[发明专利]对位芳纶纳米纤维膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种对位芳纶纳米纤维膜及其制备方法，属于特种纤维材料领域。本发明提供一种对位芳纶纳米纤维膜的制备方法，所述制备方法为：先在对位芳纶纤维溶液中加入助纺剂制得均匀的纺丝液，然后所得纺丝液通过静电纺丝的方法制得对位芳纶纳米纤维膜；其中，所述助纺剂为聚环氧乙烷、聚乙烯吡络烷酮或聚乙烯醇中的一种，助纺剂与对位芳纶纤维溶液中对位芳纶纤维的质量比为：对位芳纶纤维10重量份，助纺剂1～12重量份。本发明首次成功实现了利用静电纺丝的方法制备出了连续的对位芳纶纳米纤维膜；并且通过改变静电纺丝的收集装置，得到了无规分布和具有一定取向度两种结构形态的薄膜。

技术领域

本发明涉及一种对位芳纶纳米纤维膜及其制备方法，属于特种纤维材料领域。

背景技术

现代科学技术的发展对材料的性能提出越来越高的要求，随着纳米技术的出现，纳米材料的性质和应用开始成为学者们研究的热点。纳米材料和纳米技术是当下进行材料研究和变革最具有潜力的领域之一，也是形成新一代先进纤维和复合材料的基础，微纳米纤维结构的应用也已经成为许多新兴产业技术的核心，从宏观到微观的研究也必将成为之后的趋势。连续纳米纤维代表了一类新兴的纳米材料，在材料的结构和应用结合上有关键的优势，如何将材料推向结构纳米化和功能纳米化也是现如今的研究热点之一。

Kevlar纤维，即对位芳香族聚酰胺纤维，它因为具有强度高、模量高、密度低、热稳定性好的特性而备受关注。但PPTA纤维的制备过程比较严苛，是由严格等质量比的对苯二甲酰氯和对苯二胺单体在强极性的酰胺溶剂或强酸溶剂里先缩合聚合或低温溶液聚合(如在含有LiCl的NMP强极性体系，或浓硫酸、氯磺酸和氟代醋酸等强酸溶剂中)，接着溶液进行纺丝得到高结晶度、高取向的微米级初纺纤维。Kevlar纤维分子链间存在两种作用力，一个是不同分子链间酰胺基团的氮氢键相互作用形成的氢键，另一个是相邻分子链间苯环相互叠加形成的π-π共轭作用；正是由于其极强的分子间作用力，高的结晶度，惰性的表面使其应用停留在微纤尺度，无法将其稳定的纳米化，得到对位芳纶纳米纤维，从而扩大其应用范围。

现有技术中尚未有具有较好的结构和性能的对位芳纶纳米纤维膜的相关报道。

发明内容

针对上述缺陷，本发明首次提供了一种对位芳纶纳米纤维膜的制备方法，该方法成功地制得了具有良好结构和性能的对位芳纶纳米纤维膜，并且该制备方法工艺简单，易于操作，对于芳纶纳米纤维的研究具有突破性的指导意义。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种对位芳纶纳米纤维膜的制备方法，所述制备方法为：先在对位芳纶纤维溶液中加入助纺剂制得均匀的纺丝液，然后所得纺丝液通过静电纺丝的方法制得对位芳纶纳米纤维膜；其中，所述助纺剂为聚环氧乙烷、聚乙烯吡络烷酮或聚乙烯醇中的一种，助纺剂与对位芳纶纤维溶液中对位芳纶纤维的质量比为：对位芳纶纤维10重量份，助纺剂1～12重量份。

进一步，所述助纺剂的重均分子量为30～700万；如果分子量过小，则纤维中会出现纺锤体结构；如果分子量过大，则纤维会出现粗细不均匀的情况，并且伴随纺锤体结构出现。

进一步，上述制备方法中，所述对位芳纶纤维溶液的质量浓度为0.5～2.5wt％；如果溶液的浓度过低，静电纺丝过程则会因为纺丝液的粘度过低而无法进行；如果溶液浓度过高，那么溶液粘度偏大，静电纺丝过程中静电场拉伸力不够致使纤维直径偏大且粗细不均匀。

进一步，上述制备方法中，所述静电纺丝的工艺条件为：静电纺丝的电压为7～15kv，纺丝速率为0.1～0.5ml/h，喷丝口与接收装置之间的距离为10～15cm，纺丝温度为35～70℃。

进一步，上述方法中，当静电纺丝方法中的接收装置为平板接收器时，所得对位芳纶纳米纤维膜的微观结构表现为：薄膜中的纳米纤维呈现无规分布状态；当接收装置为滚筒收集器时，所得对位芳纶纳米纤维膜的微观结构表现为：薄膜中的纳米纤维在沿着滚筒转动方向具有一定的取向度。