[发明专利]高强度聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺薄膜，具体涉及一种聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜，及其制备方法和应用。

背景技术

静电纺丝是目前最有效地制造连续纳米长纤维的唯一手段。近几十年来，该领域的研究工作发展迅速，尤其是随着纳米材料特有功能的发现以及纳米复合材料功能的发掘，纳米纤维作为21世纪的新新材料不仅在纤维纺织领域，而且在环保技术领域和信息技术领域业及医疗技术领域都引起了广泛的关注。

静电纺丝技术的产业化正在世界范围内悄然展开。美国Donaldson公司是首个在工业化规模上开发电纺技术的公司，生产直径为200～1000nm的电纺尼龙纳米纤维与常规非织造布复合滤材；杜邦公司用直径为100～1000nm的电纺丝与常规非织造布复合技术，开发了可以捕集亚微米粒子的复合多孔膜滤材。2004年捷克利贝雷茨技术大学与Elmarco公司开发了槽滚式喷头在强电场中喷纺纳米纤维的生产设备，主要用于大规模生产纳米纤维复合滤材。

然而，由于电纺纳米纤维没能像传统纺造纤维一样进行纺后牵伸加工增强，加上纤维的直径小，故电纺纳米纤维不仅相对强度小，而且单根纤维的抗拉强力也特别小。因此，由这种抗拉强度或绝对强力非常小的纳米纤维组成的电纺纳米纤维非织造布的强度非常低，一般不超过10MPa，以至于这种电纺纳米纤维非织造布不能作为独立支撑的材料使用，或不能作为自支撑的材料使用。目前，电纺纳米纤维非织造布只能与其它有适当强度的支撑材料复合使用。也就是说，电纺纳米纤维非织造布作为功能层，而其它有适当强度的材料作为支撑层，两者结合组成纳米纤维复合材料，如纳米纤维复合滤材用于或正在开发用于各种发动机（从汽车、坦克发动机到涡轮机厂房）的进气口、消防、医疗及军事防护上滤除尘埃、烟雾、细菌、甚至病毒。

为了使聚合物纳米纤维形成的非织造布能突破须与其它支撑材料复合使用的局限，制造纯粹的或自支撑的聚合物纳米纤维产品（如轻便、舒适、高效的纳米纤维防护服；高强度低密度的光帆等），有必要研发一种新的制备工艺，能够制备出高强度的聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜。

发明内容

本发明的目的在于提供一类高强度耐高温的聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜及其制备方法，及这类发明物在电气绝缘膜、高温过滤膜、锂电池隔膜、树脂复合材料中的增强填料、防雨透气服装的内衬和面料及宇航光帆材料等领域的应用。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

提供一种聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜，它是将电纺聚酰胺酸纳米纤维非织造布在200至400℃的高温下经纵向1-10倍、横向1-4倍两个方向拉伸亚胺化所形成的聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜；所述的聚酰亚胺结构如下式（I）所示：

其中，R₁是含芳环的二酐残基，R₂是含芳环的二胺残基，n是聚合物重复单元数，在100至500之间。

本发明优选的聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜，其式（I）所示的结构中，R₁是以下结构中的一种：

R₁进一步优选联苯二酐残基、均苯二酐残基、二苯酮二酐残基、三苯二醚二酐残基或者二苯砜二酐残基；最优选为联苯二酐残基。

本发明优选的聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜，其式（I）所示的结构中，R₂是以下结构中的一种：

R₂进一步优选二苯联嘧啶二胺残基、对苯二胺残基、二苯醚二胺残基、三苯二醚二胺残基或者联苯二胺残基；最优选为联苯二胺残基。

本发明还提供所述的聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜的制备方法，是将电纺聚酰胺酸纳米纤维非织造布在200至400℃的高温下经纵向1-10倍、横向1-4倍两个方向拉伸亚胺化，得到聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜；所述的电纺聚酰胺酸纳米纤维非织造布是由结构如下式（II）所示的聚酰胺酸在20000-50000伏特的高压静电场中通过静电纺丝技术制备得到的；

其中R₁、R₂和n的定义同前。

本发明还提供所述的聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜作为电气绝缘膜、高温过滤膜、锂电池隔膜、树脂复合材料中的增强填料、防雨透气服装的内衬或面料、或者宇航光帆材料等的应用。

与现有技术相比，本发明利用特定结构的聚酰胺酸纳米纤维非织造布在纵横双向张力作用的条件下，高温热亚胺化转变为高强度聚酰亚胺纳米纤维双向拉伸膜。