一种纳米PU纤维防水透气膜的生产工艺的制作方法

本发明涉及纤维纺丝膜，尤其涉及一种纳米pu纤维防水透气膜的生产工艺。

背景技术：

1、纳米纤维膜广泛应用在气体过滤、液体过滤以及透气织物等诸多领域，其中以纳米聚合物纤维为材料的透气织物由于透气性好、热稳定高、机械强度高等特点，在织物领域得到广泛的应用。

2、常用作透气织物的纳米聚合物纤维包括pa、pan、pu等聚合物纤维，制作纳米聚合物纤维的方法主要为静电纺丝工艺。静电纺丝的原理可以概括为三个步骤：1）悬浮于金属毛细管针头的聚合物溶液（熔体），在高压静电场的作用下，液滴表面形成大量静电荷。产生电荷斥力，与液滴表面张力作用使液滴发生形变。随着电场力的增加，液滴形状发生改变，逐渐由半球形转变为锥形，即taylor锥；2）当电压继续增大，液滴表面的电荷斥力大到克服液滴的表面张力时，液滴表面的聚合物便会喷射而出形成无数的微小细流，简称射流；3）射流在电场中不断运动，同时在电荷斥力的作用下继续发生形变，不断拉伸，聚合物细流中的溶剂挥发，最终固化形成纤维层。

3、静电纺丝制备的纳米pu纤维膜具有以下优点：1）纤维膜中各纤维纵横交错排布，纤维之间形成透气而不透水的纳米孔径（一般为5-50nm），使具有较大的透气性；2）pu纤维不溶于水，耐水泡，使纤维膜具有优异防水性；3）纳米纤维的次结构机械强度高，使纤维膜强度高于普通的编制织物；4）以多元醇、聚酯二醇或聚醚二醇为软段的pu纤维具有一定的亲水性，使织物易透湿，利于排汗；5）工艺一次成型，可成膜后贴敷在织物表面形成复合面料，也可直接在织物表面进行纺丝成膜。

4、现有纳米pu纤维的静电纺丝工艺，一般通过纺丝设备参数（如电压、喷丝距离等）以及纺丝液配方（浓度、溶剂复配）来控制，透气率较难控制，批次产品差异性大，不利于量化生产；且随着污渍污染、水洗浸泡、有机清洗溶剂的浸渍以及外力拉伸折弯，纤维间结构会产生变化，孔径大小及其分布和孔隙率均会受到影响，导致纤维膜使用一段时间后透气效果变差。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种纳米pu纤维防水透气膜的生产工艺。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种纳米pu纤维防水透气膜的生产工艺，包括以下步骤：

4、s100、静电纺丝：

5、将pu（聚氨酯）、pvdf（聚偏氟乙烯）和dmf（n,n-二甲基甲酰胺）配制成纺丝液，经过静电纺丝在双胶纸上进行成膜，通过剥膜收卷，得膜产品i；

6、s200、热压：

7、将0.7-1.5mm厚的膜产品i经过140℃热压至厚度为0.5-1.2mm；通过热压使各层纤维更为致密且紧贴，保持纤维网孔状态，起到抵抗外力破坏的稳固网孔作用，以保证膜长期使用后透气性基本不变；

8、s300、溶胀：

9、将热压膜采用dmf和水的共混溶剂，在40℃下进行浸渍溶胀15-20min；部分热压后的纤维被压扁，致使孔径变小且孔分布更致密，经过dmf短暂溶胀后，由于pu比pvdf在dmf中溶解性更高，因此纤维中pu率先溶胀，促使pu相与pvdf相剥离，而pvdf溶胀较少保持纤维的骨架结构；

10、s400、油浴加热：

11、将溶胀膜通过140℃油浴，加热8-10min，对溶胀纤维起包裹作用，避免pu或pvdf与dmf溶解过度；溶胀后的纤维径向尺寸变大，在油浴高温作用下软化，形成溶胀pvdf的凝胶骨架、熔融pu的溶胶及外包硅油的复合纤维体；

12、s500、水浴凝固：

13、将140℃的油浴膜经过80℃的水凝固浴浸泡20-30min，复合纤维体中熔融pu的溶胶，经过降温的水浴凝固，水逐渐替换硅油及dmf，形成径向孔洞结构，即形成pvdf相骨架、pu相微孔的新型多孔纳米纤维；

14、s600、热风干燥：

15、将凝固膜经过80-85℃热风干燥，收卷即得膜产品ii，即最终的纤维膜产品，其厚度约为0.63-1.41mm；通过充分干燥，除去多孔纳米纤维的pvdf相骨架中的dmf以及pu相微孔中的水分，形成具有较高强度和多孔空腔的多孔纤维膜，其透气空间不仅仅局限于纤维之间的网孔，还包括纤维内部的pvdf相和pu相的内通微孔，大幅提高透气率。

16、优选地，s100包括以下步骤：

17、s101、搅拌釜配料：

18、将pu树脂、pvdf树脂和dmf投入搅拌釜，然后密闭搅拌釜，60℃下密闭搅拌至体系呈澄清溶液状，然后放料至料桶内，通过泵将配好的纺丝液打入溶液配给装置的料槽内，溶液配给装置为密闭形式；

19、s102、放卷：

20、利用自动对边收放卷装置将双胶纸展开；

21、s103、喷丝：

22、将双胶纸输送至喷丝组内，常温下通过喷丝组将溶液配给装置中的溶液喷至双胶纸上，喷丝成厚度约为0.7-1.5mm的堆积膜，然后在喷丝组中通过风冷常温干燥后形成纳米纤维防水透气膜；

23、s104、剥膜：

24、利用剥膜机将喷丝成型的纳米纤维防水透气膜从双胶纸上剥离下来，剥膜下来的双胶纸可回用于喷丝工序；

25、s105、收卷：

26、利用自动对边收放卷装置将剥离下来的纳米纤维防水透气膜进行收卷得膜产品i。

27、进一步地，s101的纺丝液中固含量为12-15%，纺丝液中pu树脂和pvdf树脂的重量比为7-8：2-3。

28、进一步地，s103中喷丝组通过其下方的滚珠丝杆升降机控制静电喷头的上下移动，从而精密控制喷丝密度；喷丝过程主要是将搅拌配置溶液通过静电喷头喷至双胶纸上，静电喷头很细且喷的是液体，故喷丝过程产生的废气是气态，因此喷丝组还需设置废气收集装置。

29、进一步地，s103纺丝前的设备调整过程为：将纺丝液抽到20ml注射器中，注射器固定到纺丝机注射泵上，装上20g（1/2英寸，平口）不锈钢针头，针头接高压电源正极，接收辊筒接高压电源负极，辊筒上贴上接收基材；设置注射泵规格为20ml，供液速度2.5ml/h，辊筒转速350转/min，滑台行程20cm，纺丝距离14-16cm，纺丝电压正15kv、负5kv，温度35℃，湿度40%，定时110-130min，最后关闭设备门，开启排风。

30、优选地，s300的共混溶剂中dmf和水的体积比为0.3-0.4：1。

31、优选地，s400中，油浴采用硅油；在油浴上方收集水和dmf的蒸汽，冷凝回收制作共混溶剂返回利用。

32、优选地，s200-s500的过程中，依次通过辊传输各级纤维膜产品（即膜产品i、热压膜、溶胀膜、油浴膜和凝固膜），且保证纤维膜的输送张力＜10n，避免膜变形使纤维网孔失效。

33、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

34、1.本发明通过掺混pvdf的方式来提高pu纤维膜的防水性，同时利用pvdf与pu的溶剂溶解性及纺丝性能的差异性，制备的pu/pvdf纳米纤维膜具有机械强度高、透湿量大且防水性高等特点。

35、2.本发明对pu/pvdf静电纺丝膜进行二次凝固浴处理，且限定专门的热压-溶胀-油浴加热-水浴凝固流程，所得膜产品ii与未后处理的静电纺丝膜相比，机械性能基本不变，其吸湿率降低但透湿量反而提高，表明经过溶胀和二次凝固后，纤维尺寸变粗，使纤维网孔更为致密，但纤维本体多出许多纳米孔径的径向孔洞，其仅能通过气体水分子而不通过液体水分子，因此透湿量增强且防水性增强，表明后处理具有突出的效果。

36、3.本发明后处理的静电纺丝膜经过热压压紧，使纤维网孔结构及其分布较为粘结固定，经过二次凝固透气性的提高均体现在纤维本身微孔增加而非纤维间网孔结构，后处理的静电纺丝膜透气性较为稳定，表明网孔结构和纤维多孔结构均变化不大，且防水性基本不变。