[發明專利]一種直接成型制備芳綸蜂窩的方法

有效

• 申請號: 202010561575.6
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111775502B
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 庹新林
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B31D3/00
• 分類號: B31D3/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 羅文群

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種直接成型制備芳綸蜂窩的方法。本方法先將芳綸納米纖維或與芳綸其他組分組成的混合物直接預成型成厚壁蜂窩結構，然后脫水干燥，利用納米纖維的自聚集帶來的體積收縮效應，制備成最終的薄壁蜂窩結構。通過添加芳綸短纖、漿粕、沉析纖維或粉末，調節最終蜂窩的結構和力學性能。本方法制備的芳綸蜂窩，不含膠粘劑，不僅簡化了蜂窩制備過程，而且大大擴展了蜂窩原材料的使用范圍以及芳綸蜂窩的應用范圍。本發明制備的芳綸蜂窩不存在膠粘劑和芳綸紙粘合的界面，也不存在芳綸紙制備過程中產生縱橫力學性能差異問題，可以制備成各種形狀，或者在一塊蜂窩材料中同時形成多種不同的蜂窩結構。

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，涉及一種直接成型制備芳綸蜂窩的方法。

技術背景

傳統芳綸蜂窩是由芳綸紙和膠粘劑復合而成的一類具有蜂窩結構且性能優異的復合材料，具有重量輕、耐高溫、耐腐蝕、制品尺寸穩定等特點，在航空航天、國防、軌道交通等眾多領域具有不可替代的應用價值。但是到目前為止芳綸蜂窩在制備技術和應用上都存在很多問題。一是芳綸紙制備技術難度大。芳綸紙一般是由芳綸短纖、漿粕和芳綸沉析纖維用濕法抄紙方法制備而成。由于芳綸纖維親水性差，在水中分散困難；纖維間氫鍵作用力較低，纖維剛性變形困難，尤其是對位芳綸纖維沒有熔點難以通過加熱塑化提高纖維間結合力。所以要制備結構均勻、力學強度高的芳綸紙在技術上難度極大。二是制備蜂窩時膠粘劑的使用大幅降低了芳綸蜂窩的耐熱性、阻燃性等性能，嚴重限制了芳綸蜂窩的應用范圍。對位芳綸耐熱高達550℃，間位芳綸也可以耐熱超過400℃，在220℃下長期穩定使用。但是膠粘劑耐熱性很難和芳綸相比，目前使用的膠粘劑耐熱通常不超過200℃，而且這種膠粘劑不具有阻燃性能。同時膠粘劑的使用也大幅縮短了蜂窩材料的使用壽命。芳綸聚合物在通常情況下非常穩定，使用壽命可以長達數十年。但是膠粘劑穩定性通常弱于芳綸聚合物，在高溫等特殊環境更是差距顯著。因此，制備出完全由芳綸聚合物組成的蜂窩結構必將大大擴展芳綸蜂窩的使用范圍，并大幅延長其使用壽命。

近些年，對位芳綸納米纖維因為其優異的性能以及良好的可加工性成為本領域的一個研究熱點。尤其專利CN105153413A報道的聚合法制備的對位芳綸納米纖維具有極高的長徑比，可以在水中均勻分散且長時間穩定。將這種納米纖維脫水后，納米纖維表現出強烈的自發聚集特性。也就是脫水后的納米纖維自發融為一體，并且表現出優異的力學性能。專利CN106567274A利用對位芳綸納米纖維制備出了的純對位芳綸紙，不僅結構均勻，而且力學強度高。拉伸強度在不經壓光情況下就可以超過60MPa。

發明內容

本發明的目的是提出一種直接成型制備芳綸蜂窩的方法，即利用芳綸納米纖維在水中可均勻分散以及脫水后強烈的自聚集特性，使制備過程簡單，并大幅提升芳綸蜂窩的性能擴展芳綸蜂窩的應用范圍。

本發明提出的直接成型制備芳綸蜂窩的方法，包括以下步驟：

(1)制備芳綸納米纖維：

在氮氣保護下，將經過除水處理的聚合溶劑與助溶鹽混合，混合比例為：助溶鹽質量是聚合溶劑質量的5～10％，加熱至80～100℃使助溶鹽溶解，冷水浴冷卻至5～15℃，得到第一溶液；將二胺單體加入第一溶液中，二胺單體在第一溶液中的摩爾濃度為0.1～0.5mol/L，待二胺單體溶解后冷卻至-5～5℃，再加入二酰氯單體，二酰氯單體與二胺單體的摩爾配比為(0.09～1.01):1，高速攪拌進行聚合反應，攪拌速度為500～2000rpm，反應時間為5～30min，得到芳綸聚合物；

向上述芳綸聚合物中加入第一分散劑，分散劑的添加量為聚合溶劑的2～10倍；高速攪拌，直至將體系分散成宏觀上均一的粘稠溶液；然后在強烈攪拌下向粘稠溶液中加入凝固劑，或者將粘稠溶液注入到高速攪拌的凝固劑中，得到均勻的懸浮液，凝固劑加入量為第一分散劑的2～5倍；通過過濾、離心分離或連續逆流洗滌，去除懸浮液中殘留的溶劑、分散劑、凝固劑和助溶鹽，最后用第二分散劑分散得到芳綸納米纖維分散液；

(2)制備芳綸分散體：