[发明专利]一种表面溶解法制备的芳纶自增强复合材料及其方法与应用

说明书

本发明属于芳纶复合材料技术领域，公开了一种表面溶解法制备的芳纶自增强复合材料及其方法与应用。所述方法为于一定温度下，在有机溶剂、强碱和助剂中，将芳纶进行部分溶解，取出未溶解的芳纶，再将未溶解的芳纶浸入水中使其部分固化；再在近真空的低压环境下进行稳定固化，清洗，干燥，得到芳纶自增强复合材料；所述有机溶剂为强极性有机溶剂；所述助剂为碱金属盐或碱土金属盐中的至少一种。本发明的芳纶自增强复合材料耐高温、耐溶剂、高模量、力学性能优异、横纵方向都有较好强度；本发明的方法简单，试剂易得，易控制，成本较低，易实现工业化生产。所述芳纶自增强复合材料在国防、航空航天、高速列车和电工绝缘领域的应用。

技术领域

本发明属于芳纶复合材料技术领域，特别涉及一种在横纵向均具有超强力学强度的芳纶纤维自增强复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，一类全新的基于相似或相同的材质作为基体和增强体的“全聚合物复合物”或“自增强复合物”，由于其在加工和回收方面的优势引起了业界的广泛关注。同样，由于基体和增强体是同样的化学组分因而具有良好的界面作用，因此比传统增强复合材料具有更大的优势。自增强聚合物复合材料是在工程聚合物领域增长最快的领域。但是目前这些材料主要为具有温和性能的热塑性纤维。传统的制备自增强复合材料的方法包括膜堆叠、粉末浸渍、溶液注射、热压和共挤出法。尤其是最后两种已经相当成功，并且获得了商业化产品。

Propex织物公司利用热压法制备了新型的热塑性复合材料Curv。它是通过精细控制加工温度选择性熔化部分聚合物表面，再通过一个热压过程迅速将它们融合；经历随后的一个冷却过程，原本融化的纤维部分通过重结晶粘结回基体获得自增强材料。荷兰的兰克霍斯特复合材料公司生产的商品PURE基于一种共挤出技术获得，表现出杰出的力学性能和可回收性。在这种方法中，可以获得一种具有较大熔点差别的“壳芯”结构的共挤出带。

芳纶作为一种高科技合成纤维，是世界三大高性能纤维中应用最为广泛的一种，自上世纪六十年代被Dupont公司开发以来，由于其优异的耐高温、耐有机溶剂、高强度、高模量等优异性能，在世界各国一起高度关注，是第一种被应用于先进复合材料中的拥有足够拉伸强度和模量的有机纤维。PPTA、PPDA类芳纶纤维由于上述优异性能被应用于轮胎、胶管、防弹材料、热保护材料、工程塑料以及复合材料。尤其是力学方面，在很低的密度下，拥有高的拉伸强度、拉伸模量；热学性能方面，阻燃特性好，热分解温度高。

关于芳纶自增强复合材料的制备鲜有报道。因为芳纶高阻燃耐高温，且力学性能优异不易变形，因此很难利用传统的膜堆叠、粉末浸渍、溶液注射、热压和共挤出法等方法制备芳纶自增强材料。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的是在于提供一种高强度芳纶自增强复合材料的制备方法。本发明采用表面溶解的方法制备芳纶自增强复合材料，该方法简单高效、制备条件温和，所制备的复合材料强度高，具有非常优异的性能。

本发明的另一目的是提供由上述方法制备得到的芳纶自增强复合材料。所述的复合材料耐高温、力学性能优异、横纵方向都有较好强度。

本发明的再一目的是提供上述芳纶自增强复合材料的应用。所述芳纶自增强复合材料在国防、航空航天、高速列车和电工绝缘领域的应用，基于其持久的热稳定性，骄人的阻燃性，极佳的电绝缘性，杰出的化学稳定性，优良的机械特和超强的耐辐射性。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种芳纶自增强复合材料的制备方法，包含以下具体步骤：

于一定温度下，在有机溶剂、强碱和助剂中，将芳纶进行部分溶解，取出未溶解的芳纶，再将未溶解的芳纶浸入水中使其部分固化；再在近真空的低压环境下进行稳定固化，后续处理，得到芳纶自增强复合材料。

取出未溶解的芳纶时，未溶解的芳纶表面有部分溶解的芳纶和未溶解完全的芳纶。

所述有机溶剂为强极性有机溶剂。