本發(fā)明涉及高分子材料、石墨烯、靜電絲紡、渦流紡絲等紡織工業(yè)領(lǐng)域，特別是涉及一種生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的石墨烯薄膜生產(chǎn)采用的方法一種是通過化學(xué)氣相沉積技術(shù)沉積得到石墨烯薄膜（專利號為201610052662.2)，另一種是將分離出來的氧化石墨烯通過噴涂的方法噴布于pet薄膜上，再經(jīng)過碳化、石墨化并得到石墨烯薄膜，以上方法生產(chǎn)的石墨烯薄膜均無法達(dá)到透氣的效果。另外目前靜電紡絲技術(shù)已經(jīng)用于幾十種不同的高分子聚合物。如聚酯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚丙烯腈等柔性高聚物的靜電紡絲，也包括聚氨酯彈性體的靜電紡絲以及液晶態(tài)的剛性高分子聚對苯二甲酰對苯二胺等的靜電紡絲；但是液晶態(tài)剛性高分子不易形成纖維直徑小于200nm的納米纖維?，F(xiàn)有的靜電絲紡技術(shù)用射出機(jī)械來回?cái)[動(dòng)造成的纖維伸長和變細(xì)最后落在收集屏上，缺點(diǎn)是較難以此形成均勻孔洞，傳統(tǒng)的收集屏為平面的收集屏。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝，本工藝中石墨烯添加于溶液中增強(qiáng)了導(dǎo)電性，加大表面電荷密度；使用低頻聲波改變液體型態(tài)，產(chǎn)生渦流分散提高拉伸應(yīng)變速率；使用可移動(dòng)數(shù)控收集屏增大與噴射管口兩者間距離，皆有利于制得更細(xì)的纖維。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝，其特征在于：該生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝的步驟如下：在石墨烯聚合物液體上施加55~75kv的電壓后，該石墨烯聚合物液體滴上會(huì)形成靜電，電荷之間的排斥力抵消石墨烯聚合物液體的表面張力，使得石墨烯聚合物液滴拉長，拉長的石墨烯聚合物液滴流經(jīng)低頻聲波的高速渦流牽伸作用最終從低頻聲波噴頭射出一道不斷裂的絲狀液流即為纖維絲，在靜電的影響下纖維絲會(huì)不斷伸長，最后纖維絲落到收集屏；低頻聲波噴頭產(chǎn)生低頻聲波，低頻聲波的高速渦流牽伸作用可改變纖維絲的半徑，收集屏通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)控制膜狀結(jié)構(gòu)，形成透氣的石墨烯薄膜；
優(yōu)選的是，所述石墨烯聚合物液體為添加0.3%~3%的石墨烯片的聚丙烯腈高分子分散液，所述石墨烯片為物理法或機(jī)械法制得,小于10層/3.4nm，片徑小于纖維直徑1/4，碳含量>99.999%；
優(yōu)選的是，所述收集屏的角度、位置距離可以通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)控制，使得其移動(dòng)，數(shù)據(jù)為可以導(dǎo)入的3d模型格式文件，收集屏為平面屏或是復(fù)雜的3d曲面屏。
本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明一種生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝，其制備方法合理、簡約，有效地降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)出來的石墨烯透氣薄膜具有優(yōu)良的化學(xué)性能、力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，石墨烯提高了材料的強(qiáng)度和耐高溫、耐酸堿性，延長了使用壽命，具優(yōu)異的過濾效果。
附圖說明
圖1是本發(fā)明一種生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝的流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
請參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例包括：
一種生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝，其特征在于：該生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝的步驟如下：在石墨烯聚合物液體上施加55~75kv的電壓后，該石墨烯聚合物液體滴上會(huì)形成靜電，電荷之間的排斥力抵消石墨烯聚合物液體的表面張力，使得石墨烯聚合物液滴拉長，拉長的石墨烯聚合物液滴流經(jīng)低頻聲波的高速渦流牽伸作用最終從低頻聲波噴頭1射出一道不斷裂的絲狀液流即為纖維絲3，在靜電的影響下纖維絲3會(huì)不斷伸長，最后纖維絲3落到收集屏；低頻聲波噴頭1產(chǎn)生低頻聲波，低頻聲波的高速渦流牽伸作用可改變纖維絲3的半徑，收集屏通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)控制膜狀結(jié)構(gòu)，形成透氣的石墨烯薄膜；
低頻聲波噴射紡納米纖維具有明顯的三維卷曲特性，本發(fā)明使用低頻聲波5~30hz，可產(chǎn)生30~200nm纖維半徑的膜，表現(xiàn)出良好的透氣性能，作為過濾材料使用表現(xiàn)出高效低阻的特性；
所述石墨烯聚合物液體為添加0.3%~3%的石墨烯片的聚丙烯腈高分子分散液，所述石墨烯片為物理法或機(jī)械法制得,小于10層/3.4nm，片徑小于纖維直徑1/4，碳含量>99.999%；
所述收集屏2的角度、位置距離可以通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)控制，使得其移動(dòng)，數(shù)據(jù)為可以導(dǎo)入的3d模型格式文件，收集屏2為平面屏或是復(fù)雜的3d曲面屏。
本發(fā)明制備出石墨烯(g)/聚丙烯腈(pan)等納米纖維膜，該工藝生產(chǎn)可過濾98%以上pm2.5之石墨烯透明及透氣膜時(shí)工藝如下：
（1）使用pan（聚丙烯腈）/石墨烯聚合物液體
使用0.4%vol的石墨烯片(如定義：物理法或機(jī)械法制得,小于10層/3.4nm，片徑小于45nm，碳含量>99.999%)的nmp（甲基吡咯烷酮）均勻分散液，取1.2gpan（聚丙烯腈）溶于10mlnmp（甲基吡咯烷酮）/石墨烯分散液中，使用超聲波30khz進(jìn)行震蕩24hr，混合溶液達(dá)到均質(zhì)分散，配置了石墨烯/pan（聚丙烯腈）分散nmp（甲基吡咯烷酮）溶液。
（2）控制纖維半徑在200nm以內(nèi)
使用23hz低頻聲波噴射，落于收集屏2后可產(chǎn)生180~200nm纖維半徑的膜，為了表現(xiàn)出良好的透氣及過濾性能，纖維半徑也會(huì)影響上述的濾率。使用菸罐過濾測試，當(dāng)纖維半徑從200nm,增大到1μm,對pm2.5的濾率巨幅下降。從98.11%（±1.41）降到48.21%（±4.19）。
（3）數(shù)據(jù)控制收集屏
采用一個(gè)通過數(shù)據(jù)控制其移動(dòng)的收集屏2，可移動(dòng)的收集屏2可以控制膜的纖維孔徑大小和均勻度；經(jīng)導(dǎo)入3d掃描autocad文檔，可以用于客制化生產(chǎn)貼合每個(gè)人鼻嘴形的濾氣膜，適用于個(gè)別術(shù)后的患者康復(fù)使用。收集屏2接地，收集屏2的下方設(shè)有溶劑液體回收槽4。
除了上述1、2、3，提供其它的參數(shù)如下：靜電絲紡所使用的噴射速度是1.5ml/h，電壓65kv，接收距離15cm，紡絲的時(shí)間20min/m2，環(huán)境溫度25℃，環(huán)境相對濕度45%；可形成透氣率>85%，透光率>95%的透氣膜。
其他案例：以案例1相同的條件進(jìn)行pvp（聚乙烯吡咯烷酮），pva（聚乙烯醇）與ps（聚苯乙烯）等不同高分子原料生產(chǎn)，
結(jié)果顯示：pan（聚丙烯腈）/石墨烯透氣膜對pm2.5的表面吸附效果高于高于其它三種材料。以濾效做比較，pan（聚丙烯腈）/石墨烯透氣膜對pm2.5的過濾效率是98.11（±1.41）%，對pm10–2.5是99.31（±0.08）%。以對pm2.5與10–2.5的濾效高低，四種材料依序?yàn)椋簆an（聚丙烯腈）/g>pvp（聚乙烯吡咯烷酮）/g>pva（聚乙烯醇）/g>ps（聚苯乙烯）/g。
本發(fā)明一種生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝，可通過適度提高聚合物溶液濃度，減少溶劑揮發(fā)所需時(shí)間，來降低納米纖維直徑，適度提高膜的孔隙度的優(yōu)勢，聚合物溶液濃度越高，粘度越大，表面張力越大，而離開噴嘴后液滴分裂能力隨表面張力增大而減弱，在其它條件恒定時(shí)，隨著濃度增加，纖維直徑增大?？蛇m度降低電場強(qiáng)度，隨電場強(qiáng)度增大，高分子靜電紡絲液的射流有更大的表面電荷密度，因而有更大的靜電斥力。同時(shí)，更高的電場強(qiáng)度使射流獲得更大的加速度。這兩個(gè)因素均能引起射流及形成的纖維有更大的拉伸應(yīng)力，導(dǎo)致有更高的拉伸應(yīng)變速率，有利于制得更細(xì)的纖維；可移動(dòng)收集屏提高流體的流動(dòng)速率，拉大射出管口與收集器之間的距離，當(dāng)噴絲頭孔徑固定時(shí)，射流平均速度顯然與纖維直徑成正比。聚合物液滴經(jīng)毛細(xì)管口噴出后，在空氣中伴隨著溶劑揮發(fā)，聚合物濃縮固化成纖維，最后被接收器接收。隨兩者間距離增大，直徑變小。當(dāng)使用移動(dòng)式收集屏2時(shí)，不同3d形狀的收集屏2所生成的纖維網(wǎng)膜不同，如用移動(dòng)式鼻嘴形收集屏?xí)r，可以用于生產(chǎn)定制化合的透氣膜適用于術(shù)后的患者康復(fù)過濾pm2.5，另外亦可生產(chǎn)弧形正壓手術(shù)室透氣膜、雙層充氣薄膜溫室防蟲網(wǎng)、spf（無特定病原）畜禽舍空氣過濾器等需要低壓通氣過濾之多種用途；可生產(chǎn)透氣高的液晶態(tài)剛性高分子的聚合膜。
本發(fā)明一種生產(chǎn)含石墨烯透氣薄膜工藝，其制備方法合理、簡約，有效地降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)出來的石墨烯透氣薄膜具有優(yōu)良的化學(xué)性能、力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性能，石墨烯提高了材料的強(qiáng)度和耐高溫、耐酸堿性，延長了使用壽命，具優(yōu)異的過濾效果，對直徑較小的粒子，特別是對直徑2.5～10μm的粒子達(dá)到98%以上的過濾效率。通過數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)控制移動(dòng)的收集屏，可生產(chǎn)3d曲面的石墨烯透氣薄膜，該石墨烯透氣薄膜可長期保留靜電，同時(shí)具有高透明度。
以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。