[发明专利]一种聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料的制备方法。具体为通过静电纺丝法制备聚丙烯腈纳米纤维膜，然后以纳米纤维膜为增强体利用浸渍法制备聚丙烯腈纳米纤维膜增强热塑性聚氨酯复合材料，本发明系统地优化了制备工艺，形成了聚丙烯腈纳米纤维膜增强热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，通过控制聚丙烯腈纤维膜中纤维的取向排列来调节复合材料在外力作用时的承载能力。该复合材料可用来提高纯热塑性聚氨酯材料的张力、拉伸强度、伸长率、韧性等特性，该复合材料可用于消防水管内衬，输油管气动软管、电线、电缆、光缆护套等。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯弹性体(TPU)是一种AnBm型嵌段共聚物、是一种新型的有机高分子合成材料。与传统塑料、橡胶相比具有高硬度、耐化学性、环保、易加工、可降解等优点，在制鞋、箱包、手袋、制衣、军事、玩具、装饰材料等领域得到广泛应用。然而，现有的，单一性能的TPU薄膜，其张力、拉伸强度、伸长率、强韧性等性能都不能满足特殊产品的要求。纳米技术在学科领域的作用体现在纳米技术的发展推动了许多新学科的发展，静电纺丝技术是一种灵活、简单的利用高压静电为驱动力来制备高分子纳米纤维的方法，由于设备和实验成本低、纤维产率高、制备出的纤维比表面积比较大(纤维直径在几十纳米到几个微米的范围内)纤维直径小、纳米微孔的多孔材料、适用性广泛等独特的优势,并且适用于许多不同种类的材料。电纺丝制得的PAN纳米纤维，广泛应用于工业和民用纺织品、航空航天复合材料、过滤材料、碳纤维原丝以及医疗材料等，得到了广泛的关注并成为材料研究领域的热点。结合两者的优点制备出一种新的复合材料，既可以延续纯热塑性聚氨酯材料环保、易加工等优点，又可以提升聚氨酯材料的拉伸强度、伸长率等性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前聚氨酯聚合物及其复合材料的制备方法较少导致其发展和应用受到极大限制的问题，提供了一种聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料的制备方法。该方法将聚丙烯腈与N,N二甲基甲酰胺配制成纺丝液，将该纺丝液采用静电纺丝法制得的聚丙烯腈纤维膜，以纤维膜作为骨架与聚氨酯混合溶液复合后挥发除去溶剂，制备成聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料。

为了达到上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料，该复合材料的物理化学性能如下：

(1)该复合材料是由聚丙烯腈纳米纤维膜和热塑性聚氨酯两种材料构成；

(2)该复合材料具有氰基:-C≡N；

(3)该复合材料具有酰胺基：

(4)该复合材料的物理化学性质：外观磨砂半透明薄片，可溶于丙酮、丁酮、甲苯、二甲苯、环己酮、氯仿等；难溶于无水乙醇、石油醚、水等；厚度为0.27～0.42mm、密度为1.115～1.184g/cm³，熔点为180～240℃。

一种如前所述的聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将聚丙烯腈加入到溶剂N,N二甲基甲酰胺中，混合搅拌得到聚丙烯腈溶液；

(2)将步骤(1)得到的聚丙烯腈溶液采用静电纺丝方法制备得到聚丙烯腈纳米纤维膜；

(3)将热塑性聚氨酯溶解在有机溶剂中，得到质量浓度为4～12％的热塑性聚氨酯溶液；

(4)以步骤(2)得到的聚丙烯腈纳米纤维膜浸渍于步骤(3)得到的热塑性聚氨酯溶液中，待溶剂挥发后即得到聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料。

作为技术方案的进一步改进，以上所述的一种聚丙烯腈纳米纤维膜/热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，所述的聚丙烯腈分子量为50000～150000。