一种芳纶微纳纤维的制备方法及在芳纶纸中的应用

本发明涉及聚合物纳米材料制备，特别是涉及一种芳纶纳米纤维的制备方法及在芳纶纸中的应用。

背景技术：

1、纳米材料具有独特的表界面特性，可以表现出常规宏观材料所不具有的物理或化学性质，在各个科学领域和工业领域都得到了广泛的应用。

2、芳纶沉析纤维是一种由芳纶纺丝原液细流在凝固浴中经高速离心剪切而成的全芳香族聚酞胺合成材料，具备优异的液相分散性能和复合增强效果，作为高性能芳纶纸的原料之一，得到了广泛的应用。

3、目前，国产的芳纶纸多使用湿纺纺丝得到的芳纶短纤维与沉析纤维互混，再通过外界热压制备得到，但制得的芳纶纸存在诸多问题：1.沉析纤维与短纤维的抱合差，粘连效果差；2.成纸致密度低，孔隙结构存留较多；3.成纸力学性能和电学性能差等。其主要原因是通过传统凝固浴剪切法得到的芳纶沉析纤维，其外层的皮芯结构导致表面氢键结合完全，含氧位点少。此外，该传统凝固浴剪切法还存在制备周期过长、产量低、成本高、有机溶剂对环境污染、在水中分散困难等一系列问题。

4、为了解决上述问题，目前报道了诸多芳纶纤维的制备方法，包括静电纺丝、化学劈裂、喷射气流纺丝、聚合一步法等。中国专利cn104562650a中公开了一种利用芳纶纤维在碱性介质中通过化学劈裂法制备了芳纶纳米纤维。但该制备方法在规模化生产、材料形式及性能上还存在许多问题，如制备时间长、生产效率低等缺点，难以用于工业上大规模生产。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种芳纶微纳纤维的制备方法及在芳纶纸中的应用。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、本发明的第一方面提供了一种芳纶微纳纤维的制备方法，包括以下步骤：

4、s1.将芳纶聚合物溶解于氯化物盐/有机溶剂体系中，得到浓度为5～20wt％的芳纶聚合物溶液；

5、s2.将步骤s1中的芳纶聚合物溶液进行喷雾干燥，得到芳纶微纳纤维；

6、其中，所述喷雾干燥的条件设置：蠕动泵的流速为100～3000ml/h，喷嘴尺寸为0.5～2.0mm，雾化器频率为150～500hz，入口温度为175～250℃，出口温度为120～200℃，载气为99％高纯氮气。

7、优选地，步骤s1中，所述芳纶聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺(间位芳纶，pmia)或者聚对苯二甲酰对苯二胺(对位芳纶，ppta)；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)、n,n-二甲基乙酰胺(dmac)、二甲基亚砜(dmso)、n-甲基吡咯烷酮(nmp)中的任一种；

8、优选地，步骤s1中，所述氯化物盐为cacl2或licl，氯化物盐/有机溶剂体系中，cacl2或licl的质量分数为2～10wt％。

9、本发明的第二方面提供了上述制备方法得到的芳纶微纳纤维，所述芳纶微纳纤维的直径为50nm～10μm，长度为10μm～200μm。

10、本发明的第三方面提供了上述芳纶微纳纤维在芳纶纸制备中的应用。

11、本发明具备如下有益效果：

12、(1)本发明以芳纶聚合物溶液为原料，通过喷雾干燥方法制备了直径为50nm～10μm，长度为10μm～200μm的芳纶微纳纤维。其原理：通过雾化处理形成芳纶微纳液滴或细流。当溶液的粘度以及离心雾化器的频率达到一定值时，这些微纳液滴或细流会被进一步拉长，形成更长的细流，进一步，这些细流与热气体接触，进行充分热交换，短时间将其中的溶剂气化去除，形成干燥的芳纶微纳纤维。制得的芳纶微纳纤还兼具产量高、纯度高等优点，在工业上具有广阔的应用前景。

13、(2)本发明方法制备的芳纶微纳纤维溶剂含量低，表面具有丰富的含氧位点，在将该芳纶微纳纤维应用于制备芳纶纸的过程中，当芳纶微纳纤维与芳纶短纤维混合时，利用所得芳纶微纳纤维表面丰富的含氧位点，在热压作用下与芳纶短纤维充分粘合，最大限度降低芳纶纸中芳纶短切纤维之间残留的孔隙，从而提高界面抱合性和成纸的致密度，赋予所得芳纶纸优异的力学强度和电学性能，使其能够在高端应用上进行使用，同时减少化学物品的使用。

14、(3)本发明制备方法具有工艺简单、成本低廉、生产效率高等特点，且同时所用有机溶剂可绿色回收利用，适于大规模推广应用。

技术特征：

1.一种芳纶微纳纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的芳纶微纳纤维的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述芳纶聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺或者聚对苯二甲酰对苯二胺；所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮中的任一种。

3.根据权利要求1所述的芳纶微纳纤维的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述氯化物盐为cacl2或licl，氯化物盐/有机溶剂体系中，cacl2或licl的质量分数为2～10wt％。

4.一种如权利要求1-3任一项所述制备方法制得的芳纶微纳纤维，其特征在于，所述芳纶微纳纤维的直径为50nm～10μm，长度为10μm～200μm。

5.如权利要求4所述的芳纶微纳纤维在芳纶纸制备中的应用。

技术总结本发明公开了一种芳纶微纳米纤维的制备方法及在芳纶纸中的应用。本发明通过喷雾干燥方法制备了芳纶微纳纤维。其原理：通过雾化处理形成芳纶微纳液滴或细流，当溶液的粘度以及离心雾化器的频率达到一定值时，这些微纳液滴或细流会被进一步拉长，形成更长的细流，进一步这些细流与热气体接触，进行充分热交换，短时间将其中的溶剂气化去除，从而形成干燥的芳纶微纳纤维，所得芳纶微纳纤维的直径为50nm～10μm，长度为10μm～200μm。将本发明所得芳纶微纳纤维应用于芳纶纸制备时能够赋予所得芳纶纸优异的机械强度和电学性能。另本发明制备方法具有工艺简单、成本低廉、生产效率高等特点，且所用有机溶剂可绿色回收利用，适于大规模推广应用。技术研发人员：应玉龙,王騊,王晟受保护的技术使用者：浙江理工大学技术研发日：技术公布日：2024/4/22