CN113737306A - 一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用 - Google Patents

一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及其应用。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，得到芳纶聚合物分散液；(2)将芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理，同时将分散剂进行气喷雾化处理，然后将气喷雾化处理形成的两股射流充分混合后收集，再分散于水中进行超声分散处理，得到具有树枝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0.1～5.0mm，气体压力范围为0.1～1.0MPa。本发明所制备的微纳米纤维比表面积大，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。

Description

一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维及 其应用
技术领域
本发明属于新材料领域，特别涉及一种利用双射流法制备具有树枝状结构 的芳纶微纳米纤维及其应用。
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。目前，制备芳纶微纳米纤维的方法按照溶解方法多为脱 质子化法、碱法和机械法，还有静电纺丝法、质子交换法、喷射法，得到的芳 纶微纳米纤维均为圆柱形或者线型，形貌结构单一，尺寸调控困难，生产效率 较低。
如申请号为202011304031.8、名称为“一种芳纶纳米纤维分散液的制备方法” 的中国专利申请，专利号为201810141423.3、名称为“一种机械耦合化学碱溶法 制备芳纶纳米纤维的方法”及专利号为201910340388.2、名称为“一种制备芳纶纳 米纤维的方法”的中国专利公开了用KOH/DMSO或DMSO制备芳纶纳米纤维 的方法，通过机械耦合化学碱溶处理，结合去质子化过程，再经多次置换洗涤 后得到芳纶纳米纤维分散液，过程繁琐。
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，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。
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。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，提供一种利用双射流 法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法。
本发明的另一目的在于提供所述方法制备得到的具有树枝状结构的芳纶微 纳米纤维。
本发明的再一目的在于提供所述具有树枝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：
一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，包括如 下步骤：
(1)芳纶聚合物分散液的制备：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)芳纶微纳米纤维的制备：将步骤(1)中得到的芳纶聚合物分散液进 行气喷雾化处理，同时将分散剂进行气喷雾化处理，然后将气喷雾化处理形成 的两股射流充分混合后收集，再分散于水中进行超声分散处理，得到具有树枝 状结构的芳纶微纳米纤维；其中，气喷雾化处理的条件为：雾化器的喷丝孔型 为内进气孔，外进液孔(即采用内进气体流、外进液流的方式)，孔径范围为0.1～ 5.0mm，气体压力范围为0.1～1.0MPa。
步骤(1)中所述的芳纶聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺，聚对苯二甲酰对 苯二胺及含有杂环结构的聚酰胺聚合物中的至少一种；优选为聚间苯二甲酰间 苯二胺，哌嗪芳香族聚酰胺，哌嗪芳环尼龙和聚喹
Figure BDA0003249925320000021
啉二酮酰胺中的至少一种； 更优选为聚间苯二甲酰间苯二胺。
步骤(1)中所述的分散溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺(二 甲基甲酰胺)、二甲基亚砜和丙酮中的一种或多种混合物；优选为N,N-二甲基乙 酰胺。
步骤(1)中所述的芳纶聚合物分散液的浓度为质量百分比1～20％；优选 为质量百分比10～20％；更优选为质量百分比12～20％。
步骤(1)中所述的搅拌为采用磁力搅拌器(利用磁力转子进行搅拌)或桨 叶式搅拌机进行搅拌；优选为采用桨叶式搅拌机进行搅拌。
步骤(1)中所述的搅拌的条件为：转速50～10000rpm，搅拌时间1～60min； 优选为：转速500～1000rpm，搅拌时间1～30min。
步骤(2)中所述的分散剂为固化效果的溶液(单一溶剂，或溶剂的水溶液， 或其他具有固化效果的溶液)；优选为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、 二甲基亚砜、丙酮和水中的一种或多种混合物；进一步优选为水或质量百分比 0～90％的N,N-二甲基乙酰胺溶液；更进一步优选为水或浓度为质量百分比10～ 70％的N,N-二甲基乙酰胺溶液。
步骤(2)中所述的芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理的条件优选为：雾 化器的孔径范围1.0～3.0mm(更优选为2.0～3.0mm)；气体压力范围0.2～ 1.0MPa。
步骤(2)中所述的分散剂进行气喷雾化处理的条件优选为：雾化器的孔径 范围1.0～3.0mm，气体压力范围0.5～0.8MPa。
步骤(2)中所述的气喷雾化处理的气源为空气、氮气和氩气中的至少一种； 优选为空气。
步骤(2)中所述的收集为在距离雾化器的喷嘴10～100cm进行收集；优 选为在距离雾化器的喷嘴20～55cm进行收集；更优选为在距离雾化器的喷嘴 20～40cm进行收集；即在气喷雾化处理形成的两股射流在湍流区混合均匀，并 在湍流区下方放置收集所用的圆盘用于收集芳纶微纳米纤维。
步骤(2)中所述的超声处理条件为：功率200～3000W，时间1～200min； 优选为：功率1000～3000W，时间5～200min；更优选为：功率1000～2000W， 时间5～15min。
步骤(2)中所述的芳纶微纳米纤维呈树枝状，宽度为小于150nm。
一种具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维，通过上述任一项所述的方法制备 得到。
所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维在制备芳纶纸中的应用。
一种芳纶纸，通过上述具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维抄造得到。
所述的芳纶纸的定量为40g/m2。
所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维和/或所述的芳纶纸在复合增强材 料、电池隔膜材料、吸附过滤材料、电气绝缘材料或柔性电子器件中的应用。
所述的电气绝缘材料包括电绝缘纳米纸等。
所述的柔性电子器件包括柔性电极等。
一种用于制备上述具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的雾化器，包括聚合 物雾化装置、固化试剂雾化装置和接收盘(8)；
所述的聚合物雾化装置包括聚合物负压产生装置和用于输送聚合物的进料 管(5-1)，进料管(5-1)设于聚合物负压产生装置一侧，进料管(5-1)设有聚 合物出料口，聚合物负压产生装置设有喷嘴(9-1)，聚合物出料口设于喷嘴(9-1) 一侧，聚合物出料口与喷嘴(9-1)同向设置；
所述的固化试剂雾化装置包括固化试剂负压产生装置和用于输送固化试剂 的进料管(5-2)，进料管(5-2)设于固化试剂负压产生装置一侧，进料管(5-2) 设有固化试剂出料口，固化试剂负压产生装置设有喷嘴(9-2)，固化试剂出料口 设于喷嘴(9-2)一侧，固化试剂出料口与喷嘴(9-2)同向设置；
所述的喷嘴(9-1)和喷嘴(9-2)的下方设有收盘(8)，聚合物和固化试剂 分散形成的两股射流充分混合到接收盘(8)中。
所述的聚合物负压产生装置的喷嘴(9-1)穿设于进料管(5-1)，聚合物出 料口的横截面大于喷嘴(9-1)的横截面。
所述的进料管(5-1)包括第一管体和第二管体，第一管体和第二管体互相 连通，第一管体和第二管体之间夹角小于180°，聚合物出料口设于第二管体，聚 合物负压产生装置的喷嘴(9-1)穿设于第二管体。
优选的，所述的第一管体垂直于第二管体。
所述的聚合物负压产生装置包括空压机(1)、气管(3-1)和压力调节阀(2-1)， 气管(3-1)的一端连接于空压机(1)，喷嘴(9-1)设于气管(3-1)的另一端， 压力调节阀(2-1)连接于气管(3-1)，气管(3-1)穿设于第二管体，气管(3-1) 平行于第二管体。
所述的固化试剂负压产生装置的喷嘴(9-2)穿设于进料管(5-2)，固化试 剂出料口的横截面大于喷嘴(9-2)的横截面。
所述的进料管(5-1)包括第三管体和第四管体，第三管体和第四管体互相 连通，第三管体和第四管体之间夹角小于180°，固化试剂出料口设于第四管体， 固化试剂负压产生装置的喷嘴(9-2)穿设于第四管体。
优选的，所述的第三管体垂直于第四管体。
所述的固化试剂负压产生装置包括空压机(1)、气管(3-2)和压力调节阀 (2-2)，气管(3-2)的一端连接于空压机(1)，喷嘴(9-2)设于气管(3-2)的 另一端，压力调节阀(2-2)连接于气管(3-2)，气管(3-2)穿设于第四管体， 气管(3-2)平行于第四管体。
所述的喷嘴(9-1)和喷嘴(9-2)为口径可调喷嘴。
所述的聚合物雾化装置和固化试剂雾化装置可对称设置。
所述的接收盘(8)与喷嘴(9-1)以及喷嘴(9-2)的距离可调，优选为10～ 100cm；进一步优选20～55cm；更优选为20～40cm。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
(1)本发明将芳纶聚合物用二甲基乙酰胺分散成一定浓度的纺丝液，经气 喷雾化处理，再将分散剂采用雾化处理后，直接将两股射流在湍流区充分混合， 沉积在收集盘中，经超声处理得到芳纶微纳米纤维，即在空气气流的分散形成 小的聚合物网格，再借助超声分散形成独特树枝状芳纶纳米纤维；本发明采用 内进气流，外进液流的喷射技术制备了平均直径小于150nm的尺寸可控、网络结 构可调的芳纶微纳米纤维。
(2)本发明通过内进的高速流动的压缩气体将液体物质打乱和分散，并通 过将具有凝固效果的分散剂雾化处理，将二者在射流湍流区内充分混合，在收 集装置(置于湍流区下方一定位置的圆盘，距离射流喷嘴10～100cm)中得到 芳纶微纳米纤维，可以通过调节外进液流的浓度和压缩气体的压力轻松实现射 流过渡区和湍流区(按照流动状态分这两个区域)的距离范围，被雾化的微纳 级芳纶聚合物分子链在湍流区收气流扰动分散，并在气流场作用下拉伸排列， 得到具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维素，从而实现微纳米纤维尺寸的可控可 调。
(3)本发明所制备的微纳米纤维具有独特的树枝状结构，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， 可以广泛应用于高端绝缘新材料领域。
(4)本发明利用双射流法制备芳纶微纳米纤维，不仅制备操作简单，方便 易行，而且较目前常规制备方法生产效率高，适于工业化连续生产，可广泛的 应用在复合增强、电池隔膜、吸附过滤、电气绝缘、柔性电极等领域。
(5)本发明中的芳纶微纳米纤维制备技术操作简单，方便易行，而且较目 前常规制备方法生产效率高，适于工业化连续生产，可替代现有沉析纤维生产 技术，可显著提高芳纶纸的介电性能和界面结合性能。
(6)本发明的芳纶微纳米纤维高效制备技术还可以通过在芳纶聚合物中加 入功能基元，如功能纳米颗粒、导电聚合物、导热填料等，增加其功能化、高 性能化，对芳纶微纳米纤维在增强材料、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。
附图说明
图1是本发明利用双射流法制备芳纶微纳米纤维的示意图。
图2是本发明的雾化器装置示意图(图中，1：空压机；2-1和2-2：压力调 节阀；3-1和3-2：气管；4-1和4-2：压缩气体流；5-1和5-2：进料管；6-1：聚 合物；6-2：固化试剂；7：接收距离；8：接收盘；9-1和9-2：喷嘴)。
图3是本发明制备的芳纶微纳米纤维的射流原理示意图。
图4是实施例1制备的芳纶微纳米纤维的原子力显微镜测量图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限 于此。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、 方法和设备。下列实施例中未注明具体实验条件的试验方法，通常按照常规实 验条件。除非特别说明，本发明所用试剂和原材料均可通过市售获得。
本发明制备方法中各起始原料可从市场购得或按照现有技术方法制备获得。
在本发明实施例中，芳纶聚合物(聚间苯二甲酰间苯二胺)、芳纶短切纤维 和芳纶浆粕由赣州龙邦材料科技有限公司提供。
本发明实施例中涉及的芳纶纸的性能检测标准如下：
厚度(GB/T 20628.2-2006)；抗张强度(GB/T 453-2002)；撕裂强度(GB/T 455 -2002)；电气强度(GB/T 1408.1-2016)；介电常数和介电损耗因子(GB/T 1409- 2006)。
在本发明实施例中，气喷雾化处理采用如下雾化器装置(图2)进行气喷雾 化处理：
所述的雾化器包括聚合物雾化装置、固化试剂雾化装置和接收盘8；
所述的聚合物雾化装置包括聚合物负压产生装置和用于输送聚合物6-1的进 料管5-1，进料管5-1设于聚合物负压产生装置一侧，进料管5-1设有聚合物出料 口，聚合物负压产生装置设有喷嘴9-1，聚合物出料口设于喷嘴9-1一侧，聚合物 出料口与喷嘴9-1同向设置；
所述的聚合物负压产生装置的喷嘴9-1穿设于进料管5-1，聚合物出料口的横 截面大于喷嘴9-1的横截面；
所述的进料管5-1包括第一管体和第二管体，第一管体和第二管体互相连通， 第一管体和第二管体之间夹角小于180°，聚合物出料口设于第二管体，聚合物负 压产生装置的喷嘴9-1穿设于第二管体；优选的，所述的第一管体垂直于第二管 体；
所述的聚合物负压产生装置包括空压机1、气管3-1和压力调节阀2-1，气管 3-1的一端连接于空压机1，喷嘴9-1设于气管3-1的另一端，压力调节阀2-1连接于 气管3-1，气管3-1穿设于第二管体，气管3-1平行于第二管体；
所述的固化试剂雾化装置包括固化试剂负压产生装置和用于输送固化试剂 6-2的进料管5-2，进料管5-2设于固化试剂负压产生装置一侧，进料管5-2设有固 化试剂出料口，固化试剂负压产生装置设有喷嘴9-2，固化试剂出料口设于喷嘴 9-2一侧，固化试剂出料口与喷嘴9-2同向设置；
所述的固化试剂负压产生装置的喷嘴9-2穿设于进料管5-2，固化试剂出料口 的横截面大于喷嘴9-2的横截面；
所述的进料管5-2包括第三管体和第四管体，第三管体和第四管体互相连通， 第三管体和第四管体之间夹角小于180°，固化试剂出料口设于第四管体，固化试 剂负压产生装置的喷嘴9-2穿设于第四管体；优选的，所述的第三管体垂直于第 四管体；
所述的固化试剂负压产生装置包括空压机1、气管3-2和压力调节阀2-2，气 管3-2的一端连接于空压机1，喷嘴9-2设于气管3-2的另一端，压力调节阀2-2连接 于气管3-2，气管3-2穿设于第四管体，气管3-2平行于第四管体；
所述的喷嘴9-1和喷嘴9-2为口径可调喷嘴；
所述的喷嘴9-1和喷嘴9-2的下方设有接收盘8，聚合物6-1和固化试剂6-2分散 形成的两股射流充分混合到接收盘8中；
所述的接收盘8与喷嘴9-1以及喷嘴9-2的距离可调，优选为10～100cm；进 一步优选20～55cm；更优选为20～40cm；
所述的聚合物雾化装置和固化试剂雾化装置可对称设置。
利用雾化器装置进行气喷雾化处理的示意图如图3所示。工作时，芳纶聚合 物经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，具体为：气体通过空压 机1和压力调节阀2-1形成压缩气体流4-1，压缩气体流4从喷嘴9-1射出，在喷口 处形成负压气流区，当聚合物6经过进料管3时，使聚合物6扰动并分散；同时， 气体通过空压机1和压力调节阀2-2形成压缩气体流，压缩气体流从喷嘴9-2射出， 在喷口处形成负压气流区，当固化试剂7经过进料管时，使固化试剂6-2扰动并分 散，调整适当的接收距离7，将聚合物6-1和固化试剂6-2分散形成的两股射流充 分混合到接收盘8中，收集得到所需要的芳纶微纳米纤维样品(可调节喷嘴9-1 和喷嘴9-2的孔径大小以及压力调节阀2-1和2-2的压力大小，达到最佳雾化效果)； 其中所述的气体空气、氮气和氩气中的一种或两种以上混合物(优选为空气)。
实施例1
一种利用双射流法高效制备芳纶微纳米纤维，其制备方法如下(双射流法 制备芳纶微纳米纤维的示意图如图1所示)：
(1)芳纶聚合物分散液的制备：按照质量百分比计，室温下将聚间苯二甲 酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺(全称为N,N-二甲基乙酰胺，DMAC)中，经 机械桨叶式搅拌机搅拌，转速为500rpm，搅拌时间为10min，不断搅拌分散过 滤后，得到质量分数为10％的芳纶聚合物分散液；
(2)芳纶微纳米纤维的制备：采用雾化器装置，将上述芳纶聚合物分散液 经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为3.0mm，空 气为气源，气体压力为0.2MPa；将水作为固化试剂(固化试剂是过量，下同) 经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为1.0mm，空 气为气源，气体压力范围为0.5MPa；在射流湍流区充分混合后收集，收集圆盘 装置距离射流喷嘴40cm，然后分散于水中进行超声分散处理，功率为1000W， 时间为20min，得到芳纶微纳米纤维；并对所制备的芳纶微纳米纤维的尺寸、比 表面积进行表征；
(3)将上述制备的芳纶微纳米纤维抄造成定量为40g/m2的芳纶纸，其中按 照质量比例芳纶短切纤维：芳纶浆粕：芳纶微纳米纤维＝5:4:1，再经200℃热压 后制备的芳纶纸厚度为0.05mm。
实施例2
一种利用双射流法高效制备芳纶微纳米纤维，其制备方法如下：
(1)芳纶聚合物分散液的制备：按照质量百分比计，室温下将聚间苯二甲 酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺中，经机械桨叶式搅拌机搅拌，转速为500rpm， 搅拌时间为20min，不断搅拌分散过滤后，得到质量分数为20％的芳纶聚合物 分散液；
(2)芳纶微纳米纤维的制备：采用雾化器装置，将上述芳纶聚合物分散液 经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为3.0mm，空 气为气源，气体压力为1.0MPa；将质量分数为10％的二甲基乙酰胺溶液作为固 化试剂经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为2.0mm， 空气为气源，气体压力范围为0.6MPa；在射流湍流区充分混合后收集，收集圆 盘装置距离射流喷嘴20cm，然后分散于水中进行超声分散处理，功率为3000W， 时间为5min，得到芳纶微纳米纤维；并对所制备的芳纶微纳米纤维的尺寸、比 表面积进行表征；
(3)将上述制备的芳纶微纳米纤维抄造成定量为40g/m2的芳纶纸，其中按 照质量比例芳纶短切纤维：芳纶浆粕：芳纶微纳米纤维＝5:3.5:1.5，再经200℃热 压后制备的芳纶纸厚度为0.05mm。
实施例3
一种利用双射流法高效制备芳纶微纳米纤维，其制备方法如下：
(1)芳纶聚合物分散液的制备：按照质量百分比计，室温下将聚间苯二甲 酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺中，经机械桨叶式搅拌机搅拌，转速为1000rpm， 搅拌时间为1min，不断搅拌分散过滤后，得到质量分数为12％的芳纶聚合物分 散液；
(2)芳纶微纳米纤维的制备：采用雾化器装置，将上述芳纶聚合物分散液 经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为2.0mm，空 气为气源，气体压力为0.4MPa；将质量分数为70％的二甲基乙酰胺溶液作为固 化试剂经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为3.0mm， 空气为气源，气体压力范围为0.8MPa；在射流湍流区充分混合后收集，收集圆 盘装置距离射流喷嘴55cm，然后分散于水中进行超声分散处理，功率为1000W， 时间为200min，得到芳纶微纳米纤维；并对所制备的芳纶微纳米纤维的尺寸、 比表面积进行表征；
(3)将上述制备的芳纶微纳米纤维抄造成定量为40g/m2的芳纶纸，其中按 照质量比例芳纶短切纤维：芳纶浆粕：芳纶微纳米纤维＝5:3:2，再经200℃热压 后制备的芳纶纸厚度为0.05mm。
实施例4
一种利用双射流法高效制备芳纶微纳米纤维，其制备方法如下：
(1)芳纶聚合物分散液的制备：按照质量百分比计，室温下将聚间苯二甲 酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺中，经机械桨叶式搅拌机搅拌，转速为1000rpm， 搅拌时间为30min，不断搅拌分散过滤后，得到质量分数为12％的芳纶聚合物 分散液；
(2)芳纶微纳米纤维的制备：采用雾化器装置，将上述芳纶聚合物分散液 经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为2.0mm，空 气为气源，气体压力为0.6MPa；将质量分数为20％的二甲基乙酰胺溶液作为固 化试剂经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为2.0mm， 空气为气源，气体压力范围为0.6MPa；在射流湍流区充分混合后收集，收集圆 盘装置距离射流喷嘴45cm，然后分散于水中进行超声分散处理，功率为2000W， 时间为15min，得到芳纶微纳米纤维；并对所制备的芳纶微纳米纤维的尺寸、比 表面积进行表征；
(3)将上述制备的芳纶微纳米纤维抄造成定量为40g/m2的芳纶纸，其中按 照质量比例芳纶短切纤维：芳纶浆粕：芳纶微纳米纤维＝5:2:3，再经200℃热压 后制备的芳纶纸厚度为0.05mm。
对比例1
一种芳纶微纳米纤维，其制备方法如下：
(1)芳纶聚合物分散液的制备：按照质量百分比计，室温下将聚间苯二甲 酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺溶液中，经磁力转子搅拌机搅拌，转速为50rpm， 搅拌时间为60min，不断搅拌分散过滤后，得到质量分数为0.1％的芳纶聚合物 分散液；
(2)芳纶微纳米纤维的制备：采用上述雾化器装置，将上述芳纶聚合物分 散液经内进气体流、外进液流的方式进行气喷雾化处理，雾化孔尺寸为5.0mm， 空气为气源，气体压力为0.15MPa直接喷于水中，然后进行超声分散处理，功 率为200W，时间为30min，得到芳纶微纳米纤维；并对所制备的芳纶微纳米纤 维的尺寸、比表面积进行表征；
(3)将上述制备的芳纶微纳米纤维抄造成定量为40g/m2的芳纶纸，其中按 照质量比例芳纶短切纤维：芳纶浆粕：芳纶微纳米纤维＝5:4.5:0.5，再经200℃热 压后制备的芳纶纸厚度为0.05mm。
效果实施例
对实施例1-4以及对比例1中制备的芳纶微纳米纤维的尺寸、比表面积进行表 征，并对实施例1-4以及对比例1中制备的芳纶纸进行性能测试(设置空白对照： 按照质量比例芳纶短切纤维：芳纶浆粕＝5:5，经过凯赛法抄片制造出原纸(定量 为40g/m2)。
实施例1制备的芳纶微纳米纤维的原子力显微镜测量图如如图4所示，其他 测试结果如表1所示。
表1.芳纶微纳米纤维及芳纶纸测试结果汇总表
Figure BDA0003249925320000111
由表1可见，本发明利用双射流法制备的芳纶微纳米纤维在高性能芳纶纸领 域具有显著的应用效果和广泛的应用前景。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施 例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)芳纶聚合物分散液的制备：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)芳纶微纳米纤维的制备：将步骤(1)中得到的芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理，同时将分散剂进行气喷雾化处理，然后将气喷雾化处理形成的两股射流充分混合后收集，再分散于水中进行超声分散处理，得到具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维；其中，气喷雾化处理的条件为：雾化器的喷丝孔型为内进气孔，外进液孔，孔径范围为0.1～5.0mm，气体压力范围为0.1～1.0MPa。
2.根据权利要求1所述的利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的芳纶聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺，聚对苯二甲酰对苯二胺及含有杂环结构的聚酰胺聚合物中的至少一种；
步骤(1)中所述的分散溶剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和丙酮中的一种或多种混合物；
步骤(1)中所述的芳纶聚合物分散液的浓度为质量百分比1～20％；
步骤(2)中所述的分散剂为N,N-二甲基乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮和水中的一种或多种混合物；
步骤(2)中所述的收集为在距离雾化器的喷嘴10～100cm进行收集。
3.根据权利要求2所述的利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的芳纶聚合物为聚间苯二甲酰间苯二胺；
步骤(1)中所述的分散溶剂为N,N-二甲基乙酰胺；
步骤(1)中所述的芳纶聚合物分散液的浓度为质量百分比12～20％；
步骤(2)中所述的分散剂为水或浓度为质量百分比10～70％的N,N-二甲基乙酰胺溶液；
步骤(2)中所述的收集为在距离雾化器的喷嘴20～40cm进行收集。
4.根据权利要求1所述的利用双射流法制备具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的方法，其特征在于：
步骤(1)中所述的搅拌的条件为：转速50～10000rpm，搅拌时间1～60min；
步骤(2)中所述的芳纶聚合物分散液进行气喷雾化处理的条件为：雾化器的孔径范围1.0～3.0mm；气体压力范围0.2～1.0MPa；
步骤(2)中所述的分散剂进行气喷雾化处理的条件为：雾化器的孔径范围1.0～3.0mm，气体压力范围0.5～0.8MPa；
步骤(2)中所述的气喷雾化处理的气源为空气、氮气和氩气中的至少一种；
步骤(2)中所述的超声处理条件为：功率200～3000W，时间1～200min。
5.一种具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维，其特征在于：通过权利要求1～4任一项所述的方法制备得到。
6.权利要求5所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维在制备芳纶纸中的应用。
7.一种芳纶纸，其特征在于：通过权利要求5所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维抄造得到。
8.权利要求5所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维和/或权利要求7所述的芳纶纸在复合增强材料、电池隔膜材料、吸附过滤材料、电气绝缘材料或柔性电子器件中的应用。
9.一种用于制备权利要求5所述的具有树枝状结构的芳纶微纳米纤维的雾化器，其特征在于：包括聚合物雾化装置、固化试剂雾化装置和接收盘(8)；
所述的聚合物雾化装置包括聚合物负压产生装置和用于输送聚合物的进料管(5-1)，进料管(5-1)设于聚合物负压产生装置一侧，进料管(5-1)设有聚合物出料口，聚合物负压产生装置设有喷嘴(9-1)，聚合物出料口设于喷嘴(9-1)一侧，聚合物出料口与喷嘴(9-1)同向设置；
所述的固化试剂雾化装置包括固化试剂负压产生装置和用于输送固化试剂的进料管(5-2)，进料管(5-2)设于固化试剂负压产生装置一侧，进料管(5-2)设有固化试剂出料口，固化试剂负压产生装置设有喷嘴(9-2)，固化试剂出料口设于喷嘴(9-2)一侧，固化试剂出料口与喷嘴(9-2)同向设置；
所述的喷嘴(9-1)和喷嘴(9-2)的下方设有接收盘(8)。
10.根据权利要求9所述的雾化器，其特征在于：
所述的聚合物负压产生装置的喷嘴(9-1)穿设于进料管(5-1)，聚合物出料口的横截面大于喷嘴(9-1)的横截面；
所述的进料管(5-1)包括第一管体和第二管体，第一管体和第二管体互相连通，第一管体和第二管体之间夹角小于180°，聚合物出料口设于第二管体，聚合物负压产生装置的喷嘴(9-1)穿设于第二管体；
所述的聚合物负压产生装置包括空压机(1)、气管(3-1)和压力调节阀(2-1)，气管(3-1)的一端连接于空压机(1)，喷嘴(9-1)设于气管(3-1)的另一端，压力调节阀(2-1)连接于气管(3-1)，气管(3-1)穿设于第二管体，气管(3-1)平行于第二管体；
所述的固化试剂负压产生装置的喷嘴(9-2)穿设于进料管(5-2)，固化试剂出料口的横截面大于喷嘴(9-2)的横截面；
所述的进料管(5-1)包括第三管体和第四管体，第三管体和第四管体互相连通，第三管体和第四管体之间夹角小于180°，固化试剂出料口设于第四管体，固化试剂负压产生装置的喷嘴(9-2)穿设于第四管体；
所述的固化试剂负压产生装置包括空压机(1)、气管(3-2)和压力调节阀(2-2)，气管(3-2)的一端连接于空压机(1)，喷嘴(9-2)设于气管(3-2)的另一端，压力调节阀(2-2)连接于气管(3-2)，气管(3-2)穿设于第四管体，气管(3-2)平行于第四管体。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115275504A (zh) * 2022-06-28 2022-11-01 陈克复 一种芳纶隔膜及其制备方法与应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130288050A1 (en) * 2012-04-26 2013-10-31 The Regents Of The University Of Michigan Synthesis and use of aramid nanofibers
CN108285540A (zh) * 2018-02-11 2018-07-17 陕西科技大学 一种水分散芳纶纳米纤维及芳纶纳米纸的制备方法
CN108316039A (zh) * 2018-02-11 2018-07-24 陕西科技大学 一种机械耦合化学碱溶法制备芳纶纳米纤维的方法
US20210238348A1 (en) * 2018-05-21 2021-08-05 Korea Research Institute Of Chemical Technology Method for preparing aramid nanofiber dispersion
CN113293640A (zh) * 2021-06-28 2021-08-24 山东聚芳新材料股份有限公司 一种对位芳纶纳米纤维与高性能碳纤维复合纸及其制备方法
CN113308931A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 陕西科技大学 一种芳纶纳米纸及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130288050A1 (en) * 2012-04-26 2013-10-31 The Regents Of The University Of Michigan Synthesis and use of aramid nanofibers
CN108285540A (zh) * 2018-02-11 2018-07-17 陕西科技大学 一种水分散芳纶纳米纤维及芳纶纳米纸的制备方法
CN108316039A (zh) * 2018-02-11 2018-07-24 陕西科技大学 一种机械耦合化学碱溶法制备芳纶纳米纤维的方法
US20210238348A1 (en) * 2018-05-21 2021-08-05 Korea Research Institute Of Chemical Technology Method for preparing aramid nanofiber dispersion
CN113308931A (zh) * 2021-05-28 2021-08-27 陕西科技大学 一种芳纶纳米纸及其制备方法
CN113293640A (zh) * 2021-06-28 2021-08-24 山东聚芳新材料股份有限公司 一种对位芳纶纳米纤维与高性能碳纤维复合纸及其制备方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115275504A (zh) * 2022-06-28 2022-11-01 陈克复 一种芳纶隔膜及其制备方法与应用
CN115275504B (zh) * 2022-06-28 2023-10-27 陈克复 一种芳纶隔膜及其制备方法与应用

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