一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法

本发明涉及静电纺丝纳米纤维，特别涉及一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法。

背景技术：

1、静电纺丝制备二氧化硅纳米纤维膜在过去的十几年里得到了迅猛发展，因其耐高温、过滤性能好、热稳定性等优点，有望成为各种无机复合材料的应用首选。尤其是在空气净化、过滤、耐高温材料方面，由于优异性能，使其在高温纤维材料中得到很好的应用。当前二氧化硅纳米纤维的制备方法通常使用高分子模板法，涉及二氧化硅纳米纤维静电纺丝制备过程中高分子模板剂的使用和去除，步骤复杂，二氧化硅纳米纤维膜脆性大、二氧化硅纳米纤维力学强度低，一拉即断，严重限制了其应用价值，使得它不能在纺织、膜过滤等领域使用。

2、为了提升二氧化硅纳米纤维膜的力学性能并且扩展其应用，研究者们进行了很多方法来提升其力学性能。目前，已知增强二氧化硅纳米纤维膜力学性能的方法一般都是通过化学改性，虽然化学改性可以大幅度增强其力学性能，但是会使其工艺流程更加复杂，制备成本增加；而一般的物理方法则是通过改变静电纺丝工艺参数，对二氧化硅纳米纤维力学性能增强，但其增强能力有限。

3、为此，如何提供一种工艺流程简单、成本较低，且能够有效增强二氧化硅纳米纤维膜力学性能的基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法。在硅胶分子链未完全交联前通过向二氧化硅纳米纤维膜施加一定的预应力(其中施加的预应力大小一般不超过二氧化硅纳米纤维膜自身重量的5倍)，使二氧化硅纳米纤维沿预应力方向取向，同时增加纳米纤维中硅胶链取向性，然后经过热处理固化纤维结构从而增强二氧化硅纳米纤维膜的力学性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法，包括：

4、步骤(1)：制备含有正硅酸乙脂、乙醇、盐酸的硅胶纺丝液；

5、步骤(2)：基于硅胶纺丝液，采用静电纺丝技术制备二氧化硅纳米纤维膜，并在二氧化硅纳米纤维膜的硅胶分子链未交联成网状结构前对二氧化硅纳米纤维膜施加热-预应力。

6、可选的，步骤(1)中，正硅酸乙脂、乙醇、盐酸的摩尔比为1：2：0.0038。

7、可选的，步骤(2)中，对二氧化硅纳米纤维膜施加热-预应力，具体为：在对二氧化硅纳米纤维膜施加预应力的同时进行热处理。

8、可选的，预应力的大小为二氧化硅纳米纤维膜自身重量的1～5倍。

9、可选的，热处理的温度为150℃～1000℃。

10、可选的，热处理的时长为0.5h～5h。

11、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明提出了一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法。通过在硅胶分子链未完全交联前通过向二氧化硅纳米纤维膜施加一定的热-预应力，使得经过热-预应力处理得到的二氧化硅纳米纤维膜最高可超过不做处理的二氧化硅纳米纤维膜断裂强度的1081％，断裂伸长率的增加率可达90％，有效增强了二氧化硅纳米纤维膜力学性能，使得经过力学性能增强的二氧化硅纳米纤维膜在纺织、膜过滤等领域中得到更好的应用，且工艺流程简单、成本较低。

技术特征：

1.一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法，其特征在于，步骤(1)中，所述正硅酸乙脂、所述乙醇、所述盐酸的摩尔比为1：2：0.0038。

3.根据权利要求1所述的一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法，其特征在于，步骤(2)中，对所述二氧化硅纳米纤维膜施加热-预应力，具体为：在对所述二氧化硅纳米纤维膜施加预应力的同时进行热处理。

4.根据权利要求3所述的一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法，其特征在于，所述预应力的大小为所述二氧化硅纳米纤维膜自身重量的1～5倍。

5.根据权利要求3所述的一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法，其特征在于，所述热处理的温度为150℃～1000℃。

6.根据权利要求3所述的一种基于热-预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法，其特征在于，所述热处理的时长为0.5h～5h。

技术总结
本发明公开了一种基于热‑预应力的二氧化硅纳米纤维膜力学增强方法，应用于静电纺丝纳米纤维技术领域，包括：制备含有正硅酸乙脂、乙醇、盐酸的硅胶纺丝液；基于硅胶纺丝液，采用静电纺丝技术制备二氧化硅纳米纤维膜，并在二氧化硅纳米纤维膜的硅胶分子链未交联成网状结构前对二氧化硅纳米纤维膜施加热‑预应力。经过本发明热‑预应力处理得到的二氧化硅纳米纤维膜最高可超过不做处理的二氧化硅纳米纤维膜断裂强度的1081％，断裂伸长率的增加率也可达90％，从而使得经过力学性能增强的二氧化硅纳米纤维膜在某些领域中得到更好的应用。

技术研发人员：李守柱,马梦瑶,朱星宇,倪慧涓,张加润
受保护的技术使用者：新疆理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16