本發(fā)明屬于合成纖維，具體屬于芳綸纖維制備，涉及一種超薄型間位芳綸沉析纖維及其制備方法和應(yīng)用，尤其涉及一種超薄型均勻膜狀間位芳綸沉析纖維及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、高性能芳綸紙具有優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度、電氣絕緣、耐高溫、阻燃、耐化學(xué)腐蝕等性能，已成為軌道交通、航空航天、國防軍工、新能源等高端領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)材料。間位芳綸沉析纖維作為芳綸紙的關(guān)鍵原材料之一，具有優(yōu)良的柔韌性、化學(xué)穩(wěn)定性、阻燃性以及突出的耐高溫和絕緣性能，在芳綸紙組成結(jié)構(gòu)中起填充和黏結(jié)作用，在芳綸紙中占比通常達(dá)50％以上，其結(jié)構(gòu)與性能對(duì)紙頁成形及產(chǎn)品特性至關(guān)重要，對(duì)于芳綸紙的力學(xué)強(qiáng)度特別是電氣絕緣性能影響巨大。

2、目前國內(nèi)外對(duì)于間位芳綸沉析纖維的研究主要集中在沉析設(shè)備及沉析工藝的改進(jìn)，但缺乏關(guān)于沉析纖維厚度、形態(tài)、均一性的控制研究及其對(duì)成紙性能的影響報(bào)道。傳統(tǒng)工藝路線制備的間位芳綸沉析纖維是將間位芳綸樹脂溶液以細(xì)流的形式注入到凝固浴或沉析劑中，在高速剪切作用下析出而得的外表呈膜狀或纖條狀纖維，該過程在沉析機(jī)內(nèi)完成。

3、cn1952226a公開了一種間位芳綸沉析纖維及其制備方法，在穩(wěn)定的較低溫度下將間位芳綸酰胺原液和一定比例的沉析溶劑輸送到沉析設(shè)備混合，沉析設(shè)備按照指定速度運(yùn)轉(zhuǎn)，原液在受到剪切作用的同時(shí)凝固形成超短纖維，用普通的洗漿設(shè)備將沉析溶劑洗出回收使用。改變了現(xiàn)有其他先精紡后切成超短纖維的制造方法，在原液制備過程中不需要添加其他聚合單體，使用關(guān)鍵沉析設(shè)備，在高速剪切作用下直接成形，不需要打漿磨漿過程和設(shè)備，流程簡(jiǎn)單有效，溶劑腐蝕性不高，回收使用簡(jiǎn)單方便。

4、cn106245141a公開了一種高純間位芳綸沉析纖維的生產(chǎn)方法，包括：樹脂加熱、沉析液冷卻、樹脂沉析及水洗分離等步驟；通過樹脂加熱步驟降低體系表觀黏度，增加流動(dòng)性，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本；所得間位芳綸沉析纖維中鈣離子含量在20ppm以下。

5、cn115110171a公開了一種芳綸沉析纖維的制備方法，包括以下步驟：(1)中性芳綸聚合物溶液的制備；(2)沉析原液的制備：在中性芳綸聚合物溶液中加入溶劑和改性劑，充分混合分散得到的紡絲原液；所述改性劑為聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮中的至少一種；(3)芳綸沉析纖維的制備：將沉析原液輸送至沉析裝置，經(jīng)非溶劑交匯擴(kuò)散預(yù)凝固處理后，在一級(jí)高速剪切作用下形成片膜狀沉析纖維。該發(fā)明提供的沉析纖維制備方法操作簡(jiǎn)單，便于工業(yè)化生產(chǎn)，可制備具有獨(dú)特的細(xì)纖化絲束狀形貌的沉析纖維，具有更大的比表面積。

6、cn115787123a公開了一種長度分布集中的高保水值間位芳綸沉析纖維的制備方法，包括以下步驟：(1)制備間位芳綸樹脂溶液，所述芳綸樹脂溶液中聚合物含量為6％～14％，比濃對(duì)數(shù)黏度為1.5～1.8dl/g，溫度為40℃～70℃；(2)將間位芳綸樹脂溶液與沉析劑注入到沉析機(jī)中，沉析并冷卻成形，得到沉析纖維粗產(chǎn)物，沉析纖維粗產(chǎn)物經(jīng)過磨漿、疏解、過篩處理，得到沉析纖維漿料；(3)洗滌沉析纖維漿料，得到長度分布集中的高保水值間位芳綸沉析纖維。制備的沉析纖維保水值高，分散性好，膜狀結(jié)構(gòu)均勻，長度分布集中。

7、上述現(xiàn)有技術(shù)均基于傳統(tǒng)的工藝路線制備而成，即通過沉析機(jī)的高速剪切作用制備沉析纖維，該路線無法制得超薄型的沉析纖維，且纖維形態(tài)無規(guī)則，厚度不均一、不可控。

8、此外，也有部分現(xiàn)有技術(shù)在工藝路線上進(jìn)行創(chuàng)新。

9、如cn115627556a公開了一種高電導(dǎo)率間位芳綸沉析纖維樹脂的制備方法，將間苯二胺溶解在dmac中，依次加入間苯二甲酰氯、改性導(dǎo)電石墨/dmac懸浮液、間苯二甲酰氯進(jìn)行反應(yīng)，再加入lioh粉末/dmac懸浮液，調(diào)節(jié)ph至中性或弱酸性，即得。該方法還公開了一種高電導(dǎo)率間位芳綸沉析纖維的制備方法，沉析纖維樹脂通過噴霧凝固成型的方式，纖維外觀呈片膜狀和纖維帚化狀。

10、cn114717678a公開了一種造紙用螺帶狀芳綸沉析纖維的制備方法，屬于合成纖維制造技術(shù)領(lǐng)域，包括如下步驟：制備芳綸聚合物；對(duì)芳綸聚合物進(jìn)行乳化處理；沉析溶液的配制；乳化后的芳綸聚合物和沉析溶液按比例在球磨設(shè)備內(nèi)高速混合；對(duì)芳綸沉析纖維進(jìn)行洗漿，可形成毛羽豐富、形態(tài)為寬大螺帶狀的芳綸沉析纖維。

11、上述現(xiàn)有技術(shù)雖然在工藝路線上進(jìn)行了創(chuàng)新，但其制備的沉析纖維仍存在纖維厚度不一、形態(tài)各異、膜狀結(jié)構(gòu)少等問題，仍然無法制得厚度均一、形態(tài)規(guī)則的超薄型膜狀間位芳綸沉析纖維。

12、鑒于現(xiàn)有技術(shù)制備的間位芳綸沉析纖維膜狀結(jié)構(gòu)偏少，纖維形貌差異大，纖維平均厚度在3～8μm，其厚度及形態(tài)不規(guī)則、不均一，無法制備超薄型沉析纖維，導(dǎo)致成形過程纖維排布不夠規(guī)整有序，成紙纖維結(jié)合度差以及紙張勻度不佳，對(duì)于微觀孔隙的填充和黏結(jié)效果不充分，受到電場(chǎng)作用時(shí)阻礙電流通過的能力弱，得到的產(chǎn)品性能差強(qiáng)人意，難以滿足高端領(lǐng)域應(yīng)用要求。因此，如何提供一種超薄型均勻膜狀間位芳綸沉析纖維成為制備高性能芳綸紙急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種超薄型間位芳綸沉析纖維及其制備方法和應(yīng)用，尤其提供一種超薄型均勻膜狀間位芳綸沉析纖維及其制備方法和應(yīng)用。采用本發(fā)明提供的制備方法制備得到的超薄型沉析纖維，纖維厚度可控且均一、形態(tài)規(guī)則，富含大量膜狀結(jié)構(gòu)。采用本發(fā)明的沉析纖維在抄造間位芳綸紙時(shí)，成形過程纖維排布規(guī)整有序，成紙纖維結(jié)合度以及紙張勻度佳，微觀孔隙得以充分填充和黏結(jié)，受到電場(chǎng)作用時(shí)阻礙電流通過的能力強(qiáng)，得到的產(chǎn)品綜合性能優(yōu)異，電氣強(qiáng)度等指標(biāo)超越進(jìn)口產(chǎn)品，能夠滿足高端領(lǐng)域應(yīng)用要求，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化替代。

2、為達(dá)到此發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供一種超薄型間位芳綸沉析纖維的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

4、(1)間位芳綸樹脂溶液的制備：將間苯二甲酰氯與間苯二胺加入溶劑中進(jìn)行聚合反應(yīng)，經(jīng)中和、過濾、稀釋后得到間位芳綸樹脂溶液；

5、(2)間位芳綸沉析纖維的制備：將制備得到的間位芳綸樹脂溶液經(jīng)涂布涂覆于平整基材上得到超薄樹脂涂層，超薄樹脂涂層隨基材進(jìn)入凝固浴中凝固析出得到超薄纖維層，超薄纖維層出凝固浴后經(jīng)高壓水力沖擊破碎，收集后再經(jīng)充分洗滌，得到所述超薄型間位芳綸沉析纖維。

6、本發(fā)明將聚合制備的間位芳綸樹脂溶液經(jīng)過精密涂布涂覆于平整基材上，得到的超薄樹脂涂層隨基材進(jìn)入凝固浴中經(jīng)過相轉(zhuǎn)變法凝固析出得到超薄纖維層，再將析出的超薄纖維層經(jīng)高壓水力沖擊均勻破碎，收集后再經(jīng)充分洗滌即得超薄型間位芳綸沉析纖維，該沉析纖維具有均勻膜狀結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明的沉析纖維抄造的芳綸紙具備更優(yōu)異的綜合性能。

7、優(yōu)選地，步驟(1)所述間苯二甲酰氯與間苯二胺的摩爾比為(0.95～1.05):1，例如0.95:1、0.96:1、0.97:1、0.98:1、0.99:1、1:1、1.01:1、1.02:1、1.03:1、1.04:1、1.05:1等。

8、優(yōu)選地，步驟(1)所述溶劑包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和/或n,n-二甲基乙酰胺(dmac)。

9、優(yōu)選地，步驟(1)所述稀釋所用的溶劑包括n,n-二甲基甲酰胺和/或n,n-二甲基乙酰胺。

10、優(yōu)選地，步驟(1)所述稀釋所用的溶劑與聚合反應(yīng)所用的溶劑為同種溶劑。

11、優(yōu)選地，步驟(1)所述間位芳綸樹脂溶液的濃度為5～15wt.％，例如5wt.％、6wt.％、7wt.％、8wt.％、9wt.％、10wt.％、11wt.％、12wt.％、13wt.％、14wt.％、15wt.％等。

12、優(yōu)選地，步驟(2)所述涂布為精密涂布，包括微凹涂布、狹縫擠出涂布、多輥轉(zhuǎn)移涂布的任意一種。

13、優(yōu)選地，步驟(2)所述基材為金屬卷材或塑料薄膜卷材。

14、優(yōu)選地，所述金屬卷材包括銅箔或鋁箔。

15、優(yōu)選地，所述塑料薄膜卷材包括聚乙烯膜卷材、聚丙烯膜卷材、聚酯膜卷材、聚酰亞胺膜卷材、聚四氟乙烯膜卷材中的任意一種。

16、優(yōu)選地，所述基材的厚度為0.05～0.35mm，例如0.05mm、0.08mm、0.1mm、0.13mm、0.15mm、0.18mm、0.2mm、0.23mm、0.25mm、0.28mm、0.3mm、0.32mm、0.34mm、0.35mm等，基材可以重復(fù)循環(huán)利用。

17、優(yōu)選地，所述超薄樹脂涂層的厚度為0.5～3μm，例如0.5μm、0.8μm、1μm、1.2μm、1.4μm、1.6μm、1.8μm、2μm、2.2μm、2.4μm、2.6μm、2.8μm、3μm等。

18、優(yōu)選地，所述凝固浴包括n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和/或n,n-二甲基乙酰胺(dmac)的水溶液，濃度為20～50wt.％，例如20wt.％、25wt.％、30wt.％、35wt.％、40wt.％、45wt.％、50wt.％等。

19、優(yōu)選地，所述高壓水力沖擊破碎包括兩級(jí)高壓噴淋，其中，一級(jí)高壓噴淋的壓力為300～3000kpa(例如300kpa、500kpa、800kpa、1000kpa、1200kpa、1400kpa、1600kpa、1800kpa、2000kpa、2200kpa、2400kpa、2600kpa、2800kpa、3000kpa等)，二級(jí)高壓噴淋的壓力為500～4000kpa(例如500kpa、800kpa、1000kpa、1200kpa、1400kpa、1600kpa、1800kpa、2000kpa、2200kpa、2400kpa、2600kpa、2800kpa、3000kpa、3200kpa、3400kpa、3600kpa、3800kpa、4000kpa等)，兩級(jí)噴淋交錯(cuò)分布。

20、優(yōu)選地，所述高壓噴淋包括針形噴淋。

21、即，本發(fā)明所述高壓水力沖擊破碎包括兩級(jí)高壓針形噴淋，兩級(jí)噴淋的針形是交錯(cuò)分布的。

22、優(yōu)選地，所述超薄型間位芳綸沉析纖維的厚度為0.3～2μm，例如0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μm、0.7μm、0.8μm、0.9μm、1μm、1.1μm、1.2μm、1.3μm、1.4μm、1.5μm、1.6μm、1.7μm、1.8μm、1.9μm、2μm等，干度為5～20wt.％，例如5wt.％、6wt.％、7wt.％、8wt.％、9wt.％、10wt.％、11wt.％、12wt.％、13wt.％、14wt.％、15wt.％、16wt.％、17wt.％、18wt.％、19wt.％、20wt.％等，初始打漿度為40～60°sr，例如40°sr、42°sr、44°sr、46°sr、48°sr、50°sr、52°sr、54°sr、56°sr、58°sr、60°sr等，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)疏解器疏解12萬轉(zhuǎn)后打漿度為65～90°sr，例如65°sr、68°sr、70°sr、72°sr、74°sr、76°sr、78°sr、80°sr、82°sr、84°sr、86°sr、88°sr、90°sr等。

23、作為本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案，所述制備方法包括以下步驟：

24、(1)間位芳綸樹脂溶液的制備：將間苯二甲酰氯與間苯二胺加入溶劑中進(jìn)行聚合反應(yīng)，經(jīng)中和、過濾、稀釋后得到濃度為5～15wt.％的間位芳綸樹脂溶液；

25、(2)間位芳綸沉析纖維的制備：將制備得到的間位芳綸樹脂溶液經(jīng)微凹涂布、狹縫擠出涂布或多輥轉(zhuǎn)移涂布涂覆于基材上得到厚度為0.5～3μm的超薄樹脂涂層，超薄樹脂涂層隨基材進(jìn)入濃度為20～50wt.％的n,n-二甲基甲酰胺和/或n,n-二甲基乙酰胺的水溶液中凝固析出得到超薄纖維層，超薄纖維層出凝固浴后經(jīng)兩級(jí)高壓噴淋，再經(jīng)洗滌，得到所述超薄型間位芳綸沉析纖維；

26、其中，一級(jí)高壓噴淋的壓力為300～3000kpa，二級(jí)高壓噴淋的壓力為500～4000kpa，兩級(jí)高壓噴淋交錯(cuò)分布。

27、第二方面，本發(fā)明提供一種超薄型間位芳綸沉析纖維，所述超薄型間位芳綸沉析纖維采用如第一方面所述的制備方法制備得到。

28、第三方面，本發(fā)明提供一種如第二方面所述的超薄型間位芳綸沉析纖維在芳綸紙中的應(yīng)用。

29、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：

30、(1)采用本發(fā)明提供的制備方法可制得超薄型間位芳綸沉析纖維，其厚度低至0.3～2μm，并且沉析纖維厚度、形態(tài)規(guī)則均一，膜狀結(jié)構(gòu)豐富，其厚度尺寸可實(shí)現(xiàn)精確控制。

31、(2)本發(fā)明通過相轉(zhuǎn)變法來制備間位芳綸沉析纖維，不采用傳統(tǒng)的沉析機(jī)等設(shè)備，設(shè)備投入小，操作便捷、生產(chǎn)效率高，輔助基材可重復(fù)利用，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化規(guī)模生產(chǎn)，具備較大的成本優(yōu)勢(shì)。

32、(3)將本發(fā)明制得的沉析纖維用于制備芳綸紙，可有效改善成形過程纖維排布規(guī)整性，成紙纖維結(jié)合度以及紙張勻度佳，微觀孔隙得以充分填充和黏結(jié)，紙頁致密性高，制得的芳綸紙抗張強(qiáng)度、電氣強(qiáng)度及透氣度等性能均有明顯提高，超越進(jìn)口產(chǎn)品水平，其中電氣強(qiáng)度等指標(biāo)超過進(jìn)口產(chǎn)品20％以上。

33、(4)本發(fā)明提供的超薄型均勻膜狀間位芳綸沉析纖維的制備思路還可拓展至對(duì)位芳綸(ppta)、芳砜綸(psa)、聚芳噁二唑(pod)等產(chǎn)品上。