[发明专利]一种片层结构堆叠的镂空型间位芳纶纳米纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种间位芳纶纳米纤维的制备方法，尤其是一种片层结构堆叠的镂空型间位芳纶纳米纤维的制备方法。

技术背景

芳纶是一种新型高科技合成纤维，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻、绝缘、抗老化、生命周期长等优良性能，广泛应用于复合材料、防弹制品、建材、特种防护服装、电子设备等领域。间位芳纶的极限氧指数(LOI)大于28，因此当它离开火焰时不会继续燃烧。具有优异的耐大多数化学物质的性能，可耐大多数高浓度的无机酸，常温下耐碱性能好。对位芳纶的耐温性能要高于间位芳纶，连续使用温度范围为-196℃—204℃，在560℃高温下不分解、不熔化。这为高温高压、酸碱等条件下对材料的精细加工具有显著优势。纳米材料的性能与其尺寸、结构密切相关，而对纳米材料的精细加工以产生多级微纳结构以开拓功能，一直是此领域的研究重点与研究难点。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种片层结构堆叠的镂空型间位芳纶纳米纤维的制备方法，基于离子液体溶解体系，在高温高压条件下对间位芳纶纳米纤维进行原位定向刻蚀，制备出尺寸与形貌可控的由片层结构堆叠的镂空芳纶纳米纤维材料，通过控制离子液体与水的比例、温度、时间等因素可实现对刻蚀过程及产物形貌的控制。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种片层结构堆叠的镂空型间位芳纶纳米纤维的制备方法，它包括如下步骤：

1）按质量份数，将0.1-2份氯化钙(CaCl₂)加入到10-20份N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，室温条件下搅拌1-6小时，再加入0.5-4份PMIA，在100℃下搅拌1-3小时；

2）将步骤1）中所得溶液静电纺丝，推进速度为0.1-1.0毫升/小时，接收距离为5-15厘米，电压为18-25千伏，收集纺丝膜后在水、乙醇中分别洗涤后在50-100℃下烘干；

3）将步骤2）中所得产物浸泡在PH=14的NaOH溶液中5小时，取出后在水中洗涤烘干；

4）按质量份数，将1-30份DMAc加入到1-20份水中搅拌均匀，再加入0.5-3.0份CaCl₂搅拌1-5小时；将混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，加入步骤3）中所得的膜，在50-250℃条件下反应1-24小时，自然冷却至室温后，以丙酮、水、乙醇分别洗涤数次后自然晾干。

本发明的有益效果是：

1）本发明制备出的片层定向堆叠的镂空芳纶纳米纤维，其尺寸、形貌可控，且形貌规整，结构统一。

2）本发明的制备方法可通过刻蚀液浓度、温度、时间等反应条件来刻蚀过程及产物形态，温度越高、时间越长，片层尺寸越大，纤维由外到内的刻蚀程度越深。改变刻蚀液浓度可得到不同刻蚀形态的产物。作为湿法刻蚀的延伸方法，对有机纳米材料的精细加工具有创新意义。

3）本发明产品制备过程简单，成本低，便于规模生产。

附图说明

图1 是本发明片层结构堆叠的镂空型间位芳纶纳米纤维的TEM电镜图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种片层结构堆叠的镂空型间位芳纶纳米纤维的制备方法，通过不同浓度的离子液体溶解液，在高温条件下对芳纶静电纺丝纳米纤维进行定向原位刻蚀，得到规则排列的片层结构组成的镂空结构。通过控制反应条件来控制刻蚀方向、速度、及刻蚀深度，从而得到不同形貌的镂空形态。图中可见棒中间是颜色较深的PMIA实心部分(A)，周围是颜色较浅的PMIA镂空部分(B)。

一种片层结构堆叠的镂空型间位芳纶纳米纤维的制备方法，它包括如下步骤：

1）按质量份数，将0.1-2份氯化钙(CaCl₂)加入到10-20份N，N-二甲基乙酰胺（DMAc）中，室温条件下搅拌1-6小时，再加入0.5-4份PMIA，在100℃下搅拌1-3小时；

2）将步骤1）中所得溶液静电纺丝，推进速度为0.1-1.0毫升/小时，接收距离为5-15厘米，电压为18-25千伏，收集纺丝膜后在水、乙醇中分别洗涤后在50-100℃下烘干；