【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高强纸基复合材料，涉及一种高强pbo基复合纸及其制备方法，尤其涉及一种高强pbo微纳复合纸及其制备方法。
技术介绍
1、聚对苯并二噁唑(pbo)纸是以pbo短切纤维和浆粕为原料，采用传统湿法造纸工艺制备的一种新型高性能纸基复合材料。pbo纸具有超高的耐热性、阻燃性、耐化学性和电气绝缘等性能，在轨道交通、航空航天、国防和军工等领域具有巨大的应用潜力。然而，由于惰性的化学本质，pbo短切纤维仅通过微弱的物理作用力松散地堆叠在一起，因此由此制得的pbo纸承载能力较弱。此外，由于没有熔点，pbo浆粕无法起到粘接短切纤维的作用，从而限制了应力在纸内部的高效传递。上述问题导致pbo纸的力学性能极差，从而严重阻碍了其实际应用。
2、为了提高pbo短切纤维的表面活性，研究人员开发了酸刻蚀、化学接枝、等离子体处理、高能辐射等一系列表面改性技术。改性后的pbo短切纤维在水中通常具有较好的分散性，纤维间的相互作用也可以得到改善，从而获得匀度和强度良好的纸张。但是，大多数改性条件都较为苛刻，容易损伤纤维的本体强度，而且活性基团的种类和分布也不易精确控制。此后，浸胶法慢慢发展成为增强pbo纸的主要方法。然而，通用树脂(如环氧树脂、酚醛树脂等)的热稳定性较差，从而严重限制了浸胶法制备pbo纸在高温等极端环境中的应用。此外，迥异的化学结构导致纤维和树脂之间的界面相容性差，从而降低了该策略的增强效率。总之，以往的研究主要关注微米尺度的pbo纤维及其复合材料的表界面改性。而关于纳米尺度pbo纤维的研究仍极其少见。
3、201
技术实现思路
1、为了改善现有的pbo纸的力学性能极差的难题，本专利技术提供一种具有微纳米复合结构的新型高强pbo基纸以及该pbo基纸的制备方法。本专利技术提供的高强pbo纸具有高强度等优点，为pbo基纸在高强纸基复合材料领域提供了一种新的制备方法。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案:
3、本专利技术提供了一种pbo基复合纸，所述pbo基复合纸包括pbo纳米纤维(pbonf)和pbo短切纤维；所述pbo纳米纤维形成三维网状结构，所述pbo短切纤维位于三维网状结构中。
4、根据本专利技术的实施方案，所述pbo基复合纸中，所述pbo纳米纤维与pbo短切纤维的质量比为1:0.0005～1000，示例性为1:0.0005、1:0.001、1:0.005、1:0.01、1:0.05、1:0.1、1:0.25、1:0.5、1:1、1:5、1:10、1:50、1:100、1:200、1:500、1:1000。
5、根据本专利技术的实施方案，所述pbo纳米纤维的直径为10～100nm，优选为15～50nm，更优选为15～25nm，示例性为10nm、15nm、25nm、50nm、100nm。
6、根据本专利技术的实施方案，所述pbo短切纤维的直径为5～30μm，优选为13～25μm，示例性为5μm、10μm、12.8μm、19.6μm、20.1μm、25μm、26.6μm、30μm；所述pbo短切纤维的长度为1-10mm，优选为3～6mm，示例性为1mm、3mm、5mm、6mm、8mm、10mm。
7、本专利技术还提供上述pbo基复合纸的制备方法，包括将pbo纳米纤维分散液与pbo短切纤维分散液混合得到分散液，搅拌，静置制得凝胶，然后进行溶剂交换，直至凝胶的ph值为中性，再进行干燥热压得到所述pbo基复合纸。
8、根据本专利技术的实施方案，所述分散液中，pbo纳米纤维与pbo短切纤维的质量比为1:0.0005～1000，示例性为1:0.0005、1:0.001、1:0.005、1:0.01、1:0.05、1:0.1、1:0.25、1:0.5、1:1、1:5、1:10、1:50、1:100、1:200、1:500、1:1000。
9、根据本专利技术的实施方案，所述pbo纳米纤维分散液的制备包括将甲磺酸、三氟乙酸按照1:0.1～10的质量比混合，搅拌，随后加入pbo纤维，其中pbo纤维的含量为0.1～5.0wt％，混合液持续搅拌，直至pbo纤维完全溶解。
10、根据本专利技术的实施方案，所述pbo短切纤维分散液的制备包括将甲磺酸、三氟乙酸按照1:0.1～10的质量比混合，搅拌，随后加入无机盐，混合液持续搅拌，随后加入pbo短切纤维，其中pbo短切纤维的含量为0.1～3.0wt％，搅拌，直至pbo短切纤维均匀分散在溶液中。
11、优选地，甲磺酸和三氟乙酸的总质量和无机盐的质量比为1:0.05～1，示例性为1:0.05、1:0.0625、1:0.08、1:0.1、1:0.2、1:0.5、1:1。
12、优选地，所述无机盐为可溶性盐，其中包括但不限于为氯化锂、硫酸锂、氯化镁、硫酸镁、磷酸镁、碳酸镁、醋酸镁、硝酸镁、硫酸钾、醋酸钾、氯化钾、碳酸钾、硝酸钾、磷酸钠、碳酸钠、硫酸钠、硝酸钠、醋酸钠、硝酸铵、氯化铵、氯化铝、硫酸铝和硝酸铝中的一种或一种以上任意比例的混合物。
13、无机盐的加入是为了避免pbo短切纤维的溶解以及促进后续步骤中pbo纳米纤维分散液的凝胶化。
14、本专利技术中，所述pbo短切纤维是由pbo纤维经过剪切后得到。本专利技术对pbo纤维的长度无特别限定，pbo纤维的长度对pbo基复合纸的性能无显著影响，本领域技术人员可以根据需要选用任意长度的pbo纤维。
15、优选地，所述pbo纤维的直径为5～30μm，优选为13～25μm，示例性为5μm、10μm、12.8μm、19.6μm、20.1μm、25μm、26.6μm、30μm。
16、优选地，所述pbo短切纤维的直径为5～30μm，优选为13～25μm，示例性为5μm、10μm、12.8μm、19.6μm、20.1μm、25μm、26.6μm、30μm；所述pbo短切纤维的长度为1-10mm，优选为3～6mm，示例性为1mm、3mm、5mm、6本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种PBO基复合纸，其特征在于，所述PBO基复合纸包括PBO纳米纤维(PBONF)和PBO短切纤维；所述PBO纳米纤维形成三维网状结构，所述PBO短切纤维位于三维网状结构中。
2.如权利要求1所述的PBO基复合纸，其特征在于，PBO基复合纸中，所述PBO纳米纤维与PBO短切纤维的质量比为1:0.0005～1000。
3.如权利要求1或2所述的PBO基复合纸，其特征在于，所述PBO纳米纤维的直径为10～100nm，优选为15～50nm，更优选为15～25nm。
4.权利要求1-3任一项所述的PBO基复合纸的制备方法，其特征在于，包括将PBO纳米纤维分散液与PBO短切纤维分散液混合得到分散液，搅拌，静置制得凝胶，然后进行溶剂交换，直至凝胶的PH值为中性，再进行干燥热压得到所述PBO基复合纸。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分散液中，PBO纳米纤维与PBO短切纤维的质量比为1:0.0005～1000。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述PBO纳米纤维分散液的制备包括将甲磺酸、三氟乙酸按照1:
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述PBO短切纤维分散液的制备包括将甲磺酸、三氟乙酸按照1:0.1～10的质量比混合，搅拌，随后加入无机盐，混合液持续搅拌，随后加入PBO短切纤维，其中PBO短切纤维的含量为0.1～3.0wt％，搅拌，直至PBO短切纤维均匀分散在溶液中。
8.如权利要求4-7任一项所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂交换采用的溶剂为水或醇。
9.如权利要求4-8任一项所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.权利要求1-3任一项所述的PBO基复合纸，和/或权利要求4-8任一项所述的制备方法制得的PBO基复合纸在轨道交通、航空航天、国防和军工等领域的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种pbo基复合纸，其特征在于，所述pbo基复合纸包括pbo纳米纤维(pbonf)和pbo短切纤维；所述pbo纳米纤维形成三维网状结构，所述pbo短切纤维位于三维网状结构中。
2.如权利要求1所述的pbo基复合纸，其特征在于，pbo基复合纸中，所述pbo纳米纤维与pbo短切纤维的质量比为1:0.0005～1000。
3.如权利要求1或2所述的pbo基复合纸，其特征在于，所述pbo纳米纤维的直径为10～100nm，优选为15～50nm，更优选为15～25nm。
4.权利要求1-3任一项所述的pbo基复合纸的制备方法，其特征在于，包括将pbo纳米纤维分散液与pbo短切纤维分散液混合得到分散液，搅拌，静置制得凝胶，然后进行溶剂交换，直至凝胶的ph值为中性，再进行干燥热压得到所述pbo基复合纸。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分散液中，pbo纳米纤维与pbo短切纤维的质量比为1:0.0005～1000。
【专利技术属性】
技术研发人员：张博，吴绍华，李春成，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：
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