[发明专利]一种表面微球结构的聚四氟乙烯纤维的制备方法

说明书

本发明涉及微纳米纤维制备领域，旨在提供一种表面微球结构的聚四氟乙烯纤维的制备方法。包括：将聚乙烯吡咯烷酮和聚四氟乙烯乳液溶解于去离子水中，室温下搅拌成均相溶液；静置脱泡；将得到的纺丝液加入纺丝装置中，通过静电‑离心纺丝工艺制备微纳米纤维；然后在380℃空气氛围中煅烧，得到具有表面微球结构的聚四氟乙烯纤维。本发明利用聚乙烯吡咯烷酮的高温易流动以及空气环境下高温易分解的特性，可以得到表面微球结构的聚四氟乙烯纤维。该产品可提升原有纤维材料的比表面积，能够有效地提高纤维膜的通透性、孔隙率、疏水性等性能，在空气过滤、油水分离、膜蒸馏等领域极具应用前景。

技术领域

本发明是关于微纳米纤维制备领域，特别涉及一种表面微球结构的聚四氟乙烯纤维的制备方法。

背景技术

聚四氟乙烯(PTFE)作为人工合成高分子材料，具有优异的热稳定性、耐化学性和超低的表面能以及介电性能等，是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，在航天航空领域、医疗和生活上有重要的应用，在污水处理以及海水淡化等工业方面具有很大的应用价值。

然而，聚四氟乙烯纤维的制备条件是比较苛刻的。聚四氟乙烯稳定性高，至今尚无合适的溶剂可溶解，因此不能用溶液纺丝法制备聚四氟乙烯纤维；并且聚四氟乙烯在熔点(327℃)以上粘度大，不流动，形成凝胶状物，因此也不能熔融纺丝。目前通常有三种方法加工聚四氟乙烯纤维：乳液纺丝、糊料挤出和切割法。聚四氟乙烯微纳米纤维的制备大都是采用乳液纺丝的方法。乳液纺丝法是目前制备聚四氟乙烯纤维最为成熟的方法：将聚四氟乙烯乳液和载体溶液混合，制成纺丝液，然后通过干法或者湿法纺丝制备纤维，初生纤维经过干燥后，在380～400℃的高温下烧结，除去载体，最后经过适度的热拉伸，得到聚四氟乙烯纤维。例如，中国发明专利申请CN101994161A、CN102282301A、CN105013343B等均是采用乳液纺丝的方法，以静电纺丝技术对聚四氟乙烯超细纤维进行制备。然而，如上方法在制备微纳米纤维的过程中，利用高温煅烧去除载体后，聚四氟乙烯的熔融使制备的纤维形貌单一，无法在其表面开发出特殊的结构来提升其性能，对其应用也有了一定的局限性。

现如今，传统常规化纤材料已难以满足人类的需求，高性能纤维、差别化功能性纤维等新型纤维材料的开发显得尤为迫切和重要。微纳米纤维因尺寸效应赋予材料的特殊性能使其在生物医学、组织支架、电池隔膜、空气过滤和传感器等方面有着广泛的应用前景。而开发一些特殊结构(例如针须状、圆柱状以及孔等结构)的纤维，有助于进一步提高纤维的比表面积，并易于负载相应功能性粒子，从而拓宽应用领域。

因此，提供新表面结构的聚四氟乙烯纤维的制备工艺，对于纤维应用而言具有特别重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种表面微球结构的聚四氟乙烯纤维的制备方法。

为解决技术问题，本发明的解决方案是：

提供一种表面微球结构聚四氟乙烯纤维的制备方法，包括以下步骤：

(1)按质量比1:1～3取聚乙烯吡咯烷酮和聚四氟乙烯乳液，共同溶解于去离子水中，在室温下经充分搅拌成均相溶液；静置脱泡后，得到溶质的质量百分比浓度为23～40％的纺丝液；

(2)将纺丝液加入纺丝装置中，通过静电-离心纺丝工艺制备微纳米纤维；

(3)在空气氛围中，将微纳米纤维在380℃条件下煅烧处理，得到具有表面微球结构的聚四氟乙烯纤维。

本发明中，所述步骤(1)中，聚四氟乙烯乳液的固含量为60wt％。

本发明中，所述步骤(2)中，采用静电-离心纺丝工艺时，控制纺丝装置的运行参数为：针头直径27G、转速2000rpm、电压10kV，收集距离为150mm。

本发明中，所述步骤(3)中，煅烧处理时控制升温速率为2℃/min，在380℃条件下的保温时间为12min。