改性对位芳纶纸及其制备方法和制品

本申请涉及聚合物材料领域，具体涉及一种改性对位芳纶纸及其制备方法和制品。

背景技术：

1、以对位芳纶纤维为原料通过造纸工艺制备而成的对位芳纶纸，是一种具备高强度、高模量、轻量化、耐高温、阻燃、抗腐蚀、绝缘及透波性能优异的高性能复合材料，在航空航天、轨道交通、电子电气、国防军工等高科技领域有广泛的应用。可作为结构材料，以蜂窝和层压板的形式应用于飞机、轮船、高铁等的高刚性次受力结构部件；也可作为高级绝缘材料，应用于发电机、马达、变压器中，也可用作电池隔膜、印刷线路板等方面。

2、但是由于组成对位芳纶的聚对苯二甲酰对苯二胺(ppta)分子链为刚性结构，纤维表面疏水、光滑且具有较高的惰性，这导致了对位芳纶纤维及其差异化产品(短纤、浆粕和沉析纤维)等在水中容易发生团聚，很难均匀分散，降低了对位芳纶纸的匀度。除此之外，光滑且惰性的表面使得纤维与纤维之间的结合力很弱，不能发挥对位芳纶力学性能优异这一优点。

3、因此，需要改善对位芳纶纸的力学性能。

技术实现思路

1、本申请提供了一种改性对位芳纶纸及其制备方法和制品，旨在通过使用杂环聚酰胺对对位芳纶纸进行改性，以得到具有良好力学性能的改性对位芳纶纸。

2、第一方面，本申请提供了一种改性对位芳纶纸，包括：对位芳纶纸基材，包括由彼此缠结或基于非共价作用力结合的对位芳纶纤维形成的纤维无纺布；和分散在所述对位芳纶纤维的纤维无纺布中的杂环聚酰胺。

3、根据本申请，通过使用杂环聚酰胺对对位芳纶纸基材进行改性，杂环聚酰胺具有良好的成膜性能，可分散于对位芳纶纤维的纤维无纺布中，杂环聚酰胺可以增强对位芳纶纤维之间的界面粘接，从而使应力得到更好地转移，并可以大幅降低对位芳纶纸的孔隙率，进而显著提升对位芳纶纸的匀度，得到具有良好力学性能的改性对位芳纶纸。

4、在一些实施例中，所述改性对位芳纶纸中，至少部分所述杂环聚酰胺的分子链穿过所述对位芳纶纤维的纤维无纺布中的孔隙，以形成连续网络加固结构。

5、在一些实施例中，所述杂环聚酰胺由二胺单体和二酰氯单体通过聚合反应得到，其中，所述二胺单体包括第一二胺单体和第二二胺单体，所述第一二胺单体为杂环二胺，所述第二二胺单体为芳环二胺。

6、在一些实施例中，所述改性对位芳纶纸满足以下条件中至少一者：1)所述改性对位芳纶纸的透气度<0.001μm/(pa·s)；2)所述改性对位芳纶纸的热分解温度>530℃；3)所述改性对位芳纶纸的拉伸强度>60mpa；4)所述改性对位芳纶纸的层间剥离强度>150j/m2。

7、第二方面，本申请提供了一种制备改性对位芳纶纸的方法，包括以下步骤：

8、s1：提供对位芳纶纸基材；

9、s2：使用杂环聚酰胺溶液浸润所述对位芳纶纸基材，以得到改性对位芳纶纸。

10、在一些实施例中，所述步骤s1包括：

11、s11：将用于芳纶纸基材料的对位芳纶原料分散于水中，以得到对位芳纶浆料；

12、s12：将所述对位芳纶浆料脱水、干燥得到对位芳纶纸基材。

13、在一些实施例中，所述步骤s11包括：将所述对位芳纶原料分散于水中，以得到固含量为0.05％至0.5％对位芳纶浆料，其中，所述对位芳纶原料包括对位芳纶短纤、对位芳纶浆粕、对位芳纶沉析纤维或对位芳纶纳米纤维中的至少一种；

14、所述步骤s12包括：

15、s121：对所述对位芳纶浆料进行真空辅助脱水，以得到对位芳纶湿纸基材料，其中，所述真空辅助脱水中使用80目至300目的过滤网；

16、s122：在0℃至120℃下，对所述对位芳纶湿纸基材料进行干燥，以得到对位芳纶纸基材。

17、在一些实施例中，所述步骤s2包括：

18、s21：使用二胺单体和二酰氯单体在含有助溶盐的非质子极性溶剂中发生聚合反应，以得到杂环聚酰胺反应液，其中，所述二胺单体的浓度为0.1mol/l至0.5mol/l，所述二胺单体包括第一二胺单体和第二二胺单体，所述第一二胺单体为杂环二胺，所述第二二胺单体为芳环二胺；基于二胺单体总摩尔数，所述第一二胺单体的摩尔百分数为10％至90％；所述二酰氯单体为对苯二甲酰氯和/或间苯二甲酰氯；

19、s22：使用非质子极性溶剂稀释所述杂环聚酰胺反应液，以得到杂环聚酰胺溶液，其中，所述杂环聚酰胺溶液的旋转粘度为10cp·s至1000cp·s。

20、在一些实施例中，所述第一二胺单体包括2-(4-氨基苯基)-5-氨基-苯并咪唑；所述助溶盐包括氯化钙和/或氯化锂；所述极性非质子溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺中的至少一种；所述助溶盐与所述极性非质子溶剂的质量比为(2至10)：100。

21、在一些实施例中，所述步骤s2还包括：

22、s23：将杂环聚酰胺溶液浸润所述对位芳纶纸基材，使杂环聚酰胺分散于对位芳纶纸基材的孔隙中以形成连续网络加固结构，得到改性对位芳纶湿纸基材料；

23、s24：使用洗涤液洗涤改性对位芳纶湿纸基材料；

24、s25：将洗涤后的改性对位芳纶湿纸基材料进行干燥、压光，以得到改性对位芳纶纸。

25、在一些实施例中，所述s23具体包括：

26、将杂环聚酰胺溶液均匀涂覆或喷射在所述对位芳纶纸基材的一表面上，在所述对位芳纶纸基材的相对另一表面采用负压抽滤，以加速杂环聚酰胺溶液在对位芳纶纸基材中的渗透，使杂环聚酰胺分散于对位芳纶纸基材的孔隙中以形成连续网络加固结构，得到改性对位芳纶湿纸基材料，其中，所述负压为-0.03mpa至-0.08mpa。

27、第三方面，本申请还提供了一种制品，包括：根据第一方面任一实施例所述的改性对位芳纶纸或根据第二方面任一实施例所述的方法制备得到的改性对位芳纶纸。

技术特征：

1.一种改性对位芳纶纸，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的改性对位芳纶纸，其特征在于，至少部分所述杂环聚酰胺的分子链穿过所述对位芳纶纤维的纤维无纺布中的孔隙，以形成连续网络加固结构。

3.根据权利要求1或2所述的改性对位芳纶纸，其特征在于，所述杂环聚酰胺由二胺单体和二酰氯单体通过聚合反应得到，其中，

4.根据权利要求1所述的改性对位芳纶纸，其特征在于，所述改性对位芳纶纸满足以下条件中至少一者：

5.一种制备改性对位芳纶纸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s1包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s2包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第一二胺单体包括2-(4-氨基苯基)-5-氨基-苯并咪唑；

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述步骤s2还包括：

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述s23具体包括：

12.一种制品，其特征在于，包括：根据权利要求1至4所述的改性对位芳纶纸或根据权利要求5至11任一项所述的方法制备得到的改性对位芳纶纸。

技术总结
本申请提供一种改性对位芳纶纸及其制备方法和制品，该改性对位芳纶纸，包括：对位芳纶纸基材，包括由彼此缠结或基于非共价作用力结合的对位芳纶纤维形成的纤维无纺布；和分散在所述对位芳纶纤维的纤维无纺布中的杂环聚酰胺。通过使用杂环聚酰胺对对位芳纶纸基材进行改性，杂环聚酰胺具有良好的成膜性能，可分散于对位芳纶纤维的纤维无纺布中，杂环聚酰胺可以增强对位芳纶纤维之间的界面粘结强度，从而使应力得到更好地转移，并可以大幅降低对位芳纶纸的孔隙率，进而显著提升对位芳纶纸的匀度，得到具有良好力学性能的改性对位芳纶纸。

技术研发人员：庹新林,陈玥溪
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15