[发明专利]一种芳纶纳米纤维原位增强纸基材料性能的方法

说明书

本发明公开了一种芳纶纳米纤维原位增强纸基材料性能的方法，通过采用不同浓度的芳纶溶解液对不同的芳纶纸基复合材料进行处理，可在很大程度上改善纸基复合材料的强度性能与击穿性能，此方法对于纸基复合材料性能的提升可取得满意效果，操作方便简单，实现了无胶增强，有益于材料在复杂条件下使用，该方法适用性强，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于纸基复合材料领域，具体涉及一种芳纶纳米纤维原位增强纸基材料性能的方法。

背景技术

纸基复合材料由于其优异的耐热、轻质、柔性、多功能化等特点，在日常生活、航空航天、轨道交通、电力电器等方面具有广阔的应用前景。伴随着我国基础设施的高速发展，对各类纸基复合材料的要求尤其是强度方面的要求也越来越高。由于纸基复合材料在成形过程中形成的孔隙结构，导致其强度以及其他性能的提升达到了一个瓶颈阶段。

目前，提升纸基复合材料强度一般可通过调整纤维配比、纤维种类、采用增强剂以及对纸基复合材料的后续加工处理(如热压)等思路。在制备芳纶纸时，沉析纤维或者浆粕纤维作用增强组分，可有效提高纸张强度性能，但该组分添加量过多时，湿纸幅在成形过程中滤水过慢，导致纸幅水分过大，易发生断纸，从而降低纸机运行性和生产效率，提高了生产成本。为了不破坏芳纶纸的热稳定性，目前也有通过向浆料中添加芳纶纳米纤维来提高芳纶纸强度的报道，但由于纳米纤维尺寸小，采用现有湿法成形方法会导致纳米纤维组分流失大的问题。当添加量过多时也会降低滤水性能，影响纸机运行性。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种芳纶纳米纤维原位增强纸基材料性能的方法，以克服现有技术存在的问题，本发明通过对已经成形、压榨、干燥后的原纸经过处理，将芳纶纳米纤维原位生长在原纸内部和表面，大大降低纸张孔隙率，从而显著提高纸张强度等性能，同时不破坏纸张原有的耐热性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种芳纶纳米纤维原位增强纸基材料性能的方法，包括以下步骤：

(1)采用湿法成形或者泡沫成形的方法制备原纸；

(2)以芳纶纤维为原料，采用DMSO/H₂O/KOH体系溶解芳纶纤维，以形成均相的芳纶纤维溶解液作为溶解终点；

(3)将步骤(1)中已制备好的原纸浸渍于步骤(2)中得到的芳纶纤维溶解液中；

(4)将步骤(3)中浸渍后的纸张转移到水中浸泡，使已经吸附在纸张表面和内部的芳纶纤维溶解液发生质子化还原反应，在纸张内部形成芳纶纳米纤维增强网络，在纸张表面形成芳纶纳米纤维薄膜；

(5)将步骤(4)得到的纳米纤维增强后的纸张干燥，得到芳纶纳米纤维增强的纸基复合材料。

进一步地，步骤(1)中湿法成形指的以水为介质对纤维进行分散，经脱水成形、压榨、干燥制成的多孔薄张材料的抄造方法；泡沫成形指的是在浆料混合液中加入表面活性剂，采用机械冲击、鼓泡或搅拌方式产生泡沫，经真空抽滤、压榨、干燥后制成多孔材料的抄造方法。

进一步地，步骤(1)中所述的原纸为间位芳纶纤维纸基复合材料。

进一步地，步骤(2)中芳纶纤维为对位芳纶短切纤维或间位芳纶短切纤维。

进一步地，步骤(2)中芳纶纤维溶解液是由间位或对位芳纶短切纤维制备的质量浓度为0.25％～3％的DMSO/H₂O/KOH分散液，在DMSO/H₂O/KOH体系中，DMSO与H₂O的体积比为25∶1，KOH的用量为芳纶纤维绝干质量的1.5倍。

进一步地，步骤(3)中所述的浸渍时间以为纸基复合材料完全被芳纶纤维溶解液浸润作为浸渍时间终点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：