一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯

本发明属于薄膜材料领域，具体涉及一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法。背景技术：1、液晶高分子聚合物（lcp）具有独特的一维或二维远程分子取向，兼容高分子、液晶两者特性，使其拥有高耐热、高模量、低熔融粘度、极小的热膨胀系数、低介电损耗、高强度等优异性能，发展极为迅速。热致lcp纤维也发展迅速，在耐紫外、染色兼容性、力学强度、耐磨性等方面表现优异，已在航空航天、重型船舶、特种绳索等方面得到应用，如kuraray公司2008年推出的vectranht纤维、研究热度较高的甲壳型lcp纤维等。另外，目前常用的纤维织物表面金属化手段为纤维织物的化学镀，例如中国专利cn101550546a和cn112779480a，但是化学镀本身存在工艺流程繁琐，操作复杂的问题，而且化学镀的前处理过程对于纤维本身可能造成一定的损伤。因此，需要找到一种简洁高效的纤维织物表面金属化的办法，同时保证纤维表面金属化的均匀性高且金属化后所得纤维膜应具备高导电性、高耐热性、高阻燃性和较高的机械强度。技术实现思路1、本发明提供一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，旨在克服现有技术中纤维织物表面金属化存在的工艺复杂且效率低等问题以及现有的常规导电薄膜存在的导电能力一般、耐热性低、阻燃性差和强度较低等缺陷。2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其包括如下步骤：3、s1.通过物理或化学方法在导电型纳米粒子表面接枝活性基团；4、s2.将制得的表面改性后的导电型纳米粒子加入至离子型有机长链化合物溶液中，制备表面接枝离子型有机长链的导电型纳米粒子；5、s3.利用同性电荷间的排斥效应，通过双螺杆熔融共混方式，将表面接枝离子型有机长链的导电型纳米粒子均匀分散在液晶态聚芳酯树脂中，制得导电型液晶态聚芳酯树脂；6、s4.通过熔融纺丝将导电型液晶态聚芳酯树脂纺制成导电型液晶态聚芳酯纤维；7、s5.将导电型液晶态聚芳酯纤维加入至对苯二酚水溶液中，随后通过超声波捏合装置将导电型液晶态聚芳酯纤维解离成导电液晶态聚芳酯纳米纤维分散液；8、s6.通过抽滤将导电液晶态聚芳酯纳米纤维分散液制备成导电液晶态聚芳酯纳米纤维初生纸，随后通过热压固结将纳米纤维初生纸制成导电柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜；9、s7.将导电柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜浸入至金属络合物溶液中，通过氧化还原反应在液晶态聚芳酯纳米纤维膜表面原位生长金属粒子，随后再通过电镀方式在纤维膜上金属粒子表面生长出超薄牢固的金属导电层，即得高导电柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜。10、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下进一步的具体选择或更优选择。11、具体的，s1中采用的物理或化学方法为等离子体处理、水热处理或酸碱液处理，导电型纳米粒子表面接枝的活性基团为羟基、氨基、羧基、磺酸基、炔基、醛基和羰基中的一种或多种。12、具体的，s1中的导电型纳米粒子为石墨烯纳米片、碳纳米管、mxene、碳纳米纤维、金纳米粒子、银纳米粒子、银纳米线和铜纳米粒子的一种或多种。13、具体的，，s1中导电型纳米粒子的粒径为5-200 nm。14、具体的，s2中的离子型有机长链化合物为氢氧化六甲季铵、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、季戊四醇烯丙基醚、季戊四醇三丙烯酸酯、(2-氨基乙基)三甲基氯化铵盐酸盐、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、氮位-三甲氧基硅基丙基-氮,氮,氮位-三甲基氯化铵、(3-三乙氧基硅基丙基)三甲基氯化铵、四乙酸二甲基(3-三甲氧基硅基丙基)铵、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。15、具体的，s2中离子型有机长链化合物溶液的浓度为1-25wt%，表面改性后的导电纳米粒子与离子型有机长链化合物溶液的用量比为0.2-0.8g:100ml。16、具体的，s3中表面接枝离子型有机长链的导电型纳米粒子与液晶态聚芳酯树脂的质量比为0.1:100-1000；s3中双螺杆熔融共混温度为250-500 ℃，剪切速率为0.5-200r/min。17、具体的，s4中的纺丝温度为180-550℃，牵伸温度为60-350℃，定型温度为150-450℃，喷头牵伸比为1:1-1:50，牵伸倍率为1:1-1:20，收卷速度为50-3000m/s。18、具体的，s5中苯二酚水溶液的浓度为5-85wt%,超声波捏合装置进行超声捏合时的超声波频率为25-150khz，捏合频率为10-200r/min；s6中热压温度为50-350℃，热压压力为5-100 mpa。19、具体的，s7中的金属络合物溶液为铜氨溶液或银氨溶液,浓度为0.5 mg/l,导电柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜与金属络合物溶液的用量比为0.5 g：100-300ml；电镀时采用电镀铜、电镀银或电镀镍工艺，形成的金属导电层的厚度为0.05-0.10mm。20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：21、本发明利用液晶态聚芳酯具备高阻燃和较好机械强度的特性，在纺丝前就在液晶态聚芳酯树脂中加入表面接枝离子型有机长链的导电型纳米粒子，且利用同性电荷间相排斥特性，采用双螺杆熔融共混得导电型纳米粒子分散均匀的导电型液晶态聚芳酯，在此基础上进行熔融纺丝和超声波捏合获得液晶态聚芳酯纳米纤维，抽滤后热压固结使膜成型且进一步增强聚芳酯纤维的机械强度和耐热性，最后通过先在膜表面原位生长金属粒子再全面电镀的方式使纤维膜表面形成一层超薄牢固的金属导电层，该方法解决了现有纤维织物金属化需要对纤维织物表面进行粗化前处理，对纤维有损伤，工艺复杂且制得导电膜材机械强度低等不足。本发明所制得的金属纤维膜具有优异的柔软度、机械特性、耐化学药品特性、耐热性、阻燃性、超低吸水率和超低水蒸气透过率，具备优异的尺寸稳定性和加工成型性，能够用于制造防辐射服。技术特征：1.一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，包括如下步骤：2.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s1中采用的物理或化学方法为等离子体处理、水热处理或酸碱液处理，导电型纳米粒子表面接枝的活性基团为羟基、氨基、羧基、磺酸基、炔基、醛基和羰基中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s1中的导电型纳米粒子为石墨烯纳米片、碳纳米管、mxene、碳纳米纤维、金纳米粒子、银纳米粒子、银纳米线和铜纳米粒子的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s1中导电型纳米粒子的粒径为5-200 nm。5.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s2中的离子型有机长链化合物为氢氧化六甲季铵、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、季戊四醇烯丙基醚、季戊四醇三丙烯酸酯、(2-氨基乙基)三甲基氯化铵盐酸盐、二甲基十八烷基[3-(三甲氧基硅基)丙基]氯化铵、氮位-三甲氧基硅基丙基-氮,氮,氮位-三甲基氯化铵、(3-三乙氧基硅基丙基)三甲基氯化铵、四乙酸二甲基(3-三甲氧基硅基丙基)铵、n-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸钠盐。6.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s2中离子型有机长链化合物溶液的浓度为1-25wt%，表面改性后的导电纳米粒子与离子型有机长链化合物溶液的用量比为0.2-0.8g:100ml。7.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s3中表面接枝离子型有机长链的导电型纳米粒子与液晶态聚芳酯树脂的质量比为0.1:100-1000；双螺杆熔融共混温度为250-500 ℃，剪切速率为0.5-200 r/min。8.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s4中的纺丝温度为180-550 ℃，牵伸温度为60-350 ℃，定型温度为150-450 ℃，喷头牵伸比为1:1-1:50，牵伸倍率为1:1-1:20，收卷速度为50-3000 m/s。9.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s5中苯二酚水溶液的浓度为5-85 wt%,超声波捏合装置进行超声捏合时的超声波频率为25-150 khz，捏合频率为10-200 r/min；s6中热压温度为50-350 ℃，热压压力为5-100 mpa。10.根据权利要求1所述的一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其特征在于，s7中的金属络合物溶液为铜氨溶液或银氨溶液,浓度为0.5 mg/l,导电柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜与金属络合物溶液的用量比为0.5 g：100-300ml；电镀时采用电镀铜、电镀银或电镀镍工艺，形成的金属导电层的厚度为0.05-0.10mm。技术总结本发明涉及一种原位自组装法制备高电导柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜的方法，其包括如下步骤：S1.在导电型纳米粒子表面接枝活性基团；S2.制备表面接枝离子型有机长链的导电型纳米粒子；S3.制备导电型液晶态聚芳酯树脂；S4.制备导电型液晶态聚芳酯纤维；S5.制备导电液晶态聚芳酯纳米纤维分散液；S6.制备导电柔性液晶态聚芳酯纳米纤维膜；S7.在纳米纤维膜表面原位生长金属粒子并随后电镀，即得。本发明提供的方法解决了现有纤维织物金属化需要对纤维织物表面进行前处理，对纤维有损伤，工艺复杂且制得导电膜材机械强度低等不足，所制得的金属纤维膜具有优异的柔性、机械特性、阻燃性和超低吸水率等综合性能，能够用于制造防辐射服。技术研发人员：熊思维,舍梦婷,刘雪阳,丁东剑,蔡玉寒,杨诗文,贾迎宾,唐清泉,王罗新,王桦受保护的技术使用者：武汉纺织大学技术研发日：技术公布日：2024/8/21