为本实用新型的一种优选方案，所述PVB电纺膜与FPU电纺膜的厚度比为1:(1.2-1.6)。

作为本实用新型的一种优选方案，在所述FPU电纺膜表面涂覆有二氧化硅纳米涂层，能够进一步改善FPU电纺膜表面的耐磨性能，提高FPU电纺膜的疏水性能。

上述高防水高透气纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备PVB电纺膜；称取一定质量的PVB粉末，加入无水乙醇，配制成质量分数为6-8％的PVB纺丝液，通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PVB粉末充分溶解；然后通过静电纺丝装置进行纺丝制备PVB电纺膜，将PVB纺丝液注入针管中进行静电纺丝，以铝箔为基材，纺丝条件:温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为12-25kV，接收距离为13-16cm，纺丝速度为0.5-1mL/h，PVB电纺膜的厚度控制在0.010-0.025mm；

步骤2，在PVB电纺膜表面复合PVDF电纺膜；称量一定量的PVDF粉末，溶解到DMF和丙酮的体积比为6/4的混合溶剂中，在40℃水浴中加热并通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PVDF粉末充分溶解，制备质量分数为13-16％的PVDF纺丝液；通过静电纺丝装置对PVB电纺膜表面进行继续纺丝，纺丝条件:温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为15-18kV，接收距离为15-20cm，纺丝速度为0.5-1mL/h，PVDF电纺膜的厚度保持在0.010-0.040μm；

步骤3，在PVDF电纺膜表面复合FPU电纺膜；称量一定量的PU颗粒加入到溶解有NaCl的DMF溶剂中，通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PU颗粒充分溶解，制备质量分数为15-18％的PU纺丝液，在PU纺丝液中，NaCl的质量分数为0.01％；通过静电纺丝装置继续对PVDF电纺膜表面进行纺丝，纺丝条件：温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为13-16kV，接收距离为15-20cm，纺丝速度为0.5-1mL/h，制备PU电纺膜；使用等离子体仪器对PU电纺膜表面进行活化，在氦气环境下，活化处理功率控制在100W，压力控制在20Pa，处理时间1-3min；然后在PU电纺膜表面涂覆FAS浓度为1wt％的甲醇溶液，每30min涂覆一次，一共涂覆20-30次，再进行真空烘干，烘干温度为60-75℃，烘干时间为16-20h，在PVDF电纺膜表面形成FPU电纺膜，制得复合纤维膜；

步骤4，对复合纤维膜进行热处理；通过130-140℃的热风对复合纤维膜的两面进行热处理，加热时间为5-15min。

作为对上述制备方法的优化，上述制备方法还包括步骤5，将FPU电纺膜表面预热到40℃，将二氧化硅纳米颗粒浓度为0.1-0.2wt％的丙酮溶液均匀刮涂到FPU电纺膜表面，在110℃的温度下，真空烘干10分钟，反复刮涂烘干3遍。

其中，PVB电纺膜为聚乙烯醇缩丁醛电纺膜，PVDF电纺膜为聚偏氟乙烯电纺膜，FPU电纺膜为含氟聚氨酯电纺膜。

通过上述技术方案，本实用新型技术方案的有益效果是：本实用新型制造成本低，能够适用于工业化批量生产，制备的高防水高透气纳米纤维膜性能稳定，成品率高，改善了纳米纤维膜在防水透气领域的应用缺陷，利于推广应用。本实用新型的高防水高透气纳米纤维膜改善了现有的单层纳米纤维膜强度差的问题，PVDF电纺膜与FPU电纺膜复合，能够有效提高抗撕裂强度，而PVB电纺膜能够提高FPU电纺膜的柔韧性，通过三明治复合结构，断裂强度在5MPa以上，伸长率在35-45％；本实用新型FPU电纺膜所在面具有良好的防水性能，耐静水压值达100KPa，PVB电纺膜所在面具有良好的透气性能，透湿性为10.1kgm^-2d^-1。本实用新型的FPU电纺膜所在面为防水面，FPU电纺膜纤维结构均匀、细密，交织后形成孔径均匀的多孔结构，FPU电纺膜的平均孔径小，同时FPU电纺膜疏水性能好，通过氟硅烷进行疏水改性，形成荷叶效应，使FPU电纺膜具备了高强的防水性能；而PVB电纺膜所在面为透气面，本实用新型通过“吸附-扩散”效应和“毛细-扩散”效应，保证了良好的透气性能，由于PVB电纺膜具有亲水性，而PVDF电纺膜和FPU电纺膜疏水性好，水气被PVB电纺膜吸附，然后从湿度高的一侧扩散到湿度低的一侧，实现单向导湿；同时PVDF电纺膜的纤维之间和纤维间的平均孔径大于FPU电纺膜，水气由于压差，向FPU电纺膜所在侧运动，然后扩散到FPU电纺膜外侧，实现单向导湿透气。此外，PVB电纺膜柔软性好，触感舒适，适于穿着。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的结构示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.PVB电纺膜 2.PVDF电纺膜 3.FPU电纺膜。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例1

一种高防水高透气纳米纤维膜，采用三层复合的三明治结构，包括从内向外依次层叠复合的PVB电纺膜1、PVDF电纺膜2和FPU电纺膜3。PVB电纺膜1为由聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维交织而成。PVDF电纺膜2为由聚偏氟乙烯纳米纤维交织而成。FPU电纺膜3为经氟硅烷改性的聚氨酯纳米纤维交织而成。

该高防水高透气纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备PVB电纺膜1；称取一定质量的PVB粉末，加入无水乙醇，配制成质量分数为6-8％的PVB纺丝液，通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PVB粉末充分溶解；然后通过静电纺丝装置进行纺丝制备PVB电纺膜1，将PVB纺丝液注入针管中进行静电纺丝，以铝箔为基材，纺丝条件:温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为12kV，接收距离为13cm，纺丝速度为0.5mL/h，PVB电纺膜1的厚度控制在0.010mm。

步骤2，在PVB电纺膜1表面复合PVDF电纺膜2；称量一定量的PVDF粉末，溶解到DMF和丙酮的体积比为6/4的混合溶剂中，在40℃水浴中加热并通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PVDF粉末充分溶解，制备质量分数为13-16％的PVDF纺丝液；通过静电纺丝装置对PVB电纺膜1表面进行继续纺丝，纺丝条件:温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为15kV，接收距离为15cm，纺丝速度为0.5mL/h，PVDF电纺膜2的厚度保持在0.010μm。

步骤3，在PVDF电纺膜2表面复合FPU电纺膜3；称量一定量的PU颗粒加入到溶解有NaCl的DMF溶剂中，通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PU颗粒充分溶解，制备质量分数为15-18％的PU纺丝液，在PU纺丝液中，NaCl的质量分数为0.01％；通过静电纺丝装置继续对PVDF电纺膜2表面进行纺丝，纺丝条件：温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为13kV，接收距离为15cm，纺丝速度为0.5mL/h，制备PU电纺膜；使用等离子体仪器对PU电纺膜表面进行活化，在氦气环境下，活化处理功率控制在100W，压力控制在20Pa，处理时间1-3min；然后在PU电纺膜表面涂覆FAS浓度为1wt％的甲醇溶液，每30min涂覆一次，一共涂覆20-30次，再进行真空烘干，烘干温度为60-75℃，烘干时间为16-20h，在PVDF电纺膜2表面形成FPU电纺膜3，制得复合纤维膜。

制得的高防水高透气纳米纤维膜断裂强度在5.58MPa以上，伸长率在42.66％；本实用新型FPU电纺膜3所在面耐静水压值达108KPa，PVB电纺膜1所在面透湿性为11.6kgm^-2d^-1。

实施例2

该高防水高透气纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备PVB电纺膜1；称取一定质量的PVB粉末，加入无水乙醇，配制成质量分数为6-8％的PVB纺丝液，通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PVB粉末充分溶解；然后通过静电纺丝装置进行纺丝制备PVB电纺膜1，将PVB纺丝液注入针管中进行静电纺丝，以铝箔为基材，纺丝条件:温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为25kV，接收距离为16cm，纺丝速度为1mL/h，PVB电纺膜1的厚度控制在0.025mm。

步骤2，在PVB电纺膜1表面复合PVDF电纺膜2；称量一定量的PVDF粉末，溶解到DMF和丙酮的体积比为6/4的混合溶剂中，在40℃水浴中加热并通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PVDF粉末充分溶解，制备质量分数为13-16％的PVDF纺丝液；通过静电纺丝装置对PVB电纺膜1表面进行继续纺丝，纺丝条件:温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为18kV，接收距离为25cm，纺丝速度为1mL/h，PVDF电纺膜2的厚度保持在0.040μm。

步骤3，在PVDF电纺膜2表面复合FPU电纺膜3；称量一定量的PU颗粒加入到溶解有NaCl的DMF溶剂中，通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PU颗粒充分溶解，制备质量分数为15-18％的PU纺丝液，在PU纺丝液中，NaCl的质量分数为0.01％；通过静电纺丝装置继续对PVDF电纺膜2表面进行纺丝，纺丝条件：温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为16kV，接收距离为20cm，纺丝速度为1mL/h，制备PU电纺膜；使用等离子体仪器对PU电纺膜表面进行活化，在氦气环境下，活化处理功率控制在100W，压力控制在20Pa，处理时间1-3min；然后在PU电纺膜表面涂覆FAS浓度为1wt％的甲醇溶液，每30min涂覆一次，一共涂覆20-30次，再进行真空烘干，烘干温度为60-75℃，烘干时间为16-20h，在PVDF电纺膜2表面形成FPU电纺膜3，制得复合纤维膜。

制得的高防水高透气纳米纤维膜断裂强度为8.96MPa以上，伸长率在40.35％；本实用新型FPU电纺膜3所在面耐静水压值达126KPa，PVB电纺膜1所在面透湿性为10.2kgm^-2d^-1。

实施例3

一种高防水高透气纳米纤维膜，采用三层复合的三明治结构，包括从内向外依次层叠复合的PVB电纺膜1、PVDF电纺膜2和FPU电纺膜3。PVB电纺膜1为由聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维交织而成。PVDF电纺膜2为由聚偏氟乙烯纳米纤维交织而成。FPU电纺膜3为经氟硅烷改性的聚氨酯纳米纤维交织而成。为了使三者更好的协同配合，PVB电纺膜1的厚度为0.010-0.025mm。PVB电纺膜1与FPU电纺膜3的厚度比为1:(1.2-1.6)。为了提高改善FPU电纺膜3表面的耐磨性能，提高FPU电纺膜3的疏水性能，在FPU电纺膜3表面涂覆有二氧化硅纳米涂层。

该高防水高透气纳米纤维膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，制备PVB电纺膜1；称取一定质量的PVB粉末，加入无水乙醇，配制成质量分数为7％的PVB纺丝液，通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PVB粉末充分溶解；然后通过静电纺丝装置进行纺丝制备PVB电纺膜1，将PVB纺丝液注入针管中进行静电纺丝，以铝箔为基材，纺丝条件:温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为15kV，接收距离为15cm，纺丝速度为0.6mL/h，PVB电纺膜1的厚度控制在0.015mm。

步骤2，在PVB电纺膜1表面复合PVDF电纺膜2；称量一定量的PVDF粉末，溶解到DMF和丙酮的体积比为6/4的混合溶剂中，在40℃水浴中加热并通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PVDF粉末充分溶解，制备质量分数为15％的PVDF纺丝液；通过静电纺丝装置对PVB电纺膜1表面进行继续纺丝，纺丝条件:温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为17kV，接收距离为16cm，纺丝速度为0.8mL/h，PVDF电纺膜2的厚度保持在0.010-0.040μm。

步骤3，在PVDF电纺膜2表面复合FPU电纺膜3；称量一定量的PU颗粒加入到溶解有NaCl的DMF溶剂中，通过磁力搅拌器进行充分搅拌，使PU颗粒充分溶解，制备质量分数为16％的PU纺丝液，在PU纺丝液中，NaCl的质量分数为0.01％；通过静电纺丝装置继续对PVDF电纺膜2表面进行纺丝，纺丝条件：温度为25±3℃；湿度为40±5％，纺丝电压为17kV，接收距离为16cm，纺丝速度为0.8mL/h，制备PU电纺膜；使用等离子体仪器对PU电纺膜表面进行活化，在氦气环境下，活化处理功率控制在100W，压力控制在20Pa，处理时间1-3min；然后在PU电纺膜表面涂覆FAS浓度为1wt％的甲醇溶液，每30min涂覆一次，一共涂覆20-30次，再进行真空烘干，烘干温度为60-75℃，烘干时间为16-20h，在PVDF电纺膜2表面形成FPU电纺膜3，制得复合纤维膜。

步骤5，将FPU电纺膜3表面预热到40℃，将二氧化硅纳米颗粒浓度为0.1-0.2wt％的丙酮溶液均匀刮涂到FPU电纺膜3表面，在110℃的温度下，真空烘干10分钟，反复刮涂烘干3遍。

制得的高防水高透气纳米纤维膜断裂强度为8.54MPa以上，伸长率在42.15％；本实用新型FPU电纺膜3所在面耐静水压值达132KPa，PVB电纺膜1所在面透湿性为10.8kgm^-2d^-1。

通过上述具体实施例，本实用新型的有益效果是：本实用新型生产工艺简单合理，制造成本低，能够适用于工业化批量生产，制备的高防水高透气纳米纤维膜性能稳定，成品率高，改善了纳米纤维膜在防水透气领域的应用缺陷，利于推广应用。本实用新型的高防水高透气纳米纤维膜改善了现有的单层纳米纤维膜强度差的问题，PVDF电纺膜2与FPU电纺膜3复合，能够有效提高抗撕裂强度，而PVB电纺膜1能够提高FPU电纺膜3的柔韧性，通过三明治复合结构，断裂强度在5MPa以上，伸长率在35-45％；本实用新型FPU电纺膜3所在面具有良好的防水性能，耐静水压值达100KPa，PVB电纺膜1所在面具有良好的透气性能，透湿性为10.1kgm^-2d^-1。本实用新型的FPU电纺膜3所在面为防水面，FPU电纺膜3纤维结构均匀、细密，交织后形成孔径均匀的多孔结构，FPU电纺膜3的平均孔径小，同时FPU电纺膜3疏水性能好，通过氟硅烷进行疏水改性，形成荷叶效应，使FPU电纺膜3具备了高强的防水性能；而PVB电纺膜1所在面为透气面，本实用新型通过“吸附-扩散”效应和“毛细-扩散”效应，保证了良好的透气性能，由于PVB电纺膜1具有亲水性，而PVDF电纺膜2和FPU电纺膜3疏水性好，水气被PVB电纺膜1吸附，然后从湿度高的一侧扩散到湿度低的一侧，实现单向导湿；同时PVDF电纺膜2的纤维之间和纤维间的平均孔径大于FPU电纺膜3，水气由于压差，向FPU电纺膜3所在侧运动，然后扩散到FPU电纺膜3外侧，实现单向导湿透气。此外，PVB电纺膜1柔软性好，触感舒适，适于穿着。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种高防水高透气纳米纤维膜，其特征在于，包括PVB电纺膜、PVDF电纺膜和FPU电纺膜；所述PVB电纺膜、PVDF电纺膜和FPU电纺膜从内向外层叠复合；所述PVB电纺膜为由聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维交织而成；所述聚乙烯醇缩丁醛纳米纤维的平均直径为150-400nm；所述PVDF电纺膜为由聚偏氟乙烯纳米纤维交织而成；所述聚偏氟乙烯纳米纤维的平均直径为400-600nm；所述FPU电纺膜为经氟硅烷改性的聚氨酯纳米纤维交织而成；所述聚氨酯纳米纤维的直径为200-300nm。

2.根据权利要求1所述的高防水高透气纳米纤维膜，其特征在于，所述PVB电纺膜的厚度为0.010-0.025mm。

3.根据权利要求1所述的高防水高透气纳米纤维膜，其特征在于，所述PVB电纺膜与FPU电纺膜的厚度比为1:(1.2-1.6)。

4.根据权利要求3所述的高防水高透气纳米纤维膜，其特征在于，在所述FPU电纺膜表面涂覆有二氧化硅纳米涂层。