一种用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法技术

本发明专利技术涉及一种用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法，属于膜材料和聚合物聚合技术领域。该方法是将对位芳纶纳米纤维分散液调配到合适浓度后，上网成型成湿纸张，然后压榨、干燥、高温压光成型。由于对位芳纶纳米纤维直径非常小，由其制备出的对位芳纶纸纸张均匀，性能稳定；对位芳纶纳米纤维极易分散，无需添加任何分散剂.利用本发明专利技术制备出的对位芳纶纸力学性能和电气绝缘性能俱佳.本发明专利技术生产过程简单，极大地降低了芳纶纸的生产成本。本发明专利技术利用对位芳纶纳米纤维作为原料，制得的芳纶纸均匀性非常优异，不含任何其他组分，而且生产过程简单，成本低廉，条件温和，是一种全新的制备芳纶纸的方法，具有良好的工业应用前景。

Method for preparing aramid paper by using para aramid nanofibers

The invention relates to a method for preparing aramid paper by using para aramid nanofibers. The method comprises the following steps of: preparing the dispersion of the para aramid nanofibers into a suitable concentration, forming the wet paper on the Internet, and then pressing, drying, and high temperature calendering. The aramid fiber nano fiber diameter is very small, the preparation of para aramid paper is uniform, stable performance; para aramid nanofibers dispersed easily, without adding any dispersant. The mechanical properties of para aramid paper prepared by the method and electrical insulation properties and the production process. The invention is simple, greatly reduces the production cost of aramid paper. The invention makes use of para aramid nanofibers as raw material, made of aramid paper uniformity is excellent, without any other components, and the production process is simple, low cost, mild conditions, is a new method for preparation of aramid paper, has good prospects for industrial applications.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法，属于膜材料和聚合物聚合

技术介绍
对位芳纶纸(以下简称PAP)是一种高性能特种高分子材料，具有高强高模、尺寸稳定、电气绝缘性优良、耐化学腐蚀、重量轻等优点,作为结构材料、绝缘材料、透波以及过滤材料等广泛用于航空航天、军事装备、电子电器等行业。目前用于制备PAP的原料主要是对位芳纶短纤、浆粕或沉析纤维，有时还加入间位芳纶或其他热塑性树脂作为增强剂。造纸的过程比较复杂，一般需要经过特殊工艺将纤维打成浆料，需要加入分散剂提高浆料的分散性和稳定性。即便如此，利用上述原料制造出性能稳定的PAP也并非易事。因为PAP厚度一般在几十到数百微米(部分特殊用途的PAP厚度在100um以上)，而对位芳纶短纤维的直径在10um左右，浆粕和沉析纤维的主要结构尺寸也在几百纳米到数微米，一旦浆料分散不匀，极易造成PAP的不均匀，进而使PAP性能不稳定。此外，加入间位芳纶纤维和分散助剂也会恶化PAP的性能。间位芳纶吸湿性较大,会引起PAP高湿度下的尺寸稳定性下降,难以满足高精度产品的要求。而分散剂的加入，一方面不利于PAP的介电性能和耐热性能，另一方面会产生大量废水，导致污染环境及提高生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种对位芳纶纸的制备方法，在已有技术基础上，利用改进的上网成型工艺制备出湿的PAP，然后再经过压榨、干燥和压光成型得到性能优异且均匀稳定的对位芳纶纸。本专利技术提出的对位芳纶纸的制备方法，包括以下步骤：(1)浆料的制备：(1-1)向反应器中加入溶剂N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护下边搅拌边加入助溶盐，加热至80-100℃使助溶盐完全溶解，得到第一溶液，所述的助溶盐为氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或多种以任意比例的混合物，助溶盐质量浓度为(2-12)％；将第一溶液降至10-25℃，在第一溶液中加入对苯二胺和助剂，得到第二溶液，第二溶液中对苯二胺的摩尔浓度为(0.05-0.5)mol/L，助剂为聚氧乙烯醚类聚合物，聚氧乙烯醚类聚合物的分子量为500-6000，聚氧乙烯醚类聚合物的一端或两端端基为羟基、氨基、羧基、硅氧基或甲氧基，助剂与对苯二胺的质量比为(0.25-2):1；(1-2)待上述步骤(1-1)的第二溶液中的对苯二胺和助剂完全溶解后，将温度降至-5℃-10℃，向第二溶液中加入对苯二甲酰氯粉末或80-100℃高温融化得到对苯二甲酰氯熔体，对苯二甲酰氯与对苯二胺的摩尔配比为(1.007-1.012):1，高速搅拌进行缩聚反应，搅拌速度根据反应器大小调整(转速在500-2000rpm可调)，以聚合后能够形成纳米纤维为标准，维持缩聚反应温度低于90℃，上述缩聚反应进行到形成冻胶体，即可流动凝胶粘度1万-5万厘泊之间时停止搅拌，向反应体系中加入2-10倍重量的凝固剂，并高速搅拌将反应物打碎，匀化得到宏观均匀的对位芳纶纳米纤维分散液；所述的凝固剂为N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、水或者N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇与水的任意比例的混合物；(1-3)利用高速离心机或连续逆流带式洗涤机将上述步骤(1-1)制备的对位芳纶纳米纤维分散液用水反复洗涤干净，并最终在搅拌条件下用去离子水将对位芳纶纳米纤维分散成均匀的浆料，对位芳纶纳米纤维浆料的质量浓度为(0.01-10)％；(2)上网成型：将上述步骤(1-2)制备得到的对位芳纶纳米纤维浆料喷射或涂布到网上成型，得到湿纸，成型网的网目为100-300目；(3)压榨：利用真空吸附转移的方法，使上述步骤(2)的湿纸与成型网剥离，并采用双辊双毯一道压榨方式使与成型网剥离后的湿纸脱水；(4)干燥：采用蒸汽或电磁加热辊使脱水后的湿纸干燥,干燥温度为60-120℃,干燥时间为0.5-5min，得到对位芳纶纸；(5)压光成型：对上述步骤(4)干燥后的对位芳纶纸进行高温压光成型，压光温度为220-350℃，得到对位芳纶纸成品。本专利技术提出的用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法，其优点是：由于对位芳纶纳米纤维直径非常小，因此本专利技术方法制备出的对位芳纶纸纸张均匀，性能稳定；对位芳纶纳米纤维极易分散，无需添加任何分散剂.利用本专利技术制备出的对位芳纶纸力学性能和电气绝缘性能俱佳。本专利技术生产过程简单，极大地降低了芳纶纸的生产成本。本专利技术利用对位芳纶纳米纤维作为原料，制得的芳纶纸均匀性非常优异，不含任何其他组分，而且生产过程简单，成本低廉，条件温和，是一种全新的制备芳纶纸的方法，具有良好的工业应用前景。具体实施方式本专利技术提出的对位芳纶纸的制备方法，包括以下步骤：(1)浆料的制备：(1-1)向反应器中加入溶剂N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护下边搅拌边加入助溶盐，加热至80-100℃使助溶盐完全溶解，得到第一溶液，所述的助溶盐为氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或多种以任意比例的混合物，助溶盐质量浓度为(2-12)％；将第一溶液降至10-25℃，在第一溶液中加入对苯二胺和助剂，得到第二溶液，第二溶液中对苯二胺的摩尔浓度为(0.05-0.5)mol/L，助剂为聚氧乙烯醚类聚合物，聚氧乙烯醚类聚合物的分子量为500-6000，聚氧乙烯醚类聚合物的一端或两端端基为羟基、氨基、羧基、硅氧基或甲氧基，助剂与对苯二胺的质量比为(0.25-2):1；(1-2)待上述步骤(1-1)的第二溶液中的对苯二胺和助剂完全溶解后，将温度降至-5℃-10℃，向第二溶液中加入对苯二甲酰氯粉末或80-100℃高温融化得到对苯二甲酰氯熔体，对苯二甲酰氯与对苯二胺的摩尔配比为(1.007-1.012):1，高速搅拌进行缩聚反应，搅拌速度根据反应器大小调整(转速在500-2000rpm可调)，以聚合后能够形成纳米纤维为标准，维持缩聚反应温度低于90℃，上述缩聚反应进行到形成冻胶体，即可流动凝胶粘度1万-5万厘泊之间时停止搅拌，向反应体系中加入2-10倍重量的凝固剂，并高速搅拌将反应物打碎，匀化得到宏观均匀的对位芳纶纳米纤维分散液；所述的凝固剂为N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、水或者N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇与水的任意比例的混合物；(1-3)利用高速离心机或连续逆流带式洗涤机将上述步骤(1-1)制备的对位芳纶纳米纤维分散液用水反复洗涤干净，并最终在搅拌条件下用去离子水将对位芳纶纳米纤维分散成均匀的浆料，对位芳纶纳米纤维浆料的质量浓度为(0.01-10)％；(2)上网成型：将上述步骤(1-2)制备得到的对位芳纶纳米纤维浆料喷射或涂布到网上成型，得到湿纸，成型网的网目为100-300目；(3)压榨：利用真空吸附转移的方法，使上述步骤(2)的湿纸与成型网剥离，并采用双辊双毯一道压榨方式使与成型网剥离后的湿纸脱水；(4)干燥：采用蒸汽或电磁加热辊使脱水后的湿纸干燥,干燥温度为60-120℃,干燥时间为0.5-5min，得到对位芳纶纸；(5)压光成型：对上述步骤(4)干燥后的对位芳纶纸进行高温压光成型，压光温度为220-350℃，得到对位芳纶纸成品。性能检测：本专利技术的以下实施例中，对本专利技术方法制备的纯对位芳纶纸样品进行了力学性能和电气绝缘性能检测,检测项目及方法如下：拉伸强度及延伸率参照GB/T453-2002检测；撕裂强度参照GB/T455-2002检测；耐压强度参照ASTMD149检测。以下介绍本专利技术方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：(1)浆料的制备：(1‑1)向反应器中加入溶剂N‑甲基吡咯烷酮，在氮气保护下边搅拌边加入助溶盐，加热至80‑100℃使助溶盐完全溶解，得到第一溶液，所述的助溶盐为氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或多种以任意比例的混合物，助溶盐质量浓度为(2‑12)％；将第一溶液降至10‑25℃，在第一溶液中加入对苯二胺和助剂，得到第二溶液，第二溶液中对苯二胺的摩尔浓度为(0.05‑0.5)mol/L，助剂为聚氧乙烯醚类聚合物，聚氧乙烯醚类聚合物的分子量为500‑6000，聚氧乙烯醚类聚合物的一端或两端端基为羟基、氨基、羧基、硅氧基或甲氧基，助剂与对苯二胺的质量比为(0.25‑2):1；(1‑2)待上述步骤(1‑1)的第二溶液中的对苯二胺和助剂完全溶解后，将温度降至‑5℃‑10℃，向第二溶液中加入对苯二甲酰氯粉末或80‑100℃高温融化得到对苯二甲酰氯熔体，对苯二甲酰氯与对苯二胺的摩尔配比为(1.007‑1.012):1，高速搅拌进行缩聚反应，搅拌速度根据反应器大小调整(转速在500‑2000rpm可调)，以聚合后能够形成纳米纤维为标准，维持缩聚反应温度低于90℃，上述缩聚反应进行到形成冻胶体，即可流动凝胶粘度1万‑5万厘泊之间时停止搅拌，向反应体系中加入2‑10倍重量的凝固剂，并高速搅拌将反应物打碎，匀化得到宏观均匀的对位芳纶纳米纤维分散液；所述的凝固剂为N‑甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇、水或者N‑甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇与水的任意比例的混合物；(1‑3)利用高速离心机或连续逆流带式洗涤机将上述步骤(1‑1)制备的对位芳纶纳米纤维分散液用水反复洗涤干净，并最终在搅拌条件下用去离子水将对位芳纶纳米纤维分散成均匀的浆料，对位芳纶纳米纤维浆料的质量浓度为(0.01‑10)％；(2)上网成型：将上述步骤(1‑2)制备得到的对位芳纶纳米纤维浆料喷射或涂布到网上成型，得到湿纸，成型网的网目为100‑300目；(3)压榨：利用真空吸附转移的方法，使上述步骤(2)的湿纸与成型网剥离，并采用双辊双毯一道压榨方式使与成型网剥离后的湿纸脱水；(4)干燥：采用蒸汽或电磁加热辊使脱水后的湿纸干燥,干燥温度为60‑120℃,干燥时间为0.5‑5min，得到对位芳纶纸；(5)压光成型：对上述步骤(4)干燥后的对位芳纶纸进行高温压光成型，压光温度为220‑350℃，得到对位芳纶纸成品。...

【技术特征摘要】
1.一种用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法，其特征在于该制备方法包括以下步骤：(1)浆料的制备：(1-1)向反应器中加入溶剂N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护下边搅拌边加入助溶盐，加热至80-100℃使助溶盐完全溶解，得到第一溶液，所述的助溶盐为氯化钙、氯化锂和氯化镁中的一种或多种以任意比例的混合物，助溶盐质量浓度为(2-12)％；将第一溶液降至10-25℃，在第一溶液中加入对苯二胺和助剂，得到第二溶液，第二溶液中对苯二胺的摩尔浓度为(0.05-0.5)mol/L，助剂为聚氧乙烯醚类聚合物，聚氧乙烯醚类聚合物的分子量为500-6000，聚氧乙烯醚类聚合物的一端或两端端基为羟基、氨基、羧基、硅氧基或甲氧基，助剂与对苯二胺的质量比为(0.25-2):1；(1-2)待上述步骤(1-1)的第二溶液中的对苯二胺和助剂完全溶解后，将温度降至-5℃-10℃，向第二溶液中加入对苯二甲酰氯粉末或80-100℃高温融化得到对苯二甲酰氯熔体，对苯二甲酰氯与对苯二胺的摩尔配比为(1.007-1.012):1，高速搅拌进行缩聚反应，搅拌速度根据反应器大小调整(转速在500-2000rpm可调)，以聚合后能够形成纳米纤维为标准，维持缩聚反...

【专利技术属性】
技术研发人员：庹新林，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11