[发明专利]一种具有网状结构的芳纶微纳米纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明中公开了一种具有网状结构的芳纶微纳米纤维及其制备方法与应用。该芳纶微纳米纤维的制备方法包括如下步骤：(1)将芳纶聚合物加入到分散溶剂中，搅拌分散均匀，得到芳纶聚合物分散液；(2)将芳纶聚合物分散液经气喷雾化处理后直接喷于分散液中，持续搅拌得到芳纶微纳米分散液，再经超声处理、冷冻干燥，得到具有网状结构的芳纶微纳米纤维；其中，气喷雾化处理的条件为：喷丝孔型为内进气孔、外进液孔，雾化器的孔径范围为0.1～8.0mm，气体压力范围为0.1～1.2MPa。本发明制备的微纳米纤维具有独特的网状结构，比表面积更大，可显著改善芳纶纸内纤维界面结合强度，有效提升芳纶纸机械强度和介电性能。

技术领域

本发明属于新材料领域，特别涉及一种具有网状结构的芳纶微纳米纤维及其制备方法与应用。

背景技术

芳纶微纳米纤维具有微纳米尺度的芳纶纤维，兼具高长径比、高比表面积、优异的强度模量以及突出的化学和热稳定性等优点，在各种领域有着广泛的应用。自2011年以来，它被认为是最有前途的纳米建筑材料之一，因此受到越来越多的关注。目前，可用于制备芳纶纳米纤维的技术较为缺乏，能用于工业化生产的技术更是稀缺。根据不同的路径，主要概括为“自上而下”和“自下而上”两种方案；其中，“自上而下”策略主要包括静电纺丝、旋转喷射纺丝、碱协同机械磨解和碱溶法等；“自下而上”策略主要是指聚合分散法。

目前，碱熔法比较常用于制备芳纶微纳米纤维，但是，由于芳纶纤维独特的分子结构，由于芳纶纤维具有分子链刚性较大，结晶取向度较高，表面光滑，活性基团含量较少以及表面能极低等缺点，决定了碱溶法的制备策略需要使用大量的化学药品，能源消耗大，制备浓度低，生产过程复杂。如中国专利申请202011304031.8公开了一种芳纶纳米纤维分散液的制备方法，主要采用强碱溶液和二甲基亚砜制备而成，反应条件苛刻。中国专利201810141423.3公开了一种机械耦合化学碱溶法制备芳纶纳米纤维的方法，通过将芳纶短切纤维进行机械的原纤化耦合均质处理后，再用KOH/DMSO进行去质子化处理，工艺复杂，能耗较高。中国专利201910340388.2公开了一种制备芳纶纳米纤维的方法，将对位芳纶纤维用KOH/DMSO处理后在冰水浴中进行超声处理，用阳离子标准液通过胶体滴定后判断反应结束后，再经多次置换洗涤后得到芳纶纳米纤维分散液。目前常用的喷射纺丝技术多采用内进液管，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，静电纺丝技术生产效率低，调控难度大。

综上所述，现有报道的芳纶微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。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微纳米纤维的产业化进程及适用范围。

因此，寻找一种快速有效的芳纶微纳米纤维制备技术对实现其功能化、高性能化及其在增强材料、电池隔膜、电绝缘纳米纸、柔性电子器件、吸附过滤介质等各领域交叉的多元化应用具有重要意义。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种具有网状结构的芳纶微纳米纤维的制备方法。

本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的具有网状结构的芳纶微纳米纤维。

本发明的再一目的在于提供所述具有网状结构的芳纶微纳米纤维的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种具有网状结构的芳纶微纳米纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将芳纶聚合物加入到分散溶剂中，搅拌分散均匀，得到芳纶聚合物分散液；