本发明涉及纳米纤维膜领域，具体而言，涉及一种骨架增强型纳米纤维膜及其制备方法。
背景技术：
目前增强纳米纤维膜的拉伸强度的方法有制备取向纤维膜、热压纤维膜，通过喷涂、原位复合的方式附加纳米颗粒进行改性，纳米颗粒和纳米纤维膜的结合不够紧密，拉伸强度提升幅度小。这些方法多是通过牺牲一定程度的孔隙率来达到提升纤维膜整体力学性能的效果，在方法实施之前只能通过前期试验或经验来判断孔隙率降低的程度及力学性能提升的程度，且难以通过改变施行方法的工艺条件来精确控制孔隙率缩减的程度及力学性能提升的程度。
技术实现要素：
本发明采用在纳米纤维膜中融入高拉伸强度的骨架材料，能大幅提升纳米纤维膜的拉伸强度。具体方案如下。
本发明提供了一种骨架增强型纳米纤维膜，包含具有孔隙的纳米纤维膜和熔入所述纳米纤维膜的骨架。所述骨架呈网格状或呈平行排列的条纹状。所述骨架的材料为能够加热熔化的聚合物，且熔化温度低于所述纳米纤维膜的熔化温度。所述骨架的拉伸强度大于所述纳米纤维膜。
优选地，所述纳米纤维膜为电纺膜。
优选地，所述纳米纤维膜的材料为聚酰亚胺。
优选地，所述聚合物选自聚己内酯、聚乳酸和尼龙6中的一种或多种。
本发明还提供了一种骨架增强型纳米纤维膜的制备方法，包含以下步骤：
a.自制骨架：将所述聚合物在纺丝设备中熔融并挤出，得到呈网格状或呈平行排列的条纹状的骨架；
b.将所述骨架与所述纳米纤维膜叠放，加热，使所述骨架熔融为液态并浸入所述纳米纤维膜中，冷却得到所述骨架增强型纳米纤维膜。
优选地，所述纺丝设备选用静电纺丝直写机。
优选地，所述聚合物选用聚乳酸，步骤b中加热的温度是190～260℃，加热的时间是0.1～3min。
优选地，所述聚合物选用尼龙6，步骤b中加热的温度是240～250℃，加热的时间是0.1～3min。
优选地，步骤b中，在加热的同时对所述骨架进行加压，在不损毁所述纳米纤维膜的情况下，采用滚轴或平面向下热压。
优选地，步骤b中，所述骨架和所述纳米纤维膜的用量质量比为1:5～1:30。
本发明的有益效果是：
1.骨架融化后填充部分纳米纤维膜孔隙，骨架与纳米纤维膜结合紧密，纳米纤维膜拉伸强度大幅提升。
2.可依性能，灵活地选择功能性骨架材料，如采用抗菌成分骨架分布于纳米纤维膜上，使得纳米纤维膜也具有抗菌成分；可以进行纤维膜交联强度的提升，也可以进行单一方向上的拉伸强度提升。
3.应用范围广，可直接运用于现有耐热纳米纤维膜上，仅需选择熔点低于原有纳米纤维膜的骨架材料。
4.本发明选用的是后处理的方式来提升纳米纤维膜的拉伸性能，且在实验前可通过骨架占纳米纤维膜的百分比，预期纳米纤维膜强度提升程度及孔隙率降低程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定，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相关的附图。
图1是实施例1和2提供的纳米纤维膜和骨架融合过程的示意图；
图2是实施例1提供的骨架增强型纳米纤维膜的光学显微镜图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
下面对本发明实施例的骨架增强型纳米纤维膜及其制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供了一种骨架增强型纳米纤维膜，包含具有孔隙的纳米纤维膜和熔入所述纳米纤维膜的骨架。所述骨架呈网格状或呈平行排列的条纹状。所述骨架的材料为能够加热熔化的聚合物，且熔化温度低于所述纳米纤维膜的熔化温度。所述骨架的拉伸强度大于所述纳米纤维膜。
其中，所述纳米纤维膜为电纺膜。通过电纺丝获得的纳米纤维膜的孔隙率高，且具有较好的亲液性，便于与骨架融合。
其中，所述纳米纤维膜的材料为聚酰亚胺。聚酰亚胺熔融温度较高在300℃以上，适用性广。
其中，所述聚合物选自聚己内酯、聚乳酸和尼龙6中的一种或多种。例如，对弯曲强度要求较低时可以采用聚乳酸(pla)作为骨架材料。对弯曲强度要求较高可以采用尼龙6(pa6)作为骨架材料。
本发明实施例还提供了一种骨架增强型纳米纤维膜的制备方法，包含以下步骤：
a.自制骨架：将所述聚合物在挤出设备中熔融并挤出，得到呈网格状或呈平行排列的条纹状的骨架。
b.将所述骨架与所述纳米纤维膜叠放，加热，使所述骨架熔融为液态并浸入所述纳米纤维膜中，冷却得到所述骨架增强型纳米纤维膜。
优选地，所述挤出设备选用3d打印机或静电纺丝直写机。3d打印机或静电纺丝直写机均能够对挤出材料的形状进行设计，实现网格型或呈平行排列的条纹状的骨架的制备。使用上述设备，便于调整骨架直径和结构。
优选地，所述聚合物选用聚乳酸，步骤b中加热的温度是190～260℃，加热的时间是0.1～3min。聚乳酸的拉伸强度高，以聚乳酸为骨架材料，能够显著提升材料的拉伸强度。此加热温度时，聚乳酸熔融为液态，流动性较强，易渗入纳米纤维膜中。加热时间以骨架完全熔融渗入纳米纤维膜为准，如较细骨架10s左右即可渗入纳米纤维膜中。
优选地，所述聚合物选用尼龙6，步骤b中加热的温度是240～250℃，加热的时间是0.1～3min。尼龙6的拉伸强度和弯曲强度均较高，以尼龙6为骨架材料，能够显著提升材料的拉伸强度和弯曲强度。
优选地，步骤b中，在加热的同时对所述骨架进行加压，在不损毁所述纳米纤维膜的情况下，采用滚轴或平面向下热压。当骨架材料加热后的流动性差时，对其进行加压，以使骨架材料融入纳米纤维膜的孔隙中。
优选地，步骤b中，所述骨架和所述纳米纤维膜的用量质量比为1:5～1:30。
以下通过实施例对本发明的方案进行具体说明。
实施例1
本实施例提供一种骨架增强型纳米纤维膜，根据以下步骤制得。
a.自制骨架：将骨架原材料聚乳酸(pla)在静电纺丝直写机中熔融并挤出，得到呈网格状的骨架，骨架分子量为8万。
b.将1质量份的骨架置于4.5质量份的聚酰亚胺电纺纤维膜上，在230℃下加热2min，观察到骨架熔融为液态并浸入聚酰亚胺电纺纤维膜中；冷却，如图1的示意图，骨架与聚酰亚胺电纺纤维膜融为一体；得到骨架增强型纳米纤维膜，如图2所示。
骨架原材料聚乳酸(pla)的拉伸强度大于聚酰亚胺电纺纤维膜，但其熔点低于聚酰亚胺电纺纤维膜，加热过程能保持纤维膜原来的形状。
本实施例得到骨架增强型纳米纤维膜，骨架质量占比全膜的18％，相比原聚酰亚胺电纺纤维膜，孔隙率下降12％，拉伸强度由4mp提升至34.23mp。
实施例2
本实施例提供一种骨架增强型纳米纤维膜，根据以下步骤制得。
a.自制骨架：以质量比为10:1的尼龙6(pa6)和抗菌防螨卢卡纤维为骨架材料，将骨架原材料投入3d打印机中熔融并挤出，得到呈平行排列的条纹状的骨架。
b.将1质量份的骨架置于10质量份的聚酰亚胺电纺纤维膜上，在260℃下加热2min，在加热的同时用滚轴对所述骨架进行加压，压强为0.5mpa，以加快尼龙6融入聚酰亚胺电纺纤维膜中。观察到骨架熔融为液态并浸入聚酰亚胺电纺纤维膜中；冷却，如图1的示意图，骨架与聚酰亚胺电纺纤维膜融为一体；得到具有抗菌功能的骨架增强型纳米纤维膜。
骨架原材料尼龙6(pa6)和抗菌防螨卢卡纤维的拉伸强度大于聚酰亚胺电纺纤维膜，但其熔点低于聚酰亚胺电纺纤维膜，加热过程能保持纤维膜原来的形状。
本实施例得到骨架增强型纳米纤维膜，骨架质量占比全膜的9％，相比原聚酰亚胺电纺纤维膜，孔隙率下降6％，拉伸强度由8.83mp提升至39.6mp。
以上所描述的实施例仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，本发明的实施例的详细描述并非旨在限制本发明要求保护的范围，而仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
1.一种骨架增强型纳米纤维膜，其特征在于：包含具有孔隙的纳米纤维膜和熔入所述纳米纤维膜的骨架；所述骨架呈网格状或呈平行排列的条纹状；所述骨架的材料为能够加热熔化的聚合物，且熔化温度低于所述纳米纤维膜的熔化温度；所述骨架的拉伸强度大于所述纳米纤维膜。
2.根据权利要求1所述的骨架增强型纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜为电纺膜。
3.根据权利要求1所述的骨架增强型纳米纤维膜，其特征在于，所述纳米纤维膜的材料为聚酰亚胺。
4.根据权利要求1所述的骨架增强型纳米纤维膜，其特征在于，所述聚合物选自聚己内酯、聚乳酸和尼龙6中的一种或多种。
5.一种如权利要求1～4任意一项所述的骨架增强型纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
a.自制骨架：将所述聚合物在纺丝设备中熔融并挤出，得到呈网格状或呈平行排列的条纹状的骨架；
b.将所述骨架与所述纳米纤维膜叠放，加热，使所述骨架熔融为液态并浸入所述纳米纤维膜中，冷却得到所述骨架增强型纳米纤维膜。
6.根据权利要求5所述的骨架增强型纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述纺丝设备选用静电纺丝直写机。
7.根据权利要求5所述的骨架增强型纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物选用聚乳酸，步骤b中加热的温度是190～260℃，加热的时间是0.1～3min。
8.根据权利要求5所述的骨架增强型纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，所述聚合物选用尼龙6，步骤b中加热的温度是240～250℃，加热的时间是0.1～3min。
9.根据权利要求5所述的骨架增强型纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤b中，在加热的同时对所述骨架进行加压，在不损毁所述纳米纤维膜的情况下，采用滚轴或平面向下热压。
10.根据权利要求5所述的骨架增强型纳米纤维膜的制备方法，其特征在于，步骤b中，所述骨架和所述纳米纤维膜的用量质量比为1:5～1:30。
技术总结