普适性制备取向纳米纤维膜的方法及装置

1.本发明涉及纤维膜制备技术领域，尤其涉及一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法及装置。


背景技术：

2.目前，取向纤维膜在热电领域、组织工程材料领域、仿真领域、能源及智能穿戴领域均有广泛的应用。有研究证明具有取向结构的纤维膜在应用于热电领域时，其取向结构有利于载流子的快速传输，与无序结构的纳米纤维膜相比，其热电功率因子增加了7倍。所以，如何制备具有取向结构的纤维膜成为领域内的研究热点。
3.现有技术中广泛使用的制备取向纳米纤维膜的方法多为静电纺丝法，例如：发明专利(申请号为cn201710601626.1)公开了一种取向集束装置、静电纺丝设备及纳米纤维纱线制备方法，该方法及装置集喷丝、纤维取向、纤维转移、凝聚、加捻、牵伸和卷绕为一体，可以连续制备取向纳米纤维纱线；通过采用单个甚至多个无针式喷丝头，同时产生多股射流，增加了静电纺丝的产量；并利用负压纤维收集滚筒的高速旋转以及表面气孔处的负压气流作用，使生成的纳米纤维高度取向，实现纳米纤维纱线的连续化和规模化生产。发明专利(申请号为cn201510093616.2)公开了一种聚偏氟乙烯取向排列压电纤维膜及其制备方法，采用静电纺丝的方法制备聚偏氟乙烯纤维膜，并采用高速旋转的圆盘接收得到取向排列的压电纤维膜，制备得到的聚偏氟乙烯纤维膜具有较高的β晶型含量和较优异的压电性能。
4.上述制备取向纤维膜的方法均需要与静电纺丝法相结合，需要特定且复杂的制备装置及制备工艺，需要单独设置接收纤维丝的旋转装置，使纤维发生取向，因此具有制备成本高、耗时长，且工艺过程依赖于静电纺丝法，普适性低，限制其应用范围的缺陷。除此外，制备不同材质的纳米纤维膜，需要制备不同的初始溶液，相应的仪器参数也会发生改变，无法进一步提升生产效率。
5.有鉴于此，有必要设计一种改进的普适性制备取向纳米纤维膜的方法及装置，以解决上述问题。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法及装置，通过将聚合物纳米纤维先进行冷冻，然后置于保温的密闭容器中，在其高速剪切力作用下实现纳米纤维的定向筛选并对纳米纤维施加离心力，使其粘附在容器内壁的基材上，制备出取向纳米纤维膜。该方法可适用于不同材料的聚合物纳米纤维，且制备过程无需配置浆液，既加快产品制作周期又降低产品制作成本，同时实现纤维纺丝和取向工艺的分离，以克服传统取向纤维膜对静电纺丝技术的依赖性，实现干法成膜技术，具有极大的应用前景。
7.为实现上述发明目的，本发明提供了一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法，包括以下步骤：
8.s1、将聚合物纳米纤维进行预处理，并用液氮冷冻15～20min；所述聚合物纳米纤
维的直径为100nm～6μm；
9.s2、对用于制备取向纳米纤维膜的基材进行清洁处理，并将其贴于制备取向纳米纤维膜的装置的密闭容器内壁上；所述装置具有高速旋转功能，所述密闭容器内部包括旋转组件；
10.s3、将经过步骤s1处理后的所述聚合物纳米纤维置于步骤s2的所述密闭容器中，进行高速旋转，时间为20～180s；
11.s4、将所述密闭容器内壁上的所述基材取下，其表面复合取向的聚合物纳米纤维，即得所述取向纳米纤维膜。
12.作为本发明的进一步改进，在步骤s3中，所述密闭容器在高速旋转过程中，保持其内部温度低于-10℃，以维持其内部的所述聚合物纳米纤维的冷冻状态。
13.作为本发明的进一步改进，所述基材的表面粗糙度为10～100nm，优选为70nm。
14.作为本发明的进一步改进，所述聚合物纳米纤维包括聚乙烯醇-聚乙烯共聚物、尼龙及其衍生物、聚丙烯纳米纤维中的一种或多种；所述聚合物纳米纤维的直径为200～300nm。
15.作为本发明的进一步改进，所述基材包括金属膜基材、聚合物膜基材中的一种；所述聚合物膜基材包括聚丙烯膜、聚氨酯膜、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜中的一种。
16.作为本发明的进一步改进，在步骤s1中，将所述聚合物纳米纤维进行预处理的方式为：采用交联剂对所述聚合物纳米纤维进行浸泡处理。
17.作为本发明的进一步改进，在步骤s3中，所述高速旋转的转速大于30000rpm，优先为35000rpm。
18.一种普适性制备取向纳米纤维膜的装置，包括密闭容器和动力系统，所述密闭容器内设有旋转组件，所述动力系统为所述旋转组件提供动力；所述旋转组件包括至少一层平面旋转叶片和至少一层呈相同倾斜角度的斜面旋转叶片；将用于制备取向纳米纤维膜的基材贴于所述密闭容器的内壁上，再将经液氮冷冻后的聚合物纳米纤维置于所述密闭容器中，经高速旋转后，取下所述基材，即得取向纳米纤维膜。
19.作为本发明的进一步改进，单层所述斜面旋转叶片的叶片数量为1～3片，倾斜角度为20
°
～60
°
；所述平面旋转叶片和所述斜面旋转叶片的厚度为0.5～3.0μm，优选为2.0μm。
20.作为本发明的进一步改进，所述普适性制备取向纳米纤维膜的装置还包括保温系统，所述保温系统用于维持所述密闭容器的温度。
21.本发明的有益效果是：
22.1、本发明的一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法及装置，首先将聚合物纳米纤维进行预处理，并用液氮冷冻使其具有一定的硬度；然后将用于制备取向纳米纤维膜的基材，贴于制备取向纳米纤维膜的装置的密闭容器内壁上；该装置具有高速旋转功能，密闭容器内部包括旋转组件；再将经过冷冻成型后的聚合物纳米纤维置于装置密闭容器中，进行高速旋转，最后将密闭容器内壁上的基材取下，其表面复合取向的聚合物纳米纤维，即得取向纳米纤维膜。该方法可适用于不同材料的聚合物纳米纤维，且制备过程无需配置浆液，既加快了产品制作周期又降低了产品制作成本；同时实现了纤维纺丝和取向工艺的分离，克
服了传统取向纤维膜对静电纺丝技术的依赖性，实现了干法成膜的技术，具有极大的应用前景。
23.2、本发明将柔性的聚合物纳米纤维进行冷冻，给予其一定的刚性和脆性，使其在高速剪切力作用下实现破碎和定向筛选，并在离心力的作用下使其粘附在器壁的基材上，制得取向纳米纤维膜。取向纳米纤维膜中的聚合物纳米纤维与基材之间主要通过范德华力结合；另外，取向纳米纤维膜从装置取出后，其温度上升，使纳米纤维内部的分子链段处于“解冻”状态，即分子链的运动加强，侧基、官能团的活性提高，与基材产生相互作用力，进一步提高了纳米纤维与基材之间的结合力，使得取向纳米纤维膜具有优异的力学性能，提高其实用性和应用价值高。
24.3、本发明通过调控聚合物纳米纤维的直径和旋转叶片的厚度，使得旋转叶片对纳米纤维具有强剪切力，为其取向和复合基材提供足够的动力；通过调控高速旋转的时间和转速来控制纤维在破碎后的长度以及制得的取向纳米纤维膜的厚度和性能，同时避免因处理时间过长，装置过热使纳米纤维无法保持刚性状态，进而出现粘缠叶片、无法获得足够的取向和离心动力、制得纤维膜不均匀的问题。另外，本发明还通过控制基材的粗糙程度来增大其与聚合物纳米纤维之间的结合力以及制备的膜材料表面的均匀性。
25.4、本发明的普适性制备取向纳米纤维膜的装置中，旋转组件包括至少一层平面旋转叶片和至少一层呈相同倾斜角度的斜面旋转叶片；其中，平面旋转叶片将团聚细长的聚合物纳米纤维破碎为短纤维，斜面旋转叶片负责搅拌和筛分纳米纤维，并为破碎后的短纤维提供高速剪切力，使其取向并复合于基材上，得到取向纳米纤维膜。该装置结构简单易操作，无需与纺丝设备适配，配合本发明的制备工艺，可以高效制备出不同材料的取向纳米纤维膜，为现有制备取向膜提供了新设备和新思路。
附图说明
26.图1为本发明实施例1制备的取向纳米纤维膜的电镜图。
27.图2为本发明制备的尼龙6共聚物纳米纤维膜的电镜图。
28.图3为本发明制备的聚丙烯共聚物纳米纤维膜的电镜图。
29.图4为本发明实施例1～3制得的取向纳米纤维膜的红外光谱图。
30.图5为本发明普适性制备取向纳米纤维膜装置的结构及原理示意图。
31.附图标记
32.1-密闭容器；2-旋转组件；21-平面旋转叶片；22-斜面旋转叶片。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
34.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
35.另外，还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且
还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
36.一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法，包括以下步骤：
37.s1、将聚合物纳米纤维进行预处理，并用液氮冷冻15～20min；聚合物纳米纤维的直径为100nm～6μm，纤维直径太大会使制备的材料不具备取向性，在实验过程中发现桑蚕丝纤维的直径为8μm时无法制备出取向膜。聚合物纳米纤维的直径优选为200～300nm；通过调控聚合物纳米纤维的直径，配合旋转叶片的厚度，使得旋转叶片对纳米纤维具有强剪切力，为其取向和复合基材提供足够的动力；
38.s2、对用于制备取向纳米纤维膜的基材进行清洁处理，并将其贴于制备取向纳米纤维膜的装置的密闭容器1内壁上；装置具有高速旋转功能，密闭容器内部包括旋转组件2；
39.s3、将经过步骤s1处理后的聚合物纳米纤维置于步骤s2的密闭容器1中，进行高速旋转，时间为20～180s；高速旋转的转速大于30000rpm，优先为35000rpm；通过调控高速旋转的时间和转速来控制纤维在破碎后的长度以及制得的取向纳米纤维膜的厚度和性能，避免因处理处理时间太短无法成膜，同时避免因处理时间过长，装置过热造成基材脱落，还会使纳米纤维无法保持冷冻下刚性状态的问题；
40.s4、将密闭容器1内壁上的基材取下，其表面复合取向的聚合物纳米纤维，即得取向纳米纤维膜。
41.特别地，在步骤s3中，密闭容器1在高速旋转过程中，保持其内部温度低于-10℃，以保持其内部的聚合物纳米纤维的冷冻状态，在-10℃以下可以使纤维保持脆性，不易缠结。因为聚合物纳米纤维在常温状态下是柔性团聚状态，直接置于密闭容器1中会出现粘缠叶片、无法获得足够的取向和离心动力、制得纤维膜不均匀的问题，进而无法成功制得取向纳米纤维膜；所以本发明将柔性的聚合物纳米纤维进行冷冻，给予其一定的刚性和脆性，使其在高速剪切力作用下实现破碎和定向筛选，并在离心力的作用下使其粘附在器壁的基材上，制得取向纳米纤维膜。
42.本发明取向纳米纤维膜中的聚合物纳米纤维与基材之间主要通过范德华力结合；另外，取向纳米纤维膜从装置的密闭容器1中取出后，其温度上升，使纳米纤维内部的分子链段处于“解冻”状态，即分子链的运动加强，侧基、官能团的活性提高，与基材产生相互作用力，进一步提高了纳米纤维与基材之间的结合力，使得取向纳米纤维膜具有优异的力学性能，提高其实用性和应用价值高。
43.具体地，基材的表面粗糙度为10～100nm，通过控制基材的粗糙程度来增大其与聚合物纳米纤维之间的结合力以及制备的膜材料表面的均匀性，基材的表面粗糙度太大会影响膜表面均一性。聚合物纳米纤维包括聚乙烯醇-聚乙烯共聚物、尼龙及其衍生物、聚丙烯纳米纤维中的一种或多种。基材包括金属膜基材、聚合物膜基材中的一种；聚合物膜基材选用表面粗糙度10～100nm且不与纳米纤维反应的聚合物膜，包括聚丙烯膜、聚氨酯膜、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜中的一种。
44.在一些具体的实施例中，除了实现聚合物纳米纤维的取向成膜之外，还可将其用于传统喷膜法不太容易实现的材料，例如将碳纳米管与纳米纤维共混成膜，只需将碳纳米管和聚合物纳米纤维同时置于密闭容器中，实现两者的物理共混，得到碳纳米管改性的取向纳米纤维膜。
45.在一些具体的实施例中，在步骤s1中，将聚合物纳米纤维进行预处理的方式为：采用交联剂对聚合物纳米纤维进行浸泡处理；如此可提高聚合物纳米纤维与基材之间的结合牢度。
46.请参阅图5所示，一种普适性制备取向纳米纤维膜的装置，包括密闭容器1和动力系统，密闭容器1内设有旋转组件2，动力系统为旋转组件2提供动力；旋转组件2包括至少一层平面旋转叶片21和至少一层呈相同倾斜角度的斜面旋转叶片22；将用于制备取向纳米纤维膜的基材贴于密闭容器1的内壁上，再将经液氮冷冻后的聚合物纳米纤维置于密闭容器1中，经高速旋转后，取下基材，即得取向纳米纤维膜。
47.普适性制备取向纳米纤维膜的装置中，平面旋转叶片21可将团聚细长的聚合物纳米纤维破碎成长度为2～5μm的短纤维，斜面旋转叶片负责搅拌和筛分纳米纤维，并为破碎后的短纤维提供高速剪切力，使其取向并复合于基材上，得到取向纳米纤维膜。该装置结构简单易操作，无需与纺丝设备适配，配合本发明的制备工艺，可以高效制备出不同材料的取向纳米纤维膜，为现有制备取向膜提供了新设备和新思路。
48.特别地，单层斜面旋转叶片21的叶片数量为1～3片，倾斜角度为20
°
～60
°
；平面旋转叶片21和斜面旋转叶片22的厚度为0.5～3.0μm；优选为2.0μm。该厚度范围内的旋转叶片，配合直径范围为100nm～6μm的聚合物纳米纤维，可以使得旋转叶片对纳米纤维具有强剪切力，为其取向和复合基材提供足够的动力，有利于取向纳米纤维膜的制备。
49.在图5所示的普适性制备取向纳米纤维膜的装置的示意图中，平面旋转叶片21的叶片形状不一，且斜面旋转叶片22仅为一层，仅有一片叶片；在实际应用中，可根据处理纤维的种类和数量对平面旋转叶片21形状、斜面旋转叶片22的层数以及叶片数量进行调整。
50.在一些具体的实施例中，旋转组件2包括三层叶片，具体为最上层的平面旋转叶片21、中层和下层的斜面旋转叶片22；斜面旋转叶片22的倾斜方向和角度均一致，其叶片与水平面的倾斜角度为20
°
。
51.具体地，普适性制备取向纳米纤维膜的装置还包括保温系统，保温系统用于维持密闭容器1的温度，避免冷冻状态的聚合物纳米纤维出现柔性恢复的问题。
52.实施例1
53.本实施例提供了一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法及装置，具体方法包括以下步骤：
54.s1、将聚乙烯醇-聚乙烯共聚物(pva-co-pe)纳米纤维进行预处理，并用液氮冷冻20min；纳米纤维的直径为300nm；
55.s2、对用于制备取向纳米纤维膜的聚氨酯基材进行清洁处理，并将其贴于制备取向纳米纤维膜的装置的密闭容器1内壁上；
56.其中，聚氨酯基材的表面粗糙度为70nm；采用的装置具有高速旋转功能，密闭容器1内部包括旋转组件2，旋转组件2包括三层叶片，最上层为平面旋转叶片21、中层和下层为斜面旋转叶片22；所有旋转叶片的厚度为2.0μm；
57.s3、将经过步骤s1处理后的聚合物纳米纤维置于步骤s2的密闭容器1中，进行高速旋转，时间为30s；高速旋转的转速为35000rpm；
58.s4、将密闭容器1内壁上的基材取下，其表面复合取向的pva-co-pe纳米纤维，即得具有取向结构的聚乙烯醇-聚乙烯共聚物纳米纤维膜。
59.请参阅图1所示，为实施例1制备的具有取向结构的聚乙烯醇-聚乙烯共聚物纳米纤维膜的电镜图。从图中可以看出pva-co-pe纳米纤维的取向效果较好，说明本方案的干法成膜技术具备可行性。
60.实施例2～3
61.实施例2～3提供了一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法，与实施例1相比，不同之处在于，实施例2和实施例3的聚合纳米纤维分别为尼龙6共聚物纳米纤维、聚丙烯共聚物纳米纤维；其余大致与实施例1相似，在此不再赘述。
62.请参阅图2～图3所示，图2为尼龙6共聚物纳米纤维膜的电镜图，图3为聚丙烯共聚物纳米纤维膜的电镜图。从图2中可以看出尼龙6共聚物纳米纤维膜中的纳米纤维取向效果较好；图3的聚丙烯共聚物纳米纤维膜整体取向效果较好，图(a)的高倍图中纤维存在微乱的情况，这是因为聚丙烯共聚物纳米纤维的纤维之间本身有缠结；但是从图(b)可以看出，聚丙烯共聚物纳米纤维膜整体取向效果仍然比较好。
63.请参阅图4所示，将实施例1～3制得的取向纳米纤维膜进行红外光谱分析，得到的结果如图4。从图中可以看出，聚乙烯醇-聚乙烯、尼龙6、聚丙烯共聚物纳米纤维均较好的复合在基材上，得到纳米纤维膜。
64.对比例1
65.对比例1提供了一种制备取向纳米纤维膜的方法，与实施例1相比，不同之处在于，未将纳米纤维进行步骤s1的冷冻，其余大致与实施例1相似，在此不再赘述。
66.实施例4～5
67.实施例4～5提供了一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法，与实施例1相比，不同之处在于，基材分别为聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)(粗糙度为24nm)、锡纸(粗糙度为14nm)；其余大致与实施例1相似，在此不再赘述。
68.在对比例1的实验过程中，因为未将纳米纤维进行冷冻，纤维之间、纤维与刀片之间缠结严重，并未成功制得具有取向性的纳米纤维膜。
69.将实施例1～5制备的取向纳米纤维膜进行厚度和力学性能的测试，得到的结果如下表所示。
70.表1实施例1～5的取向纳米纤维膜厚度和性能测试结果
[0071] 厚度/mm拉伸强度/mpa实施例10.3110实施例20.3100实施例30.390实施例40.3250实施例50.398
[0072]
由表1可知，对比实施例1～5的测试结果可知，聚合物纳米纤维的种类的改变，可以影响制备的取向纳米纤维膜的拉伸强度；且拉伸强度主要受到基材种类的影响。
[0073]
实施例6～9和对比例2～3
[0074]
实施例6～9和对比例2～3提供了一种制备取向纳米纤维膜的方法，与实施例1相比，不同之处在于，其纳米纤维直径、高速旋转时间的参数如下表所示；其余大致与实施例1相似，在此不再赘述。
[0075]
表2实施例6～9和对比例2～3的参数设置
[0076][0077][0078]
对实施例6～9和对比例3制备的取向纳米纤维膜进行厚度和力学性能的测试，得到的结果如下表所示。
[0079]
表3实施例6～9和对比例3的纳米纤维膜厚度和性能测试结果
[0080] 厚度/mm拉伸强度/mpa实施例60.3100实施例70.380实施例80.3110实施例90.3120对比例30.3120
[0081]
由表3可知，在一定范围内，聚合物纳米纤维的直径越小，其取向效果越好，得到的取向纤维膜拉伸强度越大；在装置允许范围内，旋转时间越长，得到的取向纤维膜拉伸强度越高，但是达到一定时间后其拉伸强度不再继续提高。
[0082]
对比例2中，采用直径为8μm的聚合物纳米纤维膜进行取向膜的制备，发现因纤维直径太大而无法制备出取向纤维膜。在对比例3中，在密闭容器1高速旋转的后期，纤维逐渐出现缠结和粘刀现象，无法继续制备取向纳米纤维膜，所以其拉伸强度与实施例9的纤维膜强度相近。
[0083]
综上所述，本发明提供了一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法及装置，首先将聚合物纳米纤维进行预处理，并用液氮冷冻使其具有一定的硬度；然后将用于制备取向纳米纤维膜的基材，贴于制备取向纳米纤维膜的装置的密闭容器内壁上；再将经过冷冻成型后的聚合物纳米纤维置于装置密闭容器中，进行高速旋转，最后将密闭容器内壁上的基材取下，其表面复合取向的聚合物纳米纤维，即得取向纳米纤维膜。制备取向纳米纤维膜的装置中，旋转组件包括至少一层平面旋转叶片和至少一层呈相同倾斜角度的斜面旋转叶片；其中，平面旋转叶片将团聚细长的聚合物纳米纤维破碎为短纤维，斜面旋转叶片负责搅拌和筛分纳米纤维，并为破碎后的短纤维提供高速剪切力，使其取向并复合于基材上，得到取向纳米纤维膜。该装置结构简单易操作，无需与纺丝设备适配，配合本发明的制备工艺，可以高效制备出不同材料的取向纳米纤维膜。本发明的方法可适用于不同材料的聚合物纳米纤维，且制备过程无需配置浆液，既加快了产品制作周期又降低了产品制作成本；同时实现了纤维纺丝和取向工艺的分离，克服了传统取向纤维膜对静电纺丝技术的依赖性，实现了干法成膜的技术，具有极大的应用前景。
[0084]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将聚合物纳米纤维进行预处理，并用液氮冷冻15～20min；所述聚合物纳米纤维的直径为100nm～6μm；s2、对用于制备取向纳米纤维膜的基材进行清洁，并将其贴于制备取向纳米纤维膜的装置的密闭容器内壁上；所述装置具有高速旋转功能，所述密闭容器内部包括旋转组件；s3、将经过步骤s1处理后的所述聚合物纳米纤维置于步骤s2的所述密闭容器中，进行高速旋转，时间为20～180s；s4、将所述密闭容器内壁上的所述基材取下，其表面复合取向的聚合物纳米纤维，即得所述取向纳米纤维膜。2.根据权利要求1所述的普适性制备取向纳米纤维膜的方法，其特征在于，在步骤s3中，所述密闭容器在高速旋转过程中，保持其内部温度低于-10℃，以维持其内部的所述聚合物纳米纤维的冷冻状态。3.根据权利要求1所述的普适性制备取向纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述基材的表面粗糙度为10～100nm。4.根据权利要求1所述的普适性制备取向纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述聚合物纳米纤维包括聚乙烯醇-聚乙烯共聚物、尼龙及其衍生物、聚丙烯纳米纤维中的一种或多种；所述聚合物纳米纤维的直径为200～300nm。5.根据权利要求1所述的普适性制备取向纳米纤维膜的方法，其特征在于，所述基材包括金属膜基材、聚合物膜基材中的一种；所述聚合物膜基材包括聚丙烯膜、聚氨酯膜、聚氯乙烯膜、聚苯乙烯薄膜、聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜中的一种。6.根据权利要求1所述的普适性制备取向纳米纤维膜的方法，其特征在于，在步骤s1中，将所述聚合物纳米纤维进行预处理的方式为：采用交联剂对所述聚合物纳米纤维进行浸泡处理。7.根据权利要求1所述的普适性制备取向纳米纤维膜的方法，其特征在于，在步骤s3中，所述高速旋转的转速大于30000rpm，优先为35000rpm。8.一种普适性制备取向纳米纤维膜的装置，其特征在于，包括密闭容器和动力系统，所述密闭容器内设有旋转组件，所述动力系统为所述旋转组件提供动力；所述旋转组件包括至少一层平面旋转叶片和至少一层斜面旋转叶片；将用于制备取向纳米纤维膜的基材贴于所述密闭容器的内壁上，再将经液氮冷冻后的聚合物纳米纤维置于所述密闭容器中，高速旋转后，取下所述基材，即得取向纳米纤维膜。9.根据权利要求1所述的普适性制备取向纳米纤维膜的装置，其特征在于，单层所述斜面旋转叶片的叶片数量为1～3片，倾斜角度为20
°
～60
°
；所述平面旋转叶片和所述斜面旋转叶片的厚度为0.5～3.0μm，优选为2.0μm。10.根据权利要求1所述的普适性制备取向纳米纤维膜的装置，其特征在于，所述普适性制备取向纳米纤维膜的装置还包括保温系统，所述保温系统用于维持所述密闭容器的温度。

技术总结
本发明提供了一种普适性制备取向纳米纤维膜的方法及装置，将聚合物纳米纤维用液氮冷冻，然后将用于制备纳米纤维膜的基材，贴于制备取向纳米纤维膜装置的密闭容器内壁上；再将冷冻后的聚合物纳米纤维置于密闭容器中，高速旋转，最后将密闭容器内壁上的基材取下，其表面均匀复合取向的聚合物纳米纤维，即得取向纳米纤维膜。制备取向纳米纤维膜的装置具有高速旋转的旋转组件，在其高速剪切力作用下可实现纳米纤维的定向筛选并对纤维施加离心力，使其取向并与基材复合。本发明可适用于不同的聚合物纳米纤维材料，实现了纤维纺丝和取向工艺的分离，克服了传统制备取向纤维膜方法对静电纺丝技术的依赖性，实现了干法成膜的技术，具有极大的应用前景。极大的应用前景。极大的应用前景。


技术研发人员：王栋 徐佳 刘轲 耿阳 王靖 吴青
受保护的技术使用者：武汉纺织大学
技术研发日：2022.12.02
技术公布日：2023/9/25