一种芳纶纳米纤维基层状复合薄膜及其制备方法、循环利用的方法技术

本发明专利技术提供了一种芳纶纳米纤维基复合薄膜，所述复合薄膜具有层状结构；所述复合薄膜由多个单层芳纶纳米纤维基薄膜层叠组成；所述芳纶纳米纤维基薄膜中包括芳纶纳米纤维基质和组装基元；所述组装基元包括无机片材料、无机线材料和聚合物中的一种或多种。本发明专利技术提供的芳纶纳米纤维基复合薄膜具有致密的层状结构，单层薄膜厚度均匀，具有极小的纳米级均一的层间距，使得复合薄膜具有较优异的综合性能。本发明专利技术还提供了一种简单高效易规模化制备方法和循环利用方法，所制备的芳纶纳米纤维基层状复合薄膜材料，可以重新被制备成芳纶纳米纤维基复合浆料，然后借助喷涂与热压联用法，再次制备成层状复合薄膜材料，实现层状复合薄膜材料的多次循环利用。

【技术实现步骤摘要】
一种芳纶纳米纤维基层状复合薄膜及其制备方法、循环利用的方法
本专利技术属于芳纶纳米纤维层状材料
，涉及一种芳纶纳米纤维基复合薄膜及其制备方法、芳纶纳米纤维基复合薄膜循环利用的方法，尤其涉及一种芳纶纳米纤维基层状复合薄膜及其制备方法、芳纶纳米纤维基层状复合薄膜循环利用的方法。
技术介绍
芳纶纤维全称为“聚对苯二甲酰对苯二胺”，英文为Aramidfiber，是一种新型高科技合成纤维，具有超高拉伸强度、高模量和耐高温、耐酸碱、低密度等优良性能，其强度是钢丝的5～6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，而密度仅为钢丝的1/5左右，在560℃的温度下，不分解，不融化。它具有良好的绝缘性和抗老化性能，同时具有很长的生命周期。芳纶的专利技术，被认为是材料界一个非常重要的历史进程。芳纶纤维是重要的国防军工材料，而且除了军事上的应用外，现已作为一种高技术含量的纤维材料被广泛应用于航天航空、机电、建筑、汽车以及体育用品等国民经济的各个方面。芳纶纳米纤维作为近年来开发的一种新型高分子纳米纤维，既保留了宏观芳纶纤维的结构特性与优异的机械性能和热稳定性；同时，其独特的纳米尺度形态又赋予其新的内涵与优异的特性。近年来，以芳纶纳米纤维和其他纳米材料为结构单元制备的高性能层状复合薄膜在电绝缘、导热、导电、复合增强等领域拥有出色的应用前景。由于芳纶纳米纤维二甲亚砜分散液遇水快速凝胶化的原因，当前制备芳纶纳米纤维基层状复合薄膜的方法主要是真空抽滤法和溶胶-凝胶法。《先进功能材料》期刊2019年第二十九卷1900056页起报道了以芳纶纳米纤维和氮化硼纳米片的二甲亚砜分散液为浆料，首先加入适量去离子水形成凝胶，接着利用高速剪切机使凝胶重新分散成纳米组装单元，然后采用真空抽滤方法制备了层状复合薄膜材料。层状复合薄膜材料的力学性能和导热率，相对纯芳纶纳米纤维膜均实现了提高。《美国化学学会纳米》期刊2020年第十四卷611页起报道了以芳纶纳米纤维和合成云母纳米片为结构单元，通过溶胶-凝胶-薄膜转化技术制备的层状复合薄膜材料，相比于其它薄膜绝缘材料在韧性和介电强度等方面均展现出一定的优势。然而，随着下游应用领域对芳纶纳米纤维薄膜性能上的进一步要求，现有技术制备的层状复合薄膜材料的均匀性和致密性相对较差，使得单位厚度上的性能还有待进一步提高；而且当前的制备方法虽然也可以获得较好性能的芳纶纳米纤维基层状复合薄膜，但同时还存在时间消耗大、产率低等问题，阻碍了其规模化，从实际应用角度讲，依然很难满足未来大规模生产以及实际应用需求。因此，如何设计一种具有更高性能芳纶纳米纤维基层状复合薄膜，而且还能找到更为高效通用的方法，实现其的宏量制备，已成为业内诸多具有前瞻性的研究人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种芳纶纳米纤维基复合薄膜及其制备方法、芳纶纳米纤维基复合薄膜循环利用的方法，特别是一种芳纶纳米纤维基层状复合薄膜及其制备方法。本专利技术提供的芳纶纳米纤维基层状复合薄膜，具有特定的层状结构和组成，而且具有较低的均一的层间距和较高的致密性，大大提高了单位厚度上层状复合薄膜材料的综合性能，而且制备方法简单、条件温和，易操作以及成本低，适于规模化生产，能够更好的推动芳纶纳米纤维基层状复合薄膜的商业化应用。本专利技术提供了一种芳纶纳米纤维基复合薄膜，所述复合薄膜具有层状结构；所述复合薄膜由多个单层芳纶纳米纤维基薄膜层叠组成；所述芳纶纳米纤维基薄膜中包括芳纶纳米纤维基质和组装基元；所述组装基元包括无机片材料、无机线材料和聚合物中的一种或多种。优选的，所述层状结构为致密的层状结构；所述单层芳纶纳米纤维基薄膜的厚度为10～400nm；所述多个单层芳纶纳米纤维基薄膜之间的层间距为1～10nm；所述芳纶纳米纤维基复合薄膜的厚度为5～80μm；所述多个的层数为12～8000层。优选的，所述组装基元包括天然矿物云母纳米片、天然矿物云母微米片、氧化铝微米片、氮化硼纳米片、氧化石墨烯片、碳纳米管、硅酸钙纳米线、透钙磷石微米片和聚乙烯醇中的一种或多种；所述芳纶纳米纤维基质占所述芳纶纳米纤维基薄膜的质量比为5wt.％～90wt.％；所述芳纶纳米纤维的直径为5～15nm；所述芳纶纳米纤维的长度为10～30μm。优选的，所述组装基元均匀分散的嵌入在所述芳纶纳米纤维基质中；所述芳纶纳米纤维基复合薄膜为可循环利用的芳纶纳米纤维基复合薄膜；所述芳纶纳米纤维基复合薄膜由原料经质子供体辅助机械搅拌剥离、喷涂、置换和热压后制备得到。本专利技术提供了一种芳纶纳米纤维基复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)将芳纶纤维原料、含钾的碱、质子供体和溶剂进行搅拌剥离后，得到芳纶纳米纤维分散液；2)将上述步骤得到的芳纶纳米纤维分散液和组装基元经过剪切混合后，得到复合浆料；3)将上述步骤得到的复合浆料喷涂在基底上，形成单层的两相凝胶层，再多次喷涂后，得到复合凝胶；4)将上述步骤得到的复合凝胶浸入水中进行第一次置换，然后干燥成膜，再次浸入水中进行第二次置换，随后干燥，再经过热压后，得到芳纶纳米纤维基复合薄膜。优选的，所述芳纶纤维原料的直径为5～15nm；所述芳纶纤维原料的长度为5～100cm；所述含钾的碱包括氢氧化钾和/或乙醇钾；所述质子供体包括水、乙醇和甲醇中的一种或多种；所述溶剂包括二甲亚砜。优选的，所述芳纶纳米纤维分散液中芳纶纤维原料的浓度为5～20mg/mL；所述芳纶纤维原料与所述含钾的碱的质量比为(0.5～2)：1；所述芳纶纤维原料与所述质子供体的质量比为(20～80)：1；所述芳纶纳米纤维的直径为5～15nm；所述芳纶纳米纤维的长度为10～30μm。优选的，所述搅拌剥离的转速为100～800r/min；所述搅拌剥离的时间为12～48h；所述剪切混合的时间为20～40min；所述剪切混合的转速为8000～12000r/min；所述喷涂的喷量为0.5～12mL/min；所述基底包括玻璃基底、PET基底和PI基底中的一种或多种。优选的，所述第一次置换的时间为12～24h；所述第一次置换后形成复合水凝胶；所述干燥成膜的温度为25～80℃；所述干燥成膜的时间为4～12h；所述第二次置换的时间为12～24h；所述第二次置换后形成含水薄膜；所述干燥的温度为25～80℃；所述干燥的时间为4～12h；所述热压的温度为80～120℃；所述热压的压力为5～60MPa；所述热压的时间为48～96h。本专利技术还提供了一种芳纶纳米纤维基复合薄膜循环利用的方法，包括以下步骤：将使用过的上述技术方案任意一项所述的芳纶纳米纤维基复合薄膜或使用过的上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的芳纶纳米纤维基复本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种芳纶纳米纤维基复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜具有层状结构；/n所述复合薄膜由多个单层芳纶纳米纤维基薄膜层叠组成；/n所述芳纶纳米纤维基薄膜中包括芳纶纳米纤维基质和组装基元；/n所述组装基元包括无机片材料、无机线材料和聚合物中的一种或多种。/n

【技术特征摘要】
1.一种芳纶纳米纤维基复合薄膜，其特征在于，所述复合薄膜具有层状结构；
所述复合薄膜由多个单层芳纶纳米纤维基薄膜层叠组成；
所述芳纶纳米纤维基薄膜中包括芳纶纳米纤维基质和组装基元；
所述组装基元包括无机片材料、无机线材料和聚合物中的一种或多种。


2.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于，所述层状结构为致密的层状结构；
所述单层芳纶纳米纤维基薄膜的厚度为10～400nm；
所述多个单层芳纶纳米纤维基薄膜之间的层间距为1～10nm；
所述芳纶纳米纤维基复合薄膜的厚度为5～80μm；
所述多个的层数为12～8000层。


3.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于，所述组装基元包括天然矿物云母纳米片、天然矿物云母微米片、氧化铝微米片、氮化硼纳米片、氧化石墨烯片、碳纳米管、硅酸钙纳米线、透钙磷石微米片和聚乙烯醇中的一种或多种；
所述芳纶纳米纤维基质占所述芳纶纳米纤维基薄膜的质量比为5wt.％～90wt.％；
所述芳纶纳米纤维的直径为5～15nm；
所述芳纶纳米纤维的长度为10～30μm。


4.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于，所述组装基元均匀分散的嵌入在所述芳纶纳米纤维基质中；
所述芳纶纳米纤维基复合薄膜为可循环利用的芳纶纳米纤维基复合薄膜；
所述芳纶纳米纤维基复合薄膜由原料经质子供体辅助机械搅拌剥离、喷涂、置换和热压后制备得到。


5.一种芳纶纳米纤维基复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将芳纶纤维原料、含钾的碱、质子供体和溶剂进行搅拌剥离后，得到芳纶纳米纤维分散液；
2)将上述步骤得到的芳纶纳米纤维分散液和组装基元经过剪切混合后，得到复合浆料；
3)将上述步骤得到的复合浆料喷涂在基底上，形成单层的两相凝胶层，再多次喷涂后，得到复合凝胶；
4)将上述步骤得到的复合凝胶浸入水中进行第一次置换，然后干燥成膜，再次浸入水中进行第二次置换，随后干燥，再经过热压后，得到芳纶纳米纤维基复合薄膜。


6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞书宏，潘晓锋，高怀岭，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34