一种用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法技术领域
本发明涉及一种用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法，属于膜材料和聚合物聚
合技术领域。
背景技术
对位芳纶纸(以下简称PAP)是一种高性能特种高分子材料，具有高强高模、尺寸稳
定、电气绝缘性优良、耐化学腐蚀、重量轻等优点,作为结构材料、绝缘材料、透波以及过滤
材料等广泛用于航空航天、军事装备、电子电器等行业。
目前用于制备PAP的原料主要是对位芳纶短纤、浆粕或沉析纤维，有时还加入间位
芳纶或其他热塑性树脂作为增强剂。造纸的过程比较复杂，一般需要经过特殊工艺将纤维
打成浆料，需要加入分散剂提高浆料的分散性和稳定性。即便如此，利用上述原料制造出性
能稳定的PAP也并非易事。因为PAP厚度一般在几十到数百微米(部分特殊用途的PAP厚度在
100um以上)，而对位芳纶短纤维的直径在10um左右，浆粕和沉析纤维的主要结构尺寸也在
几百纳米到数微米，一旦浆料分散不匀，极易造成PAP的不均匀，进而使PAP性能不稳定。此
外，加入间位芳纶纤维和分散助剂也会恶化PAP的性能。间位芳纶吸湿性较大,会引起PAP高
湿度下的尺寸稳定性下降,难以满足高精度产品的要求。而分散剂的加入，一方面不利于
PAP的介电性能和耐热性能，另一方面会产生大量废水，导致污染环境及提高生产成本。
发明内容
本发明的目的是提出一种对位芳纶纸的制备方法，在已有技术基础上，利用改进
的上网成型工艺制备出湿的PAP，然后再经过压榨、干燥和压光成型得到性能优异且均匀稳
定的对位芳纶纸。
本发明提出的对位芳纶纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)浆料的制备：
(1-1)向反应器中加入溶剂N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护下边搅拌边加入助溶盐，
加热至80-100℃使助溶盐完全溶解，得到第一溶液，所述的助溶盐为氯化钙、氯化锂和氯化
镁中的一种或多种以任意比例的混合物，助溶盐质量浓度为(2-12)％；将第一溶液降至10-
25℃，在第一溶液中加入对苯二胺和助剂，得到第二溶液，第二溶液中对苯二胺的摩尔浓度
为(0.05-0.5)mol/L，助剂为聚氧乙烯醚类聚合物，聚氧乙烯醚类聚合物的分子量为500-
6000，聚氧乙烯醚类聚合物的一端或两端端基为羟基、氨基、羧基、硅氧基或甲氧基，助剂与
对苯二胺的质量比为(0.25-2):1；
(1-2)待上述步骤(1-1)的第二溶液中的对苯二胺和助剂完全溶解后，将温度降
至-5℃-10℃，向第二溶液中加入对苯二甲酰氯粉末或80-100℃高温融化得到对苯二甲酰
氯熔体，对苯二甲酰氯与对苯二胺的摩尔配比为(1.007-1.012):1，高速搅拌进行缩聚反
应，搅拌速度根据反应器大小调整(转速在500-2000rpm可调)，以聚合后能够形成纳米纤维
为标准，维持缩聚反应温度低于90℃，上述缩聚反应进行到形成冻胶体，即可流动凝胶粘度
1万-5万厘泊之间时停止搅拌，向反应体系中加入2-10倍重量的凝固剂，并高速搅拌将反应
物打碎，匀化得到宏观均匀的对位芳纶纳米纤维分散液；所述的凝固剂为N-甲基吡咯烷酮、
甲醇、乙醇、水或者N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇与水的任意比例的混合物；
(1-3)利用高速离心机或连续逆流带式洗涤机将上述步骤(1-1)制备的对位芳纶
纳米纤维分散液用水反复洗涤干净，并最终在搅拌条件下用去离子水将对位芳纶纳米纤维
分散成均匀的浆料，对位芳纶纳米纤维浆料的质量浓度为(0.01-10)％；
(2)上网成型：
将上述步骤(1-2)制备得到的对位芳纶纳米纤维浆料喷射或涂布到网上成型，得
到湿纸，成型网的网目为100-300目；
(3)压榨：
利用真空吸附转移的方法，使上述步骤(2)的湿纸与成型网剥离，并采用双辊双毯
一道压榨方式使与成型网剥离后的湿纸脱水；
(4)干燥：
采用蒸汽或电磁加热辊使脱水后的湿纸干燥,干燥温度为60-120℃,干燥时间为
0.5-5min，得到对位芳纶纸；
(5)压光成型：
对上述步骤(4)干燥后的对位芳纶纸进行高温压光成型，压光温度为220-350℃，
得到对位芳纶纸成品。
本发明提出的用对位芳纶纳米纤维制备芳纶纸的方法，其优点是：由于对位芳纶
纳米纤维直径非常小，因此本发明方法制备出的对位芳纶纸纸张均匀，性能稳定；对位芳纶
纳米纤维极易分散，无需添加任何分散剂.利用本发明制备出的对位芳纶纸力学性能和电
气绝缘性能俱佳。本发明生产过程简单，极大地降低了芳纶纸的生产成本。本发明利用对位
芳纶纳米纤维作为原料，制得的芳纶纸均匀性非常优异，不含任何其他组分，而且生产过程
简单，成本低廉，条件温和，是一种全新的制备芳纶纸的方法，具有良好的工业应用前景。
具体实施方式
本发明提出的对位芳纶纸的制备方法，包括以下步骤：
(1)浆料的制备：
(1-1)向反应器中加入溶剂N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护下边搅拌边加入助溶盐，
加热至80-100℃使助溶盐完全溶解，得到第一溶液，所述的助溶盐为氯化钙、氯化锂和氯化
镁中的一种或多种以任意比例的混合物，助溶盐质量浓度为(2-12)％；将第一溶液降至10-
25℃，在第一溶液中加入对苯二胺和助剂，得到第二溶液，第二溶液中对苯二胺的摩尔浓度
为(0.05-0.5)mol/L，助剂为聚氧乙烯醚类聚合物，聚氧乙烯醚类聚合物的分子量为500-
6000，聚氧乙烯醚类聚合物的一端或两端端基为羟基、氨基、羧基、硅氧基或甲氧基，助剂与
对苯二胺的质量比为(0.25-2):1；
(1-2)待上述步骤(1-1)的第二溶液中的对苯二胺和助剂完全溶解后，将温度降
至-5℃-10℃，向第二溶液中加入对苯二甲酰氯粉末或80-100℃高温融化得到对苯二甲酰
氯熔体，对苯二甲酰氯与对苯二胺的摩尔配比为(1.007-1.012):1，高速搅拌进行缩聚反
应，搅拌速度根据反应器大小调整(转速在500-2000rpm可调)，以聚合后能够形成纳米纤维
为标准，维持缩聚反应温度低于90℃，上述缩聚反应进行到形成冻胶体，即可流动凝胶粘度
1万-5万厘泊之间时停止搅拌，向反应体系中加入2-10倍重量的凝固剂，并高速搅拌将反应
物打碎，匀化得到宏观均匀的对位芳纶纳米纤维分散液；所述的凝固剂为N-甲基吡咯烷酮、
甲醇、乙醇、水或者N-甲基吡咯烷酮、甲醇、乙醇与水的任意比例的混合物；
(1-3)利用高速离心机或连续逆流带式洗涤机将上述步骤(1-1)制备的对位芳纶
纳米纤维分散液用水反复洗涤干净，并最终在搅拌条件下用去离子水将对位芳纶纳米纤维
分散成均匀的浆料，对位芳纶纳米纤维浆料的质量浓度为(0.01-10)％；
(2)上网成型：
将上述步骤(1-2)制备得到的对位芳纶纳米纤维浆料喷射或涂布到网上成型，得
到湿纸，成型网的网目为100-300目；
(3)压榨：
利用真空吸附转移的方法，使上述步骤(2)的湿纸与成型网剥离，并采用双辊双毯
一道压榨方式使与成型网剥离后的湿纸脱水；
(4)干燥：
采用蒸汽或电磁加热辊使脱水后的湿纸干燥,干燥温度为60-120℃,干燥时间为
0.5-5min，得到对位芳纶纸；
(5)压光成型：
对上述步骤(4)干燥后的对位芳纶纸进行高温压光成型，压光温度为220-350℃，
得到对位芳纶纸成品。
性能检测：
本发明的以下实施例中，对本发明方法制备的纯对位芳纶纸样品进行了力学性能
和电气绝缘性能检测,检测项目及方法如下：
拉伸强度及延伸率参照GB/T453-2002检测；
撕裂强度参照GB/T455-2002检测；
耐压强度参照ASTM D149检测。
以下介绍本发明方法的实施例：
实施例1
(1)向500L反应器中加入100L N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护以及搅拌下加入10kg
聚合助剂CaCl2，加热至100℃使其完全溶解。然后用冰水浴将溶液降至15℃后加入4.326kg
对苯二胺(PPD)和8kg分子量为2100的聚乙二醇(PEG)溶解，待二者完全溶解后进一步将溶
液降温至0℃，然后加入8.178kg对苯二甲酰氯粉末并高速搅拌(500r/min)进行聚合，聚合
过程中保持冰水浴，维持体系温度不超过70℃；上述缩聚反应进行到体系形成冻胶体时停
止搅拌，向反应器中加入200L N-甲基吡咯烷酮/水(7:3，质量比)混合液，快速搅拌5min将
冻胶体打碎，形成均一稳定的对位芳纶纳米纤维分散液；
制备出的纳米纤维直径在20nm左右，平均长度在100um左右。为了脱除纳米纤维分
散液中的有机溶剂和助溶盐等杂质，利用连续逆流带式洗涤机将纤维用水反复洗涤干净，
最终用去离子水将纳米纤维分散成均匀浆料，浓度控制在0.05％。
(2)上网成型：用斜网成型器斜网成型技术将纳米纤维浆料喷射到斜网上成型。成
型网目数为100目。
(3)压榨：成型后的湿纸张强度较低，利用真空吸附转移的方法与成型网剥离，并
采用双辊双毯一道压榨方式脱水。
(4)干燥：采用蒸汽干燥,烘干温度为60℃,烘干时间为5min。
(5)压光成型：将干燥后的对位芳纶纸进行高温压光成型。压光温度为220℃。
得到的对位芳纶纸厚度50μm，拉伸强度60MPa，延伸率6.5％；撕裂强度700mN，耐压
强度19KV/mm。
实施例2：
(1)向500L反应器中加入100L N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护以及搅拌下加入8kg
助溶盐LiCl，加热至100℃使其完全溶解。然后用冰水浴将体系降至10℃后加入4.326kg对
苯二胺(PPD)和5kg分子量为2000、甲氧基双封端的聚乙二醇(PEG-DME)溶解，待二者完全溶
解后进一步将溶液降温至-5℃，加入8.160kg对苯二甲酰氯熔体(85℃)并高速搅拌(1000r/
min)进行聚合，聚合过程中保持冰水浴，维持体系温度不超过90℃；上述缩聚反应进行到体
系形成冻胶体时停止搅拌，向反应器中加入200L乙醇，快速搅拌10min将冻胶体打碎，形成
均一稳定的对位芳纶纳米纤维分散液；
制备出的纳米纤维直径在50nm左右，平均长度在500um左右。为了脱除纳米纤维分
散液中的有机溶剂和助溶盐等杂质，利用高速离心机将纤维用水反复洗涤干净，最终用去
离子水将纳米纤维分散成均匀浆料，浓度控制在0.1％。
(2)上网成型：用长网成型器长网成型技术将纳米纤维浆料喷射到长网上成型。成
型网目数为200目。
(3)压榨：成型后的湿纸张强度较低，利用真空吸附转移的方法与成型网剥离，并
采用双辊双毯一道压榨方式脱水。
(4)干燥：采用电磁加热辊干燥。,烘干温度为120℃,烘干时间为0.5min。
(5)压光成型：将干燥后的对位芳纶纸进行高温压光成型。压光温度为350℃。
得到的对位芳纶纸厚度120μm，拉伸强度100MPa，延伸率7.5％；撕裂强度950mN，耐
压强度30KV/mm。
实施例3：
(1)向500L反应器中加入100L N-甲基吡咯烷酮，在氮气保护以及搅拌下加入10kg
聚合助剂MgCl2，加热至100℃使其完全溶解。然后用冰水浴将体系降至15℃后加入4.326kg
对苯二胺(PPD)和4kg分子量为6000的端基为胺基的聚乙二醇(nPEG)溶解，待二者完全溶解
后进一步将溶液降温至0℃，加入8.178kg对苯二甲酰氯粉末并高速搅拌(200r/min)进行聚
合，聚合过程中保持冰水浴，维持体系温度不超过70℃；上述缩聚反应进行到体系形成冻胶
体时停止搅拌，向反应器中加入300L甲醇，快速搅拌10min将冻胶体打碎，形成均一稳定的
对位芳纶纳米纤维分散液；
制备出的纳米纤维直径在100nm左右，平均长度在100um左右。为了脱除纳米纤维
分散液中的有机溶剂和助溶盐等杂质，利用连续逆流带式洗涤机将纤维用水反复洗涤干
净，最终用去离子水将纳米纤维分散成均匀浆料，浓度控制在1％。
(2)上网成型：用斜网成型器斜网成型技术将纳米纤维浆料喷射到斜网上成型。成
型网目数为100目。
(3)压榨：成型后的湿纸张强度较低，利用真空吸附转移的方法与成型网剥离，并
采用双辊双毯一道压榨方式脱水。
(4)干燥：采用蒸汽干燥,烘干温度为80℃,烘干时间为3min。
(5)压光成型：将干燥后的PAP进行高温压光成型。压光温度为220℃。
得到的对位芳纶纸厚度80μm，拉伸强度120MPa，延伸率8.7％；撕裂强度780mN，耐
压强度26KV/mm。
实施例4：
(1)向500L反应器中加入100LN-甲基吡咯烷酮，在氮气保护以及搅拌下加入5kg聚
合助剂CaCl2和5kgLiCl混合物，加热至100℃使其完全溶解。然后用冰水浴将体系降至15℃
后加入4.326kg对苯二胺(PPD)和3kg分子量为600的端羟基聚氧乙烯醚(mPEG)溶解，待二者
完全溶解后进一步将溶液降温至0℃，用高压快速喷射的方式加入8.178kg对苯二甲酰氯熔
体(90℃)并保持高速搅拌(2000r/min)进行聚合，聚合过程中保持冰水浴，维持体系温度不
超过70℃；上述缩聚反应进行到体系形成冻胶体时停止搅拌，向反应器中加入300L水，快速
搅拌10min将冻胶体打碎，形成均一稳定的对位芳纶纳米纤维分散液；
制备出的纳米纤维直径在50nm左右，平均长度在500um左右。为了脱除纳米纤维分
散液中的有机溶剂和助溶盐等杂质，利用连续逆流带式洗涤机将纤维用水反复洗涤干净，
最终用去离子水将纳米纤维分散成均匀浆料，浓度控制在10％。
(2)将上述步骤(1-3)制备得到的对位芳纶纳米纤维浆料涂布到网上成型得到湿
纸，成型网目数为100目；
(3)压榨：成型后的湿纸张强度较低，利用真空吸附转移的方法与成型网剥离，并
采用双辊双毯一道压榨方式脱水。
(4)干燥：采用蒸汽或电磁加热辊干燥。,烘干温度为150℃,烘干时间为6min。
(5)压光成型：将干燥后的PAP进行高温压光成型。压光温度为320℃。
得到的对位芳纶纸厚度200μm，拉伸强度150MPa，延伸率10.1％；撕裂强度1100mN，
耐压强度30KV/mm。
实施例5：
(1)向500L反应器中加入100LN-甲基吡咯烷酮，在氮气保护以及搅拌下加入2kg聚
合助剂CaCl2，加热至100℃使其完全溶解。然后用冰水浴将体系降至10℃后加入4.326kg对
苯二胺(PPD)和5kg分子量为2000的双端硅氧基聚氧乙烯醚(sPEG)溶解，待二者完全溶解后
进一步将溶液降温至0℃，用高压快速喷射的方式加入8.178kg对苯二甲酰氯熔体(90℃)并
保持高速搅拌(1500r/min)进行聚合，聚合过程中保持冰水浴，维持体系温度不超过90℃；
上述缩聚反应进行到体系形成冻胶体时停止搅拌，向反应器中加入向反应器中加入300L
N-甲基吡咯烷酮/水(1:1，质量比)混合液，快速搅拌10min将冻胶体打碎，形成均一稳定的
对位芳纶纳米纤维分散液；
制备出的纳米纤维直径在30nm左右，平均长度在100um左右。为了脱除纳米纤维分
散液中的有机溶剂和助溶盐等杂质，利用连续逆流带式洗涤机将纤维用水反复洗涤干净，
最终用去离子水将纳米纤维分散成均匀浆料，浓度控制在10％。
(2)将上述步骤(1-3)制备得到的对位芳纶纳米纤维浆料涂布到网上成型得到湿
纸，成型网目数为200目；
(3)压榨：成型后的湿纸张强度较低，利用真空吸附转移的方法与成型网剥离，并
采用双辊双毯一道压榨方式脱水。
(4)干燥：采用蒸汽或电磁加热辊干燥。,烘干温度为90℃,烘干时间为4min。
(5)压光成型：将干燥后的PAP进行高温压光成型。压光温度为280℃。
得到的对位芳纶纸厚度130μm，拉伸强度100MPa，延伸率7.8％；撕裂强度880mN，耐
压强度28KV/mm。
实施例6：
(1)向500L反应器中加入100LN-甲基吡咯烷酮，在氮气保护以及搅拌下加入5kg聚
合助剂LiCl，加热至100℃使其完全溶解。然后用冰水浴将体系降至15℃后加入4.326kg对
苯二胺(PPD)和3kg分子量为2000的端羧基聚氧乙烯醚(aPEG)溶解，待二者完全溶解后进一
步将溶液降温至0℃，加入8.165kg对苯二甲酰氯粉末并保持高速搅拌(500r/min)进行聚
合，聚合过程中保持冰水浴，维持体系温度不超过70℃；上述缩聚反应进行到体系形成冻胶
体时停止搅拌，向反应器中加入向反应器中加入300L乙醇/水(1:1，质量比)混合液，快速搅
拌10min将冻胶体打碎，形成均一稳定的对位芳纶纳米纤维分散液；
制备出的纳米纤维直径在100nm左右，平均长度在500um左右。为了脱除纳米纤维
分散液中的有机溶剂和助溶盐等杂质，利用连续逆流带式洗涤机将纤维用水反复洗涤干
净，最终用去离子水将纳米纤维分散成均匀浆料，浓度控制在0.1％。
(2)将上述步骤(1-3)制备得到的对位芳纶纳米纤维浆料用斜网成型器喷射到斜
网上成型。成型网目数为300目。
(3)压榨：成型后的湿纸张强度较低，利用真空吸附转移的方法与成型网剥离，并
采用双辊双毯一道压榨方式脱水。
(4)干燥：采用蒸汽或电磁加热辊干燥。烘干温度为60℃,烘干时间为8min。
(5)压光成型：将干燥后的PAP进行高温压光成型。压光温度为250℃。
得到的对位芳纶纸厚度40μm，拉伸强度60MPa，延伸率6.0％；撕裂强度570mN，耐压
强度27KV/mm。