高性能PBO纸基材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能PBO纸基材料及其制备方法。该方法包括：将PBO原纸浸渍于PBO前驱体溶液中，干燥后热压和热处理，得到所述高性能PBO纸基材料。本发明专利技术首次采用PBO及PBO衍生物对PBO纸进行了增强。化学结构的相似性改善了传统树脂与PBO纤维间相容性差的问题，提高了界面相互作用；相近的模量也改善了界面间的应力传递，使得能够制备得到性能优异的PBO纸基材料，可满足于航空航天、国防军事、电气以及交通运输等领域的应用需求。及交通运输等领域的应用需求。

【技术实现步骤摘要】
高性能PBO纸基材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于特种纸领域，具体涉及一种高性能PBO纸基材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，随着科学技术的进步，国防工业、航空航天、交通运输等尖端领域对于高强、高模、耐高温和轻质材料的需求不断加剧。芳纶纤维和PBO纤维便是这类高性能材料中的代表者。由于芳纶纸的开发时间较早，使得芳纶纸基材料已经被广泛的应用于国防、航空航天、交通及电力等领域，有着成熟的生产工艺。相比于对位芳纶纤维分子链近似刚性伸直链构象，PBO纤维分子链表现为刚性伸直链构象，使其具有了更为优越的力学性能。PBO纤维的拉伸强度和拉伸模量分别达到5.8GPa和270GPa，约为对位芳纶纤维的两倍，热分解温度达到650℃，极限氧指数高达68。因此PBO纸在力学性能上将有可能远远优于目前广泛运用的芳纶纸，并且还可以赋予纸页更多的特性，比如：透波性能、耐热性能、耐烧蚀性能等。集众多优势于一身的PBO纸将可以满足航空航天、国防军事、电子行业等领域对纸基材料日益增长的性能需求。
[0003]由于PBO纤维表面光滑，化学惰性强，纤维之间仅存在微弱的范德华力，使得PBO原纸的力学性能很差，只能通过与聚合物树脂进行复合来实现PBO纸的高性能。专利CN 1683712A提出了几种增强的方式，如添加聚合物树脂、混杂热融型合成纤维配抄等。其中涉及的聚合物有：聚芳酰胺、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚醚醚酮、聚酯、聚丙烯腈、聚苯并咪唑等，这些聚合物以树脂或者纤维混抄的方式填入PBO纸内部，一定程度上增强了纸内部界面间的相互作用，但是树脂与PBO纤维化学结构的不同会产生模量的差异，使得界面间不能很好地进行应力传递，而且界面处的相互浸润也会受到不利影响，最终导致其不能最大程度的提高PBO纸基材料的力学性能。除此之外，这些聚合物的加入也会降低PBO的介电性能、耐热性能以及耐烧蚀性能等，这对于PBO纸的应用将会产生不利影响。
[0004]基于上述存在的问题，本专利技术首次提出将PBO及PBO衍生物作为树脂体系用于高强度PBO纸基材料的制备。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高性能PBO纸基材料及其制备方法。本专利技术利用湿法抄纸和纸页成型技术，通过两步法制备得到了高性能PBO纸基材料，即：第一步，含二氨基和二羟基的芳香族单体与含二羧基或二酰氯的芳香族单体通过溶液缩聚制备得到聚羟基酰胺(PBO前驱体)；第二步，聚羟基酰胺在高温下发生环化制备得到PBO及PBO衍生物。
[0006]本专利技术提供的制备高性能PBO纸基材料的方法，包括：
[0007]将PBO原纸浸渍于PBO前驱体溶液中，干燥后热压和热处理，得到所述高性能PBO纸基材料。
[0008]上述方法所述热压步骤中，温度为100～400℃；具体可为300℃；压力为2～30MPa；具体为10MPa；所述热压步骤可采用不同的热压方式，如采用热压机或平板热压机，则热压
时间为2～30min；具体可为5min或15min；如采用辊压机，则辊压次数为1～6次；具体可为3或4次；
[0009]所述热处理步骤中，温度为200～400℃；具体为375℃；时间为5min～2h；具体为15min。
[0010]所述PBO前驱体溶液中，溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺；
[0011]浓度为2～20wt％；具体为6wt％；
[0012]所述浸渍步骤中，时间为1～60s；具体为30s；
[0013]所述干燥步骤中，温度为40～100℃；具体为80℃。
[0014]所述PBO原纸按照包括如下步骤的方法制得：
[0015]a、将PBO短切纤维在水中打浆，得到PBO浆粕；
[0016]b、将所述PBO短切纤维和所述PBO浆粕在分散剂存在的情况下在水中进行分散，得到悬浮液，之后上网成型，干燥而得。
[0017]所述步骤a中，所述PBO短切纤维长度为1～10mm；具体为6mm；纤度为1～3detex；具体为2.48detex；打浆浓度为0.01～2wt％；具体为1wt％；打浆时间为20～300min；具体为90min；
[0018]所述步骤b中，所述PBO短切纤维和所述PBO浆粕组成的体系中，所述PBO短切纤维占比为10～60wt％；具体为40wt％；
[0019]所述分散剂为水溶性高分子；具体选自聚乙二醇和羟乙基纤维素中至少一种；所述分散剂在体系中的浓度为0.01～0.5wt％；具体为0.3wt％。
[0020]所述PBO前驱体按照包括如下步骤的方法制得：
[0021]将含二氨基和二羟基的芳香族单体与含二羧酸或二酰氯的芳香族单体在活化试剂存在的条件下，经过低温溶液缩聚而得。
[0022]所述含二氨基和二羟基的芳香族单体为2,2
‑
双(3
‑
氨基
‑4‑
羟基苯基)六氟丙烷、4,6
‑
二氨基间苯二酚盐酸盐、3,3'
‑
二氨基
‑
4,4'
‑
二羟基二苯砜、4,4
’‑
二氨基
‑
3,3'
‑
二羟基
‑
联苯或3,3'
‑
二氨基
‑
4,4'
‑
二羟基联苯；
[0023]所述含二羧基或二酰氯的芳香族单体为2,2
’‑
双(4
‑
甲酰氯苯基)六氟丙烷、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯、4,4
’‑
联苯二甲酰氯、4,4
’‑
氧双邻苯二甲酰氯、4,4
’‑
二苯甲酮二甲酰氯或4,4'
‑
(4,4'
‑
异丙基二烯二苯氧基)双(邻苯二甲酰氯)；
[0024]所用溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺；
[0025]溶液的浓度为5～30wt％；具体为20wt％；
[0026]所述活化试剂为三甲基氯硅烷和吡啶；
[0027]所述活化试剂的用量为二氨基二羟基单体摩尔量的4～4.8倍；具体为4.4倍；
[0028]所述缩聚反应步骤中，温度为
‑
20～30℃；具体为0℃；时间为3～24h；具体为12h。
[0029]另外，按照上述方法制备得到的高性能PBO纸基材料，也属于本专利技术的保护范围。具体的，所述性能为强度；具体为抗张强度。
[0030]与已有技术相比，本专利技术具有以下优越性：
[0031]本专利技术首次采用PBO及PBO衍生物对PBO纸进行了增强。化学结构的相似性改善了传统树脂与PBO纤维间相容性差的问题，提高了界面相互作用；相近的模量也改善了界面间
的应力传递，使得能够制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制备高性能PBO纸基材料的方法，包括：将PBO原纸浸渍于PBO前驱体溶液中，干燥后热压和热处理，得到所述高性能PBO纸基材料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述热压步骤中，温度为100～400℃，压力为2～30MPa，时间为2～30min；辊压次数为1～6次。所述热处理步骤中，温度为200～400℃，时间为5min～2h。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述PBO前驱体溶液中，溶剂为N,N
‑
二甲基乙酰胺、N
‑
甲基吡咯烷酮或N,N
‑
二甲基甲酰胺；浓度为2～20wt％；所述浸渍步骤中，时间为1～60s；所述干燥步骤中，温度为40～100℃。4.根据权利要求1
‑
3任一所述的方法，其特征在于：所述PBO原纸按照包括如下步骤的方法制得：a、将PBO短切纤维在水中打浆，得到PBO浆粕；b、将所述PBO短切纤维和所述PBO浆粕在分散剂存在的情况下在水中进行分散，得到悬浮液，之后上网成型，干燥而得。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤a中，所述PBO短切纤维长度为1～10mm，纤度为1～3detex；打浆浓度为0.01～2wt％，打浆时间为20～300min；所述步骤b中，所述PBO短切纤维和所述PBO浆粕组成的体系中，所述PBO短切纤维占比为10～60wt％；所述分散剂为水溶性高分子；具体选自聚乙二醇和羟乙基纤维素中至少一种；所述分散剂在体系中的浓度为0.01～0.5wt％。6.根据权利要求1
‑
5任一所述的方法，其特征在于：所述PBO前驱体按照包括如下步骤的方法制得：将含二氨基和二羟基的芳香族单体与含二羧酸或二酰氯的芳香族单体在活化试剂存在的条件下，经过低温溶液缩聚而得。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述含二氨基和二羟基的芳香族单体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：高毓甫，李春成，郑柳春，肖耀南，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：