一种芳砜纶复合薄膜材料及其制备方法与流程

1.本发明涉及芳砜纶复合材料制备领域，尤其涉及一种芳砜纶复合薄膜材料及其制备方法。


背景技术：

2.随着科学技术和工业生产的发展，发热材料广泛应用于换热工程、采暖工程和电子信息等领域，同时人们对发热材料提出了新的要求，希望发热材料具有优良的综合性能。
3.常见的发热材料主要有石墨烯（多层石墨片）、金属电阻丝、ptc陶瓷发热体等，这些传统的电发热体通电后，需要自身发热温度升高后，才能向外辐射热量，主要是依靠自身温度和环境的温度之间的温差向外传导热量，由于空气热阻很大，依靠空气传导热量效率非常低。而且，由于现有的发热材料需要自身温度升高，才能向外辐射热量，由于温度的连续性，其发出的热辐射波为连续的电磁波，其红外线热波部分包含近红外、中红外和远红外等混杂波，不能单一提供远红外波辐射，远红外波所占的比例较低，不能满足高红外线波段辐射的要求。
4.碳纳米管和碳纤维等碳材料均为远红外线辐射源的新型材料，碳纳米管和碳纤维不仅具有良好的物理化学性能，而且能够射出的远红外线的比例高，是理想的发射远红外线的材料。目前，碳纳米管和碳纤维等碳材料应用于发射远红外线通常是将碳纳米管和碳纤维等碳材料涂覆于成品薄膜(如塑料薄膜)之上，形成的碳材料层与成品薄膜之间仅是简单的层叠复合，两种材料之间复合处会产生较大能量缺失，不能完全发挥出材料本身的特性，导致采用这种方法得到的复合材料的远红外线发射率仍然较低，严重制约了其进一步应用，而且由于塑料薄膜的耐高温性能较差，采用这种方法得到的复合材料的高温收缩率较高，严重制约了复合材料在高温环境中的应用。


技术实现要素：

5.针对背景技术提出的问题，本发明的目的在于提出一种芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，能够制备得到远红外线发射率高且收缩率低的芳砜纶复合薄膜材料，扩宽了芳砜纶复合薄膜材料的应用领域，解决了现有发热复合材料耐高温性能差和高温收缩率高的问题。
6.本发明的另一目的在于提出一种芳砜纶复合薄膜材料，由上述芳砜纶复合薄膜材料的制备方法制备得到。
7.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将纳米碳纤维进行研磨后，加入水和分散剂混合均匀，制得碳纤维浆料；所述纳米碳纤维为晶须碳纳米管、气相生长的碳纤维中的任意一种或两种的组合；（2）将芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维混合后，采用造纸方法制成多孔薄膜；所述芳砜纶纤维的直径为2~60μm；
（3）将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合，使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透充填至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品；（4）将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，得到芳砜纶复合薄膜材料。
8.优选地，在所述步骤（2）中，所述芳砜纶纤维和所述芳砜纶沉析纤维按（1~5）：（1~5）的重量比进行混合。
9.优选地，在所述步骤（3）中，按重量百分数计算，所述芳砜纶复合薄膜预产品中纳米碳纤维的充填量为10~80%。
10.优选地，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，通过剪切和超声处理使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。
11.优选地，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，采用单面抽真空的方法，使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。
12.优选地，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，采用高压压入的方式，将碳纤维浆料中的纳米碳纤维压入多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。
13.优选地，在所述步骤（1）中，按重量百分数计算，所述碳纤维浆料包括纳米碳纤维5%~60%和分散剂0.5%~3%，余量为水。
14.优选地，所述步骤（4）的操作方法如下，在温度为200℃~400℃，压力为20~200 mpa的条件下，将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，形成芳砜纶复合薄膜材料。
15.一种芳砜纶复合薄膜材料，采用上述的芳砜纶复合薄膜材料的制备方法制备得到。
16.上述技术方案具有以下有益效果：1、采用本技术方案制备得到的芳砜纶复合薄膜材料是一种新型电热转化薄膜材料，通电时将电能转换为2-20μm的远红外电磁波发射出去，可以在瞬间将电能转变为热能，电热机理不同于传统的发热体，本技术方案的芳砜纶复合薄膜材料能以波长2-20μm的电磁波发射热波，主峰为4~14μm的纯净远红外线，且其最高耐温性能可大于400℃，使本技术方案的芳砜纶复合薄膜材料在250℃的收缩率仅在0.5~1%，远优于现有的柔性电热发热复合材料（现有的柔性电热发热复合材料的高温收缩率高达5~8%）。同时，本技术方案制备得到的芳砜纶复合薄膜材料也可以任意裁剪，也可以设计成所需要的温度和功率密度，可替代现有的在250℃工作的传统发热材料，并且本方案制得的芳砜纶复合薄膜材料非常轻薄，厚度仅有60μm左右，每平方米60~80克，使得本方案制得的芳砜纶复合薄膜材料的应用领域更广泛。同时，采用本技术方案的制备方法可以更有效地将晶须碳纳米管和气相生长的碳纤维渗透到芳砜纶骨架的空隙中，使制得的芳砜纶复合薄膜材料具有更加均匀的面电阻和均匀的发热温度。
17.2、本技术方案采用多孔薄膜作为载体骨架，多孔薄膜由直径为2~60μm的芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维组成，通过使用直径为2~60μm的芳砜纶纤维，可以大幅度增加芳砜纶纤维的表面积，便于纳米级的晶须碳纳米管和气相生长的碳纤维吸附在其表面，获得均匀的面电阻，从而能有效提升远红外线发射率。
附图说明
18.图1是本发明实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料的表面sem图（放大50000倍）；图2是本发明实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料的表面sem图（放大30000倍）；图3是本发明实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料的表面sem图（放大10000倍）；图4是本发明实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料在横切面的sem图（放大2000倍）；图5是本发明实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料在横切面的的sem图（放大5000倍）；图6是本发明实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料的发热速度测试结果图；图7是本发明实施例1制得的的芳砜纶复合薄膜材料发射电磁波的波长测试结果图。
具体实施方式
19.为了便于理解本发明，下面对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
20.实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
22.下面结合附图及具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。
23.一种芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将纳米碳纤维进行研磨后，加入水和分散剂混合均匀，制得碳纤维浆料；所述纳米碳纤维为晶须碳纳米管、气相生长的碳纤维中的任意一种或两种的组合；（2）将芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维混合后，采用造纸方法制成多孔薄膜；所述芳砜纶纤维的直径为2~60μm；（3）将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合，使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透充填至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品；（4）将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，得到芳砜纶复合薄膜材料。
24.值得说明的是，采用本技术方案制备得到的芳砜纶复合薄膜材料是一种新型电热转化薄膜材料，通电时将电能转换为2-20μm的远红外电磁波发射出去，可以在瞬间将电能转变为热能，电热机理不同于传统的发热体，本技术方案的芳砜纶复合薄膜材料能以波长2-20μm的电磁波发射热波，主峰为4~14μm的纯净远红外线，且其最高耐温性能可大于400℃，使本技术方案的芳砜纶复合薄膜材料在250℃的收缩率仅在0.5~1%，远优于现有的柔性电热发热复合材料（现有的柔性电热发热复合材料的高温收缩率高达5~8%）。同时，本技术方案制备得到的芳砜纶复合薄膜材料也可以任意裁剪，也可以设计成所需要的温度和功率
密度，可替代现有的在250℃工作的传统发热材料，并且本方案制得的芳砜纶复合薄膜材料非常轻薄，厚度仅有60μm左右，每平方米60~80克，使得本方案制得的芳砜纶复合薄膜材料的应用领域更广泛。同时，采用本技术方案的制备方法可以更有效地将晶须碳纳米管和气相生长的碳纤维渗透到芳砜纶骨架的空隙中，使制得的芳砜纶复合薄膜材料具有更加均匀的面电阻和均匀的发热温度。
25.本技术方案制得的芳砜纶复合薄膜材料可以看成是通电后发射特点波段电磁波的平面天线，通电时将电能转换为2-20μm的远红外电磁波发射出去，因此在发射热能的时候自身不会发热，断电后停止发射电磁波，温度会迅速回到室温。并且，本技术方案的芳砜纶复合薄膜材料电热转换的热能能够通过发射电磁波加热周围任何物体，不需要通过对流和传导的方式进行传热，解决了传统的电阻发热加热物体时传热效率低的问题。
26.具体来说，本技术方案的芳砜纶复合薄膜材料选用晶须碳纳米管、气相生长的碳纤维等纳米碳纤维作为发热体，通电后，纳米碳纤维的碳-碳共价键被激发，振荡而产生声子，发射出波长在2~20μm的远红外热波，且主峰在4~14μm的纯净远红外线，使得本方案制得的芳砜纶复合薄膜材料远红外线发射率高，发射的远红外线中杂波极少，能够满足高红外线波段辐射的要求。同时，本技术方案制得的芳砜纶复合薄膜材料由于能够发射纯净远红外线，通电后，电能通过芳砜纶复合薄膜材料能够直接转换成远红外热波加热物体，使得本技术方案的芳砜纶复合薄膜材料是依靠电磁辐射传递能量（热量），不需要媒介传导热量，能大大提高传导热量的效率。而且， 由于晶须碳纳米管具有超高的结晶度和极少的缺陷，能够避免声子散射，在晶须碳纳米管内，不会因为声子散射而导致能量损失，声子能量以远红外的形式传递能量（远红外热波），使得外部物体快速加热，能量转换效率达到99.5%以上。
27.本技术方案的多孔薄膜的原料由微米级直径的芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维组成，并采用造纸方法制成。微米级直径的芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维均为芳砜纶，其中，微米级直径的芳砜纶纤维是一维材料，芳砜纶沉析纤维（浆粕）是片状的二维材料，芳砜纶（psa）其化学名称为对苯二甲酰3 ,3
′
,4 ,4
′
二氨基-二苯砜共聚纤维，亦称聚芳砜酰胺纤维，其大分子结构中创造性地在引入对苯环和砜基结构，使强吸电子砜基基团（-so
2-）通过苯环的双键共轭系统降低酰胺基上的氮原子的电子云密度，从而获得突出的耐热、耐燃性能，本技术方案由于采用高热稳定性的芳砜纶制备多孔薄膜，使制得芳砜纶复合薄膜材料热收缩大幅减小，在250℃收缩率仅为0.5~1%，远优于现有的柔性电热发热材料。
28.具体来说，在步骤（1）中，需要先对晶须碳纳米管和气相生长的碳纤维进行研磨，达到所要求的黏度（1000~5000mpa
·
s），通过研磨可改变纳米碳纤维的表面能，不仅有利于分散，而且能够增加纳米碳纤维附着性。若不进行研磨，会使纳米碳纤维的附着性降低。本技术方案的步骤（1）中，所用的分散剂为高分子分散剂材料，优选地，高分子分散剂材料为聚偏二氟乙烯，简称pvdf。
29.值得说明的是，在步骤（2）中，本技术方案采用多孔薄膜作为载体骨架，多孔薄膜由直径为2~60μm的芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维组成，通过使用直径为2~60μm的芳砜纶纤维，可以大幅度增加芳砜纶纤维的表面积，便于纳米级的晶须碳纳米管和气相生长的碳纤维吸附在其表面，获得均匀的面电阻，从而能有效提升远红外线发射率。由于市售的芳砜纶纤维通常是毫米直径的纤维，因此，从市面上购买毫米直径芳砜纶纤维后，需要先将购买得
到的毫米直径芳砜纶纤维裁切成3-20mm的短纤，然后再采用分解设备（如市场购买的纤维打浆机）将3-20mm的短纤分解成2-60μm直径的芳砜纶纤维。
30.本技术方案步骤（2）将芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维混合，采用造纸方法制成多孔薄膜的具体操作方法如下：将分解后的芳砜纶纤维和均匀打散的芳砜纶沉析纤维用打浆机混合均匀，制得芳砜纶浆料，将混合后的芳砜纶浆料从造纸设备的投料口投入造纸设备中（造纸设备可从市面上购买得到），根据造纸的原理，微米级直径的芳砜纶纤维自然交错叠加形成微观上具有空隙的多孔薄膜（如图1-5所示），在制备多孔薄膜过程中，芳砜纶沉析纤维可起到粘结的作用。
31.进一步的说明，在所述步骤（2）中，所述芳砜纶纤维和所述芳砜纶沉析纤维按（1~5）：（1~5）的重量比进行混合。
32.在步骤（2）中，本技术方案将微米级直径的芳砜纶纤维和均匀打散的芳砜纶沉析纤维按（1~5）：（1~5）的重量比混合均匀，根据造纸的原理，将混合后的芳砜纶浆料投入造纸设备中，可制成孔隙率为5%~80%的多孔薄膜，多孔薄膜的厚度控制在0.05~5mm。多孔薄膜的孔隙率和厚度可通过调整配方和投料速度来控制，当微米级直径的芳砜纶纤维的占比高时，制得的多孔薄膜的孔隙率大；在制备多孔薄膜时，投料速度快，多孔薄膜的厚度大，且孔隙率高。本技术方案采用多孔薄膜作为载体骨架，通过复合使纳米碳纤维均匀地渗透充填至多孔薄膜的空隙中，制得芳砜纶复合薄膜材料，本技术方案的芳砜纶复合薄膜材料是一种含有大量微米和纳米级的孔隙，并且内部是联通的纳米和微米级大小的通道，这些孔隙是通过芳砜纶纤维交叉重叠而形成，孔隙率在5%-80%之间（如图1-5所示）。
33.具体来说，可根据需要填入的纳米碳纤维的量来确定多孔薄膜的孔隙率和厚度，当需要填入较多的纳米碳纤维，可通过该增加多孔薄膜配方中微米级直径的芳砜纶纤维的量，从而使制得的多孔薄膜形成更多的孔隙，有利于填充更多的纳米碳纤维。
34.优选的，本技术方案中，在制备多孔薄膜时，造纸设备的每分钟的投料量为200~1600克（折合固体）。
35.进一步的说明，在所述步骤（3）中，按重量百分数计算，所述芳砜纶复合薄膜预产品中纳米碳纤维的充填量为10~80%。
36.本技术方案中芳砜纶复合薄膜预产品中纳米碳纤维的充填量为10~80%（重量百分数），纳米碳纤维的含量高低不同，使得产品的面电阻不同，发热效果也不同，使制得的芳砜纶复合薄膜材料的的应用场景更广， 例如可用于5v电压的场景中，也可应用于220v和1000v电压的应用场景中。但是，优选地纳米碳纤维的充填量不宜低于10%，充填量低于10%，会导致制得的芳砜纶复合薄膜材料的电阻小，发热效果差；同时，也不宜高于80%，充填量高于80%，会导致纳米碳纤维的附着性降低，使制得的芳砜纶复合薄膜材料表面容易掉粉。
37.进一步的说明，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，通过剪切和超声处理使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。
38.在本发明的一个实施例中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：首先，先将碳纤维浆料至于分散池中，分散池中装有若干高速剪切分散机和若干超声分散机，然后，将多孔薄膜置于分散池中，通过高速剪切和超声使得碳纤维浆料中的纳米碳纤维均匀地渗透到多孔薄膜的空隙中，此过程超声渗透时间控制在10~600分钟。
39.具体的，在本技术方案中高速剪切分散机进行剪切时的转速为每分钟5000-10000转，通过高速剪切可以提高浆料的分散均匀性，转速控制在每分钟5000-10000转时，分散效果佳。
40.进一步的说明，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，采用单面抽真空的方法，使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。
41.由于纳米碳纤维为纳米材料，而多孔薄膜的空隙为微米级的，单面单面抽真空后，纳米材料可以渗透到微米级的空隙中，从而使碳纤维浆料中的纳米碳纤维均匀地渗透至多孔薄膜的空隙中。
42.进一步的说明，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，采用高压压入的方式，将碳纤维浆料中的纳米碳纤维压入多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。
43.在本发明的另一实施例中，可在碳纤维浆料中添加适量的粘结剂（如聚酰亚胺或者其他高分子材料），制成膏状的碳纤维浆料，然后通过高压压入的方式，将纳米碳纤维渗透到多孔薄膜的空隙中，并使纳米碳纤维的填充量达到芳砜纶复合薄膜材料整体重量的10~80%，使得纳米碳纤维（气相生长的纳米碳纤维和/或晶须碳纳米管）独立形成连续导电网络。
44.具体来说，本技术方案采用高压压入的方式，将碳纤维浆料中的纳米碳纤维压入多孔薄膜的空隙中的操作方法如下：多孔薄膜浸在膏状的碳纤维浆料中，并放入高压密封罐中，通入压缩气体，多孔薄膜中的孔隙将纳米纤维充填，然后采用对辊压机压入上述膏状的碳纤维浆料中，即可使碳纤维浆料中的纳米碳纤维填充至多孔薄膜的空隙。
45.值得指出的是，本技术方案，可采用上述三种方式中的其中一种将纳米碳纤维渗透充填至多孔薄膜的空隙中，上述三种方式都可以用于生产，上述三种方式的生产线效率和使用到的设备装备不同，可以根据具体设备和投入选择相应的制造方式。
46.进一步的说明，在所述步骤（1）中，按重量百分数计算，所述碳纤维浆料包括纳米碳纤维5%~60%和分散剂0.5%~3%，余量为水。
47.进一步的说明，所述步骤（4）的操作方法如下，在温度为200℃~400℃，压力为20~200 mpa的条件下，将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，形成芳砜纶复合薄膜材料。
48.本技术方案采用对辊热压机，在200℃~400℃，20~200 mpa压力条件下，对芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，使其热压交联形成具有一定强度和柔韧性的芳砜纶复合薄膜材料。
49.值得指出的是，在对芳砜纶复合薄膜预产品进行热压之前，需要先将制得的芳砜纶复合薄膜预产品在40~100℃干燥2~20小时，以除去水分，使得芳砜纶复合薄膜预产品的面密度达到40~100g/m2。
50.一种芳砜纶复合薄膜材料，采用上述的芳砜纶复合薄膜材料的制备方法制备得到。
51.下面结合实施例进一步阐述本发明的技术方案。
52.实施例1
53.本实施例芳砜纶复合薄膜材料的制备方法包括以下步骤：
（1）将纳米碳纤维在砂磨机中砂磨40小时，使其粘度达到2000mpa
·
s，加入水和分散剂混合均匀，制得碳纤维浆料；按重量百分数计算，碳纤维浆料包括纳米碳纤维50%和分散剂3%，余量为水，纳米碳纤维为晶须碳纳米管；（2）将芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维按1：1的重量比进行混合后，采用造纸设备，以每分钟投料1000g的速度进行投料，制成厚度为0.05mm的多孔薄膜；其中，芳砜纶纤维的直径为6~8μm（由于分解后的芳砜纶纤维的直径大小是不统一的，因此芳砜纶纤维的直径是一个范围值）；（3）将碳纤维浆料至于分散池中，分散池中装有三个高速剪切分散机和三个超声分散机，然后，将多孔薄膜置于分散池中，通过高速剪切（5000转/分钟）和超声使得碳纤维浆料中的纳米碳纤维均匀地渗透到多孔薄膜的空隙中，此过程超声渗透时间控制在200分钟，得到芳砜纶复合薄膜预产品，按重量百分数计算，芳砜纶复合薄膜预产品中纳米碳纤维的充填量为20%；（4）将芳砜纶复合薄膜预产品在60℃进行干燥，除去水分，然后在温度为250℃，压力为100 mpa的条件下，将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，制得厚度为60μm的芳砜纶复合薄膜材料。
54.实施例2
55.本实施例芳砜纶复合薄膜材料的制备方法包括以下步骤：（1）将纳米碳纤维在砂磨机中砂磨60小时，使其粘度达到3000mpa
·
s，加入水和分散剂混合均匀，制得碳纤维浆料；按重量百分数计算，碳纤维浆料包括纳米碳纤维55%和分散剂3%，余量为水，纳米碳纤维为晶须碳纳米管；（2）将芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维按5：3的重量比进行混合后，采用造纸设备，以每分钟投料1200g的速度进行投料，制成厚度为1mm的多孔薄膜；其中，芳砜纶纤维的直径为15~25μm（由于分解后的芳砜纶纤维的直径大小是不统一的，因此芳砜纶纤维的直径是一个范围值）；（3）碳纤维浆料采用单面抽真空的方法，使纳米碳纤维渗透充填到多孔薄膜的空隙中，按重量百分数计算，芳砜纶复合薄膜预产品中纳米碳纤维的充填量为40%；（4）将芳砜纶复合薄膜预产品在80℃下干燥18h，除去水分，使面密度为80g/m2，然后在温度为300℃，压力为150 mpa的条件下，将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，制得厚度为50μm的芳砜纶复合薄膜材料。
56.实施例3
57.本实施例芳砜纶复合薄膜材料的制备方法包括以下步骤：（1）将纳米碳纤维在砂磨机中砂磨80小时，使其粘度达到4000mpa
·
s，加入水和分散剂混合均匀，制得碳纤维浆料；按重量百分数计算，碳纤维浆料包括纳米碳纤维60%和分散剂3%，余量为水，纳米碳纤维为气相生长的碳纤维；（2）将芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维按4：3的重量比进行混合后，采用造纸设备，以每分钟投料1500g的速度进行投料，制成厚度为1.2mm的多孔薄膜；其中，芳砜纶纤维的直径为40~60μm（由于分解后的芳砜纶纤维的直径大小是不统一的，因此芳砜纶纤维的直径是一个范围值）；（3）采用后高压压入的方式，将碳纤维浆料中的纳米碳纤维填充至多孔薄膜的空
隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品，按重量百分数计算，芳砜纶复合薄膜预产品中纳米碳纤维的充填量为60%；（4）将芳砜纶复合薄膜预产品在60℃下干燥20小时，除去水分，然后在温度为300℃，压力为180 mpa的条件下，将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，制得厚度为40μm的芳砜纶复合薄膜材料。
58.具体的，采用通用的纸张检测仪器设备检测实施例1-3制得的芳砜纶复合薄膜材料的机械性能，检测结果如下表1所示。
59.表1 实施例1-3的芳砜纶复合薄膜材料的性能检测结果实施例1实施例2实施例3密度60g/m270g/m250g/m2断裂强度3.5cn/dtex3.7cn/dtex3.0cn/dtex断裂伸长率25%28%20%卷曲度11.5%9%13%回潮率7.15%6.28%4.56%干热收缩率0.42%0.46%0.5%极限氧指数（loi）33%36%38%长期使用温度250℃255℃265℃具体来说，从实施例1-3的测试数据可以看出，实施例1-3的干热收缩率均小于≤0.5%，由此可见，实施例1-3制得的芳砜纶复合薄膜材料的耐温性能好，不容易发生收缩，并且可在250℃长期使用。
60.具体地，附图1-3为实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料的表面sem图，其中，图1为放大50000倍的表面sem图，图2为放大30000倍是表面sem图，图3为放大10000倍的表面sem图，图4和图5为实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料横切面的sem图，由图1至图5可知，本实施例的微观状态是由芳砜纶纤维（6-8μm）交叉重叠交联形成的薄膜，sem电子显微镜可清晰显示其内部微观结构，是一种多孔道相通的薄膜材料。
61.图6为实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料发热速度测试结果图，从图6可以看出对芳砜纶复合薄膜材料施加的功率密度和温度的关系，随着输入的功率密度越大，芳砜纶复合薄膜材料的温度越高。
62.图7是实施例1制得的芳砜纶复合薄膜材料发射电磁波的波长测试结果图，显示芳砜纶复合薄膜材料通电后发射的电磁波频谱，从图7可以看出芳砜纶复合薄膜材料的辐射波长在2~20μm，特别是在8~12μm的区域中，发射的电磁波强度大，该区域属于远红外光谱区域。
63.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
64.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将纳米碳纤维进行研磨后，加入水和分散剂混合均匀，制得碳纤维浆料；所述纳米碳纤维为晶须碳纳米管、气相生长的碳纤维中的任意一种或两种的组合；（2）将芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维混合后，采用造纸方法制成多孔薄膜；所述芳砜纶纤维的直径为2~60μm；（3）将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合，使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透充填至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品；（4）将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，得到芳砜纶复合薄膜材料。2.根据权利要求1所述芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（2）中，所述芳砜纶纤维和所述芳砜纶沉析纤维按（1~5）：（1~5）的重量比进行混合。3.根据权利要求1所述芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，按重量百分数计算，所述芳砜纶复合薄膜预产品中纳米碳纤维的充填量为10~80%。4.根据权利要求3所述芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，通过剪切和超声处理使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。5.根据权利要求3所述芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，采用单面抽真空的方法，使碳纤维浆料中的纳米碳纤维渗透至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。6.根据权利要求3所述芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（3）中，将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合的方法如下：将多孔薄膜置于碳纤维浆料中，采用高压压入的方式，将碳纤维浆料中的纳米碳纤维压入多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品。7.根据权利要求1所述芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）中，按重量百分数计算，所述碳纤维浆料包括纳米碳纤维5%~60%和分散剂0.5%~3%，余量为水。8.根据权利要求1所述芳砜纶复合薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）的操作方法如下，在温度为200℃~400℃，压力为20~200 mpa的条件下，将芳砜纶复合薄膜预产品进行热压，形成芳砜纶复合薄膜材料。9.一种芳砜纶复合薄膜材料，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的芳砜纶复合薄膜材料的制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种芳砜纶复合薄膜材料及其制备方法，涉及芳砜纶复合材料制备领域。本发明芳砜纶复合薄膜材料的制备方法如下：将纳米碳纤维进行研磨后制得碳纤维浆料；纳米碳纤维为晶须碳纳米管和/或气相生长的碳纤维；将芳砜纶纤维和芳砜纶沉析纤维混合后，采用造纸方法制成多孔薄膜；芳砜纶纤维的直径为2~60μm；将碳纤维浆料与多孔薄膜进行复合，使碳纤维浆料中的纳米碳纤维充填至多孔薄膜的空隙中，得到芳砜纶复合薄膜预产品；进行热压，得到芳砜纶复合薄膜材料。本发明能够制备得到远红外线发射率高且收缩率低的芳砜纶复合薄膜材料，扩宽了芳砜纶复合薄膜材料的应用领域，解决了现有发热复合材料耐高温性能差和高温收缩率高的问题。高的问题。高的问题。


技术研发人员：孙晓刚 何振斌
受保护的技术使用者：广东宏伙控股集团有限公司
技术研发日：2023.07.12
技术公布日：2023/8/14