一种碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法及碳纳米管芳纶沉析纤维与流程

1.本发明芳纶纤维技术领域，具体涉及一种碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法及碳纳米管芳纶沉析纤维。


背景技术：

2.芳纶是一种新型的特种用途合成材料。因为构成纤维的高聚物长链分子中含有酰胺基，连接酰胺基的是芳香环或芳香环的衍生物，所以把这类纤维统称为芳香族聚酰胺纤维，简称芳纶。芳纶纤维耐热性和初始模量都很显著，是目前有机耐高温纤维中的主要类别。其中最具实用价值的品种有两个，一是分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维，即芳纶1313；一是分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维，即芳纶1414。两者化学结构相似，但性能差异很大，应用领域各有不同：间位芳纶具有出色的耐高温绝缘性，主要用于特种防护服、高温过滤材料、电气绝缘材料、蜂窝结构材料等；对位芳纶具有极好的金属特性，主要用于国防军工、航天航空、轮胎及土木、防护用品的骨架材料。
3.间位芳纶的沉析纤维具有间位芳纶纤维的常规结构和性能，外观类似木材纤维，具有优异的湿加工性能和增强性能，在水中分散极好，平均比表面积约为5-8m2/g，长径比大，强度极高，是芳纶纤维湿法造纸的重要粘结纤维之一，适合制造高级绝缘用纸及尺寸稳定性高的印刷电路板、卫星通信、高速传递回路等电子产品。
4.目前的文献介绍的方法出来的超短纤维的长度形态适合造纸级别的，都是超幼小的纤维状，所以成纸的超短纤维的撕裂强度跟国际上的先进水平还是差距较大。如何提高芳纶超短纤维的撕裂强度已成为现有技术领域急需解决的技术问题。


技术实现要素：

5.鉴于此，有必要提供一种撕裂强度高的碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法。
6.一种碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法，包括下述步骤：
7.获取碳纳米管芳纶聚合物；
8.获取凝固溶液；
9.将所述碳纳米管芳纶聚合物和所述凝固溶液高速混合得到芳纶超短纤维；
10.对所述芳纶超短纤维进行洗浆，得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维。
11.在其中一些实施例中，在获取碳纳米管芳纶聚合物的步骤中，具体包括下述步骤：
12.将酰胺类极性有机溶剂放置在充满氮气的聚合装置中；
13.将间苯二胺和碳纳米管添加至所述酰胺类极性有机溶剂中溶解，得到混合溶液；
14.于0-20℃的温度下，将间苯二甲酰氯与所述混合溶液进行缩聚反应，得到副产物氯化氢；
15.在低于30℃的温度下，将所述副产物氯化氢用碱土金属氧化物、氢氧化物或者氨气发生中和反应，得到所述碳纳米管芳纶聚合物。
16.在其中一些实施例中，所述碳纳米管材料占芳纶绝干含量的比例为5％-40％；碳纳米的直径为60-100nm，长度为3-10um。
17.在其中一些实施例中，所述碳纳米管芳纶聚合物的浓度＝8-20％，粘度＝1.2-2.2，温度＝0-60度。
18.在其中一些实施例中，在获取凝固溶液的步骤中，具体为：
19.所述凝固溶液是至少一种无机盐类、醇类物质及水的混合物，其中，所述无机盐类及醇类物质的质量比为(10-70％)：(1-10％)，余量为水。
20.在其中一些实施例中，所述凝固溶液的温度是0-90度。
21.在其中一些实施例中，所述无机盐类包括氯化钙、氯化锂、氯化镁或氯化钠中的一种或几种，所述醇类物质包括丙三醇、乙二醇、丁二醇等中的一种或几种。
22.在其中一些实施例中，在将所述碳纳米管芳纶聚合物和所述凝固溶液高速混合得到芳纶超短纤维的步骤中，具体为：
23.将碳纳米管芳纶聚合物和凝固溶液按照质量比为1：(5-30)的比例在密封的高速搅拌设备，以速度为1000-3000rpm高速混合得到芳纶超短纤维。
24.在其中一些实施例中，在对所述芳纶超短纤维进行洗浆，得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维的步骤中，具体包括：
25.对所述芳纶超短纤维采用纸浆水洗设备进行洗浆以得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维，所述纸浆水洗设备包括带式洗浆机或转鼓洗浆机。
26.另外，本发明还提供了一种碳纳米管芳纶沉析纤维，由所述的碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法制备得到。
27.相较于现有技术，本技术提供的碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法，获取碳纳米管芳纶聚合物，获取凝固溶液，将所述碳纳米管芳纶聚合物和所述凝固溶液高速混合得到芳纶超短纤维，对所述芳纶超短纤维进行洗浆，得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维，本发明形成的碳纳米管芳纶沉析纤维，长度是很长的纤维帚化状、长纤维片膜状，所以毛羽丰富、结合能力强，由于接入了碳纳米材料，材料的耐温性、绝缘性、导电性、导热性能优异。
28.本技术提供的碳纳米管芳纶沉析纤维可以用于纸页的制造、摩擦材料、橡胶增强等的应用，用本发明的沉析纤维制备的碳纳米芳纶纸，撕裂强度可以达1000-1500n，并且纸具备良好的导电导热性，广泛用于各种耐高温、导电导热的场合。
附图说明
29.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
30.图1为本发明实施例提供的碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法的步骤流程图。
31.图2为本发明实施例提供的碳纳米管芳纶聚合物的制备方法的步骤流程图。
具体实施方式
32.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.请参阅图1，本技术提供的碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法包括下述步骤：
34.步骤s110：获取碳纳米管芳纶聚合物。
35.请参阅图2，为获取碳纳米管芳纶聚合物的步骤流程图，具体包括下述步骤：
36.步骤s111：将酰胺类极性有机溶剂放置在充满氮气的聚合装置中。
37.具体地，酰胺类极性有机溶剂为二甲基乙酰胺。
38.步骤s112：将间苯二胺和碳纳米管添加至所述酰胺类极性有机溶剂中溶解，得到混合溶液。
39.具体地，所述碳纳米管材料占芳纶绝干含量的比例为5％-40％，碳纳米的直径为60-100nm，长度为3-10um。
40.步骤s113：于0-20℃的温度下，将间苯二甲酰氯与所述混合溶液进行缩聚反应，得到副产物氯化氢；
41.具体地，间苯二胺和间苯二甲酰氯的摩尔量相同。
42.步骤s114：在低于30℃的温度下，将所述副产物氯化氢用碱土金属氧化物、氢氧化物或者氨气发生中和反应，得到所述碳纳米管芳纶聚合物。
43.在其中一些实施例中，所述碳纳米管芳纶聚合物的浓度＝8-20％，粘度＝1.2-2.2，温度＝0-60度。
44.上述实施例中，在低温聚合装置中加入二甲基乙酰胺，再加入间苯二胺搅拌溶解，然后加入占芳纶绝干含量的比例为5％-40％的碳纳米管材料，再慢慢把和间苯二胺等摩尔量的间苯二甲酰氯，反应完成后，用一定量的碱土金属除掉反应副产物hcl，后通过板框压滤机过滤、真空脱泡，得到适宜纺丝的聚合物。
45.步骤s120：获取凝固溶液。
46.具体地，所述凝固溶液是至少一种无机盐类、醇类物质及水的混合物，其中，所述无机盐类及醇类物质的质量比为(10-70％)：(1-10％)，余量为水。
47.进一步地，所述凝固溶液的温度是0-90度。
48.进一步地，所述无机盐类包括氯化钙、氯化锂、氯化镁或氯化钠中的一种或几种，所述醇类物质包括丙三醇、乙二醇、丁二醇等中的一种或几种。
49.步骤s130：将所述碳纳米管芳纶聚合物和所述凝固溶液高速混合得到芳纶超短纤维。
50.具体地，将碳纳米管芳纶聚合物和凝固溶液按照质量比为1：(5-30)的比例在密封的高速搅拌设备，以速度为1000-3000rpm高速混合得到芳纶超短纤维。
51.步骤s140：对所述芳纶超短纤维进行洗浆，得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维。
52.具体地，对所述芳纶超短纤维采用纸浆水洗设备进行洗浆以得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维，所述纸浆水洗设备包括带式洗浆机或转鼓洗浆机。
53.本发明上述实施例制备得到的碳纳米管芳纶沉析纤维，形成毛羽丰富、短纤维可长达1mm-10mm的碳纳米芳纶沉析纤维，结合能力强。
54.本技术提供的碳纳米管芳纶沉析纤维的制备方法，获取碳纳米管芳纶聚合物，获取凝固溶液，将所述碳纳米管芳纶聚合物和所述凝固溶液高速混合得到芳纶超短纤维，对所述芳纶超短纤维进行洗浆，得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维，本发明形成的碳纳米管芳纶沉析纤维，长度是很长的纤维帚化状、长纤维片膜状，所以毛羽丰富、结合能力强，由于接
入了碳纳米材料，材料的耐温性、绝缘性、导电性、导热性能优异。
55.本技术提供的碳纳米管芳纶沉析纤维可以用于纸页的制造、摩擦材料、橡胶增强等的应用，用本发明的沉析纤维制备的碳纳米芳纶纸，撕裂强度可以达1000-1500n，并且纸具备良好的导电导热性，广泛用于各种耐高温、导电导热的场合。
56.以下结合详细实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
57.实施例1
58.在配置强烈搅拌和夹套冷冻的的反应釜中，把1份的苯二胺加到7.5份的干燥的二甲基乙酰胺中，溶解30min后，加入0.1份直径60nm，长度10um的碳纳米管搅拌30min；把温度控制在0-10度，连续慢慢的加入1.88份间苯二甲酰氯进行缩聚反应，副产物氯化氢用0.70份氢氧化钙二甲基乙酰胺(氢氧化钙和二甲基乙酰胺的比例为1：1.5-2.5)混合溶液连续中和反应，控制温度低于30度，反应生成的聚间苯二甲酰氯间苯二胺胶体聚合物，聚合物的浓度＝16wt％，[η]＝1.63，ph值＝6.8；聚合物亮黑色，质量良好。
[0059]
配制的凝固溶液的组分为：氯化钠为25％，丁二醇为：6％，其余为水。
[0060]
上述聚合物通过计量泵和同样通过计量泵输送的凝固溶液液同时注入高速混合设备，转速为2500rpm，得到芳纶超短纤维。
[0061]
对所述芳纶超短纤维进行洗浆，经过普通制浆中的洗涤清洗工序，形成得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维，上述方法形成的沉析纤维为亮黑色的，产品的机械打浆度为39sr，在纤维镜下观察纤维形态很长，并且成型很好，湿态的产品可以用于纸页的制造，撕裂强度可以达1000n。
[0062]
实施例2
[0063]
在配置强烈搅拌和夹套冷冻的的反应釜中，把1份的苯二胺加到7.5份的干燥的二甲基乙酰胺中，溶解30min后，加入0.2份直径60nm，长度10um的碳纳米管搅拌30min；把温度控制在0-10度，连续慢慢的加入1.88份间苯二甲酰氯进行缩聚反应，副产物氯化氢用0.70份氢氧化钙二甲基乙酰胺(氢氧化钙和二甲基乙酰胺的比例为1：1.5-2.5)混合溶液连续中和反应，控制温度低于30度，反应生成的聚间苯二甲酰氯间苯二胺胶体聚合物，聚合物的浓度＝16wt％，[η]＝1.63，ph值＝6.8；聚合物亮黑色，质量良好。
[0064]
配制的凝固溶液的组分为：氯化锂为50％，丙三醇为：8％，其余为水。
[0065]
上述聚合物通过计量泵和同样通过计量泵输送的凝固溶液液同时注入高速混合设备，转速为3000rpm，得到芳纶超短纤维。
[0066]
对所述芳纶超短纤维进行洗浆，经过普通制浆中的洗涤清洗工序，形成得到所述碳纳米管芳纶沉析纤维，上述方法形成的沉析纤维为亮黑色的，产品的机械打浆度为39sr，在纤维镜下观察纤维形态很长，并且成型很好，湿态的产品可以用于纸页的制造，撕裂强度可以达1500n。
[0067]
以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。