[发明专利]芳纶纳米纤维及其制备方法和应用、芳纶纸的制备方法

说明书

本发明提供了一种芳纶纳米纤维及其制备方法和应用、芳纶纸的制备方法，该芳纶纳米纤维的制备方法包括以下步骤：将芳纶聚合物分散至第一溶剂中得到芳纶聚合物分散液；经气喷雾化处理后喷射于第二溶剂中，得到分散液；再将经过超微粒磨浆处理。本发明的制备方法，利用高速流动的压缩气体将芳纶聚合物分散液打乱和分散，得到芳纶微纳米纤维分散液，通过调节芳纶聚合物分散液的浓度以及压缩气体的工作压力实现芳纶聚合物排列结构调控，雾化的微纳级芳纶聚合物分子链在湍流区收气流扰动分散，并在气流场作用下拉伸排列，固化后得到芳纶微纳米纤维分散液；再通过进一步的超微粒磨浆处理，从而实现芳纶纤维纵向分离，实现微纳米纤维尺寸的可控可调。

技术领域

本发明涉及聚合物材料技术领域，尤其涉及一种芳纶纳米纤维及其制备方法和应用、芳纶纸的制备方法。

背景技术

近年来，因具有优异的力学性能、介电强度、化学和热稳定性，高性能纤维材料在航天航空、交通运输、电力通信和国防工业等高科技发展领域中发挥着重要的作用，已成为21世纪新材料研究的热点之一。纳米尺度的芳纶纤维兼具高性能芳纶纤维和聚合物纳米纤维的双重优势，在一定程度上可有效解决目前芳纶纤维存在的表面光滑、复合效果不理想的问题。然而，芳纶纤维作为高性能芳香族聚酯纤维家族中的重要成员，其高强高模、耐高温、耐腐蚀等特征为实现其可控纳米化制备带来了一定的困难，这也导致目前可用来制备芳纶纳米纤维的技术较少。

目前公开的芳纶纳米纤维的制备方法有静电纺丝、旋转喷射纺丝、碱协同机械磨解、碱溶法、聚合分散法等；其中，静电纺丝法生产效率低，尺寸调控困难；碱熔法需要先对芳纶纤维进行溶解后再分散制备，过程繁琐；机械法能耗高，动力消耗大；现有喷射纺丝技术采用内进液管，外进气管结构，其制备的芳纶纤维直径较大，长度无法调控，尺寸分布范围广。

上述技术缺陷限制了芳纶纳米纤维的产业化进程及适用范围。因此，有必要对现有的芳纶纳米纤维的制备方法进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种芳纶纳米纤维的制备方法及其制备方法和应用，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种芳纶纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

将芳纶聚合物分散至第一溶剂中制备得到芳纶聚合物分散液；

将芳纶聚合物分散液经气喷雾化处理后喷射于具有固化效果的第二溶剂中，得到芳纶微纳米纤维分散液；

再将芳纶微纳米纤维分散液经过超微粒磨浆处理即得芳纶纳米纤维。

优选的是，所述的芳纶纳米纤维的制备方法，所述第一溶剂包括二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮中的一种或多种；所述第二溶剂包括二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、二甲基乙酰胺水溶液、二甲基甲酰胺水溶液、二甲基亚砜水溶液、丙酮水溶液中的一种或多种。

优选的是，所述的芳纶纳米纤维的制备方法，所述芳纶聚合物包括聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、含有杂环结构的聚酰胺聚合物中的一种或多种。

优选的是，所述的芳纶纳米纤维的制备方法，所述气喷雾化处理的具体工艺为：雾化孔孔径为0.1～8.0mm、压缩气体压力为0.1～1.0MPa。

优选的是，所述的芳纶纳米纤维的制备方法，将芳纶聚合物分散至第一溶剂中制备得到芳纶聚合物分散液具体为：将芳纶聚合物分散至第一溶剂中于50～1000rpm下搅拌1～60min，得到芳纶聚合物分散液。

优选的是，所述的芳纶纳米纤维的制备方法，超微粒研磨处理具体工艺为：磨盘间隙为-100μm～100μm，磨浆次数为1～100次。

优选的是，所述的芳纶纳米纤维的制备方法，所述芳纶聚合物分散液的质量浓度为0.01～20％。