具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例提供了一种芳纶纳米纤维的制备方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、将芳纶聚合物分散至第一溶剂中制备得到芳纶聚合物分散液；

S2、将芳纶聚合物分散液经气喷雾化处理后喷射于具有固化效果的第二溶剂中，得到芳纶微纳米纤维分散液；

S3、再将芳纶微纳米纤维分散液经过超微粒磨浆处理即得芳纶纳米纤维。

需要说明的是，本申请的芳纶纳米纤维的制备方法，气喷雾化处理的原理为：利用压缩式雾化器(也称射流式雾化器)，根据文丘里喷射原理，利用压缩气体通过细小管口形成高速气流，产生的负压带动芳纶聚合物分散液一起喷射到阻挡物上，在高速撞击下向周围飞溅使液滴变成雾状微粒从雾化孔喷出；利用高速流动的压缩气体将芳纶聚合物分散液打乱和分散，将雾化后的芳纶聚合物分散液与具有凝固效果的第二溶剂充分混合，得到芳纶微纳米纤维分散液，可以通过调节芳纶聚合物分散液的浓度以及压缩气体的工作压力实现芳纶聚合物排列结构调控，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，固化后得到芳纶微纳米纤维分散液；然后通过进一步优化的超微粒磨浆处理，从而实现芳纶纤维纵向分离，实现微纳米纤维尺寸的可控可调。本申请的芳纶纳米纤维的制备方法制备的微纳米纤维具有独特的纤丝化结构，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。本申请的芳纶纳米纤维的制备方法，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。本申请的芳纶纳米纤维的制备方法，还可以在芳纶聚合物中加入功能基团，增加其功能化、高性能化，对芳纶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。

在一些实施例中，第一溶剂包括二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮中的一种或多种；

第二溶剂包括二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、二甲基乙酰胺水溶液、二甲基甲酰胺水溶液、二甲基亚砜水溶液、丙酮水溶液中的一种或多种。

在上述实施例中，第二溶剂除了采用二甲基乙酰胺、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、丙酮、二甲基乙酰胺等及其对应的水溶液外，还可以采用其它能与芳纶聚合物分散液固化的溶剂。

在一些实施例中，芳纶聚合物包括聚间苯二甲酰间苯二胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、含有杂环结构的聚酰胺聚合物中的一种或多种。具体的，聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)是由间苯二胺和间苯二甲酰氯缩聚而成的聚合物，又称芳纶1313；聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)是由对苯二胺与对苯二甲酰氯缩合聚合而成的全对位聚芳酰胺，又称芳纶1414。本申请实施例中含有杂环结构的聚酰胺聚合物，可采用哌嗪芳香族聚酰胺、哌嗪芳环尼龙、聚喹啉二酮酰胺等。

在一些实施例中，气喷雾化处理的具体工艺为：雾化孔孔径为0.1～8.0mm、压缩气体压力为0.1～1.0MPa。本申请实施例中气喷雾化处理所采用的压缩式雾化器为现有常规的压缩式雾化器，雾化孔的孔径为0.1～8.0mm，雾化时压缩气体的工作压力为0.1～1.0MPa，所采用的压缩气体包括空气、氮气、氩气中的一种或几种。

在一些实施例中，将芳纶聚合物分散至第一溶剂中制备得到芳纶聚合物分散液具体为：将芳纶聚合物分散至第一溶剂中于50～1000rpm下搅拌1～60min，得到芳纶聚合物分散液。

在一些实施例中，超微粒研磨处理具体工艺为：磨盘间隙为-100μm～100μm，磨浆次数为1～100次。在本申请实施例中，超微粒研磨处理采用现有的超微粒磨浆机进行磨浆处理。

在一些实施例中，将芳纶聚合物分散液经气喷雾化处理后喷射于第二溶剂中后，于50～1000rpm下搅拌1～60min得到得到芳纶微纳米纤维分散液。

在一些实施例中，芳纶聚合物分散液的质量浓度为0.01～20％。

在一些实施例中，二甲基乙酰胺水溶液、二甲基甲酰胺水溶液、二甲基亚砜水溶液以及丙酮水溶液的质量浓度均为0～60％。在本申请实施例中，若二甲基乙酰胺等水溶液的质量浓度表示二甲基乙酰胺等在整个溶液中的质量分数，质量浓度为0则表示使用的第二溶剂为水。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种芳纶纳米纤维，采用上述的制备方法制备得到。本申请的方法制备得到的芳纶纳米纤维呈高度纤丝化的毛羽状，平均直径小于100nm。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了上述的芳纶纳米纤维在制备复合增强材料、电池隔膜、电绝缘纳米纸、柔性电子器件、吸附过滤介质中的应用。

基于同一发明构思，本申请实施例还提供了一种包括以下步骤：

将上述制备得到的芳纶纳米纤维、芳纶短切纤维以及芳纶浆粕混合后得到纤维分散液；

将纤维分散液疏解后经过凯赛法抄片制造出原纸，经过热压，即得芳纶纸。

具体的，本申请中所用的芳纶短切纤维可为间位聚酰胺纤维(芳纶1313)和对位聚酰胺纤维(芳纶1414)；芳纶纳米纤维、芳纶短切纤维以及芳纶浆粕的质量比为1:(4～5):(4～5)；疏解为经过疏解机疏解15000～25000r；热压工艺具体为：以180～220℃、3～6Mpa下热压1～2min；纤维分散液疏解之前用水稀释至质量浓度为0.1～0.3％。

以下进一步以具体实施例说明本申请的芳纶纳米纤维、芳纶纸的制备方法。

实施例1

本申请实施例提供了一种芳纶纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1、室温下将聚间苯二甲酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺溶剂中，于转速为500rpm下搅拌10min，得到质量分数为10％的芳纶聚合物分散液；

S2、将S1中芳纶聚合物分散液经气喷雾化处理后喷射于水中，于转速为500rpm下搅拌60min得到芳纶微纳米纤维分散液；

S3、再将芳纶微纳米纤维分散液经过超微粒磨浆处理即得芳纶纳米纤维；

其中，气喷雾化处理工艺为：雾化孔的孔径为0.1mm，雾化时压缩气体的工作压力为0.1MPa，所采用的压缩气体为空气；

超微粒研磨处理具体工艺为：磨盘间隙为100μm，磨浆次数为100次。

实施例2

本申请实施例提供了一种芳纶纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1、室温下将聚间苯二甲酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺溶剂中，于转速为500rpm下搅拌10min，得到质量分数为10％的芳纶聚合物分散液；

S2、将S1中芳纶聚合物分散液经气喷雾化处理后喷射于二甲基乙酰胺水溶液中，于转速为1000rpm下搅拌20min得到芳纶微纳米纤维分散液；

S3、再将芳纶微纳米纤维分散液经过超微粒磨浆处理即得芳纶纳米纤维；

其中，气喷雾化处理工艺为：雾化孔的孔径为2mm，雾化时压缩气体的工作压力为0.6MPa，所采用的压缩气体为空气；

超微粒研磨处理具体工艺为：磨盘间隙为10μm，磨浆次数为10次；二甲基乙酰胺水溶液的质量浓度为50％。

实施例3

本申请实施例提供了一种芳纶纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1、室温下将聚间苯二甲酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺溶剂中，于转速为500rpm下搅拌20min，得到质量分数为20％的芳纶聚合物分散液；

S2、将S1中芳纶聚合物分散液经气喷雾化处理后喷射于二甲基乙酰胺水溶液中，于转速为500rpm下搅拌60min得到芳纶微纳米纤维分散液；

S3、再将芳纶微纳米纤维分散液经过超微粒磨浆处理即得芳纶纳米纤维；

其中，气喷雾化处理工艺为：雾化孔的孔径为8mm，雾化时压缩气体的工作压力为1.0MPa，所采用的压缩气体为空气；

超微粒研磨处理具体工艺为：磨盘间隙为-20μm，磨浆次数为10次；二甲基乙酰胺水溶液的质量浓度为60％。

实施例4

本申请实施例提供了一种芳纶纳米纤维的制备方法，包括以下步骤：

S1、室温下将聚间苯二甲酰间苯二胺分散在二甲基乙酰胺溶剂中，于转速为1000rpm下搅拌1min，得到质量分数为12％的芳纶聚合物分散液；

S2、将S1中芳纶聚合物分散液经气喷雾化处理后喷射于二甲基乙酰胺水溶液中，于转速为100rpm下搅拌60min得到芳纶微纳米纤维分散液；

S3、再将芳纶微纳米纤维分散液经过超微粒磨浆处理即得芳纶纳米纤维；

其中，气喷雾化处理工艺为：雾化孔的孔径为5mm，雾化时压缩气体的工作压力为0.7MPa，所采用的压缩气体为空气；

超微粒研磨处理具体工艺为：磨盘间隙为-100μm，磨浆次数为20次；二甲基乙酰胺水溶液的质量浓度为60％。

性能测试

实施例4中制备得到的芳纶纳米纤维的表面形貌SEM图，如图2所示。从图2中可以看出，本申请制备得到的芳纶纳米纤维呈毛羽状，具有独特的高度纤丝化结构。

实施例4中制备得到的芳纶纳米纤维的直径频率直方分布图如图3所示。

测试实施例1～4中制备得到的芳纶纳米纤维平均直径、比表面积结果如下表1所示。

表1-不同实施例制备得到的芳纶纳米纤维平均直径、比表面积

从表1中可以看出，本申请实施例1～4中制备得到的芳纶纳米纤维的平均直径为28.9～112.7nm、比表面积为194.6～558.2m²/g，芳纶纳米纤维的尺寸分布范围广，通过调节芳纶聚合物分散液的浓度、不同的气喷雾化处理工艺和超微粒研磨处理可以实现芳纶纳米纤维尺寸的可控可调。

实施例5

本申请实施例提供了一种芳纶纸的制备方法，包括以下步骤：

将实施例1中制备得到的芳纶纳米纤维、间位芳纶短切纤维、芳纶浆粕混合后得到纤维分散液；

将纤维分散液用水稀释至质量浓度为0.1％；

将稀释后的纤维分散液用疏解机疏解20000r，疏解后经过凯赛法抄片制造出定量为40g/m²的原纸，经过200℃，5MPa热压1min，得到芳纶纸；

其中芳纶纳米纤维、芳纶短切纤维、芳纶浆粕的质量比为1:4.5:4.5。

实施例6

本申请实施例提供了一种芳纶纸的制备方法，同实施例5，不同在于，所用的芳纶纳米纤维为实施例2中制备得到的芳纶纳米纤维。

实施例7

本申请实施例提供了一种芳纶纸的制备方法，同实施例5，不同在于，所用的芳纶纳米纤维为实施例3中制备得到的芳纶纳米纤维。

实施例8

本申请实施例提供了一种芳纶纸的制备方法，同实施例5，不同在于，所用的芳纶纳米纤维为实施例4中制备得到的芳纶纳米纤维。

对比例1

本对比例提供了一种芳纶纸的制备方法，包括以下步骤：

将间位芳纶短切纤维、芳纶浆粕混合后得到纤维分散液；

将纤维分散液用水稀释至质量浓度为0.1％；

将稀释后的纤维分散液用疏解机疏解20000r，疏解后经过凯赛法抄片制造出定量为40g/m²的原纸，经过200℃，5MPa热压1min，得到芳纶纸；

其中芳纶短切纤维、芳纶浆粕的质量比为5:5。

测试实施例5～8以及对比例1中制备得到的芳纶纸的拉伸强度、撕裂强度、电气强度、介电常数，结果如下表2所示。

本发明实施例中涉及的芳纶纸的性能检测标准如下：

芳纶纸拉伸强度采用GB/T453-2002进行测试；撕裂强度采用GB/T 455-2002进行测试；电气强度采用GB/T 1408.1-2016进行测试；介电常数采用GB/T1409-2006进行测试。

热收缩率测试：将纸样裁剪成40×40mm的纸样，在300℃烘箱中处理1h，测量长度变化根据下列公式计算热收缩率：R＝(1-L/L₀)*100％

R为热收缩率，L为热处理后正方形边长，L₀为原始正方形边长。

表2-不同实施例的制备得到的芳纶纸性能

由表2可见，本发明制备的芳纶纳米纤维在高强度耐高温芳纶纸领域具有显著的应用效果和广泛的应用前景。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。