[发明专利]一种芳纶纳米纤维薄膜复合芳纶纸及其制备方法

说明书

本发明公开了一种芳纶纳米纤维薄膜复合的芳纶纸及其制备方法，由面层、芯层和底层分别通过湿法造纸层合复合而成；所述的面层、芯层和底层，以绝干纤维重量份数计，它们之间的比例为(5～20)：(60～90)：(5～20)；所述面层和底层均由芳纶纳米纤维制备而成的芳纶纳米膜，所述芯层为芳纶短切纤维和芳纶浆粕纤维或芳纶沉析纤维中的一种制备而成的芳纶纸。由于芳纶纳米纤维膜优异的强度性能以及致密的薄膜结构，不仅可以和芳纶纸各组分纤维的结合提供更多的结合位点，而且可以填充包覆大的孔洞，从而大幅提升了最终产品的综合性能，有利于其向更高端应用领域拓展。

技术领域

本发明属于聚合物纳米材料和造纸领域，具体涉及一种芳纶纳米纤维薄膜复合芳纶纸及其制备方法。

背景技术

对位芳纶纤维(PPTA)是一种高强度、高模量、绝缘性和耐高温性能优异的高性能合成纤维，是防护和增强材料的理想原料。对位芳纶纸是利用对位芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维或对位芳纶沉析纤维为原料通过湿法造纸抄造成形并经过热压工艺制备而成。在对位芳纶纸中，短切纤维作为骨架材料，均匀分散在纸张中，决定着纸张的物理强度和机械结构；芳纶浆粕作为填充和粘结材料，在热压过程中受热软化变形延展，通过粘结短切纤维及自身的粘结作用形成纸张整体力学结构，赋予纸张整体强度和性能。芳纶纸具有优异的机械性能、介电性能、化学稳定性以及灵活的可加工性，广泛应用于耐高温绝缘材料、高强轻量化蜂窝结构材料和电子通讯器材等领域，已成为航空航天、国防、电子通讯、化工石油和海洋开发等领域中的重要材料。

由于对位芳纶纤维分子链内部π-π共轭形成的刚性链状结构、分子链间氢键以及范德华等作用力使其形成的致密有序的二维网络状结构，虽然保证了纤维本身高强、高模、耐高温等特性，但同时这种结构特点也使得芳纶纤维表面光滑、活性基团少、化学惰性较强等缺陷，导致芳纶纤维在成纸过程中各组分间缺乏有效结合、界面结合力差、组分间形成的孔隙与空洞大，原纸强度低、耐压性能差等问题，不能充分发挥芳纶纤维本身优异的性能，也限制了对位芳纶纸在航空航天、电气绝缘等高端领域的应用。

针对此问题，目前主要的解决思路是通过以下三种方式解决：

(1)添加热塑性粘结性纤维：例如专利申请号为200610022082.5的中国发明专利提出了“以热塑性纤维作粘合剂生产芳纶纸的制造方法”，通过添加第三种具有明显熔融温度的热塑性粘结纤维，如聚苯硫醚(PPS)、聚酯纤维(PET)等，在高温高压热压过程中，这种具有明显熔融温度的粘结纤维发生熔融，提升纤维间的结合力，但是该类方法引入第三种粘结性纤维则会导致最终成纸耐温性下降、热塑性纤维熔融后可能会造成纸张更大的空隙或孔洞，不利于绝缘性能的提高。

(2)树脂浸渍：例如专利申请号为201210433947.2的中国发明专利提出了“一种聚酰亚胺树脂增强间位芳纶纸的制备方法”，采用聚酰亚胺树脂浸渍原纸后经过热压机热压来增强芳纶纸。但该类方法在聚酰亚胺树脂浸渍过程中，原纸对聚酰亚胺树脂的吸收率难以控制、制备工艺复杂，聚酰亚胺树脂价格昂贵，且经过树脂浸渍后纸张会变脆，不利于后续在绝缘、蜂窝芯材等领域的加工应用。