一种芳纶微纳粒子、制备方法及其在芳纶纸中的应用技术

本发明专利技术公开了一种芳纶微纳粒子、制备方法及其在芳纶纸中的应用，通过以聚间苯二甲酰间苯二胺溶液为原料，利用静电喷雾方法制备了单分散的芳纶微纳粒子。将该芳纶微纳粒子与芳纶短纤维和或沉析纤维混合时，其能够填充芳纶短切纤维和或沉析纤维之间的孔隙，在热压作用下，其本体熔融，作为“桥接”粒子牢固黏结相邻芳纶短切纤维和或沉析纤维，提高界面附着力和抱合力，从而赋予纸基材料优异的力学强度和电学性能，进一步利用芳纶微纳粒子的含量和尺寸调控，得到了具有高拉伸强度、高击穿电压、高介电常数的芳纶纸。从根本上提高了芳纶纤维的力学和电学性能，使得到的芳纶纸能够在高端应用上进行使用，同时减少化学物品的使用。同时减少化学物品的使用。同时减少化学物品的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种芳纶微纳粒子、制备方法及其在芳纶纸中的应用


[0001]本专利技术涉及芳香族聚酰胺材料，具体涉及一种芳纶微纳粒子、制备方法及其在芳纶纸中的应用。

技术介绍

[0002]绝缘材料是保证大型电气绝缘设备可靠、持久、安全运行的关键，直接影响电气设备的综合质量、耐温等级与使用寿命。芳纶绝缘纸(以下简称芳纶纸)是由芳纶纤维制备而成的一种高性能纸基材料，其因优异的机械韧性、电气绝缘性能、热稳定性、阻燃性及耐腐蚀等特性，广泛应用于大功率干式变压器、油浸式变压器、矿用特种电机、高速列车牵引电机、风力发电机、特高压变压器等大型电气设备的匝间、相间、绕组与线端的主绝缘材料。
[0003]芳纶纸的主要成分为芳纶短纤维和沉析纤维。其中芳纶短纤维纵横交错分散在纸页中起到增强作用，使得成纸具有较高的撕拉强度；而沉析纤维在芳纶纸中起着填充短切纤维和黏连作用，它的结构与性能对纸页成形、纸张品质至关重要。目前，国产的芳纶纸多使用湿纺纺丝得到的芳纶短纤维。湿法纺丝得到的芳纶短纤维所具有的皮芯结构导致其表面氢键结合完全，含氧位点少。生产时发现，沉析纤维在热压下与湿法纺丝得到的短纤维粘合时，由于缺少位点以及沉析纤维有限的流动性，而彼此相容性差，得到的芳纶纸存在诸多问题：1.沉析纤维与短纤维的抱合差，粘连效果差；2.成纸致密度低，孔隙结构存留较多；3.成纸力学和电学性能差等。为了克服以上问题，目前主流的方法是通过纳米纤维对芳纶纸进行进一步改性，例如，中国专利(CN202010097567.0)公开了通过采用涂抹芳纶纳米纤维涂布液的方式提高芳纶纸的性能，但该方法仅针对于芳纶纸的表面，无法更深层次的提高芳纶纸整体的性能；中国专利(202210733407.X)公开了通过添加纳米纤维来制备芳纶纸，利用芳纶纳米纤维与芳纶短切纤维表面的充分粘附和交织，进一步提高了芳纶纤维的拉伸强度和撕裂强度，从而提高了所得芳纶纸的力学性能和硬度，但是该方法受限于芳纶纳米纤维的长度，无法进一步提高其流动性和填充性，获得高性能的芳纶纸。
[0004]因此，亟需开发一种能够在芳纶纸中有效填充孔隙并起到粘连作用的材料，用于解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种芳纶微纳粒子、制备方法及其在芳纶纸中的应用。将其作为填充材料应用于芳纶纸中时表现出优异的流动性和填充性，得到的芳纶纸具有更好的力学和电学性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一方面提供了一种芳纶微纳粒子的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1.将一定量的聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)，将其溶解在有机溶剂中，加热、搅拌使其完全溶解，得到PMIA溶液；
[0009]S2.将步骤S1中的PMIA溶液吸入带针头的注射器中，将注射器固定在静电喷雾装
置的微推进泵上，通过静电喷雾的方法获得单分散的PMIA微纳粒子。
[0010]优选地，步骤S1中，所述PMIA溶液的浓度为1～10wt％；
[0011]优选地，步骤S1中，所述加热温度为50～85℃，所述搅拌速度为300～700rpm；
[0012]优选地，步骤S1中，所述有机溶剂为含有CaCl2或LiCl的N，N'
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二甲基乙酰胺(DMAC)，所述CaCl2或LiCl的质量分数为2～10wt％。
[0013]优选地，步骤S2中，所述注射器为5mL医用注射器、针头为30～19G的平顶金属。
[0014]优选地，步骤S2中，所述静电喷雾方法的参数设置：微推进泵的流速为0.02～0.075mm/s，针头到收集器的距离为15cm～33cm，负电压为
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15kV，正电压为6kV～9kV，静电喷雾装置内部环境的温度为120～160℃，湿度为2～50％。
[0015]本专利技术的第二方面提供了上述制备方法得到的芳纶微纳粒子，其直径尺寸为100nm～10μm。
[0016]本专利技术的第三方面提供了上述芳纶微纳粒子作为填充剂在制备芳纶纸中的应用。
[0017]本专利技术具备如下有益效果：
[0018](1)本专利技术以聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)的分散液为原料，通过静电喷雾方法制备了芳纶微纳粒子，通过调控工艺参数可以获得从几百微米到几十纳米的不同粒径大小的芳纶微纳粒子。该芳纶微纳粒子颗粒尺寸分布窄，且兼具产量大、纯度高等优点，在工业上具有重要的应用前景。
[0019](2)将本专利技术制备的芳纶微纳粒子与芳纶短纤维和或沉析纤维混合时，其能够填充芳纶短切纤维和或沉析纤维之间的孔隙，在热压作用下，其本体熔融，作为“桥接”粒子牢固黏结相邻芳纶短切纤维和或沉析纤维，通过增加芳纶微纳粒子在热压过程中的流动性，最大限度地降低了芳纶纸中残留的孔隙，提高界面抱合性(界面附着力和抱合力)和成纸的致密度，从而赋予纸基材料优异的力学强度和电学性能，进一步利用芳纶微纳粒子的含量和尺寸调控，得到了具有高拉伸强度、高击穿电压、高介电常数的芳纶纸。进而能够从根本上提高了芳纶纤维的力学和电学性能，使得到的芳纶纸能够在高端应用上进行使用，同时减少化学物品的使用。
[0020](3)本专利技术制备方法具有制备工艺简便、产率高、安全环保等特点。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1为实施例1制得的芳纶微纳粒子的SEM图；
[0023]图2为试验例1制得的芳纶纸的表面和断面SEM图；
[0024]图3为试验例2制得的芳纶纸的表面和断面SEM图；
[0025]图4为试验例3制得的芳纶纸的表面和断面SEM图。
具体实施方式
[0026]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具
体细节，以便透彻理解本专利技术实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本专利技术。
[0027]实施例1
[0028]一种芳纶微纳粒子的制备方法，具体步骤如下：
[0029]S1、将2g的聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)溶解在60ml的N，N'
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二甲基乙酰胺(DMAC)和9％CaCl2的混合溶剂中，加热至60℃，搅拌速度为500rpm，使其完全溶解，得到PMIA溶液；
[0030]S2、将所得PMIA溶液吸入5ml带平顶针头的注射器中，将注射器置换上30G的平顶金属针头，然后将注射器安装在环境温度为60℃的静电喷雾装置里的推进泵上，设定好推进泵的流速为0.05mm/s，将正高压连接在金属平顶针头上，将作为收集器的铝箔固定在一绝缘平板上，并连接到负高压电源上，调节平顶针头到收集器的距离为25cm，此时设置静电喷雾装置腔体内部环境温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芳纶微纳粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将一定量的聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)，将其溶解在有机溶剂中，加热、搅拌使其完全溶解，得到PMIA溶液；S2.将步骤S1中的PMIA溶液吸入带平顶针头的注射器中，将注射器固定在静电喷雾装置的微推进泵上，通过静电喷雾的方法获得单分散的PMIA微纳粒子。2.根据权利要求1所述的芳纶微纳粒子的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述PMIA溶液的浓度为5～30wt％。3.根据权利要求1所述的芳纶微纳粒子的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述加热温度为50～85℃，所述搅拌速度为300～700rpm。4.根据权利要求1所述的芳纶微纳粒子的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述有机溶剂为含有CaCl2或LiCl的N，N'
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【专利技术属性】
技术研发人员：应玉龙，吴青，王騊，王晟，
申请(专利权)人：浙江理工大学，
类型：发明
国别省市：