CN100554581C - 多比例分层复合抄造的芳纶酰胺纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多比例分层复合抄造的芳纶酰胺纸及其制备方法，包括以下步骤：在水中将面层、底层、芯层所需芳纶沉析纤维和短切纤维分别分散疏解成浆料；将芯层、面层、底层所需的芳纶短切纤维和沉析纤维浆料分别混合，用普通的抄纸方法上网成形；湿纸幅分别按照面、芯、底层顺序从上往下依次复合；压榨干燥；高温压光成型。本发明可有效地改善纸页的成形匀度；改变纸张中纤维分布的结构，湿法成形复合使得各层混为一体，充分利用不同芳纶纤维各自的粘接、绝缘和增强优势，有效地提高纸张的抗张强度、撕裂强度等机械性能，改善纸张的绝缘性能和表面平滑等性能。

Description

多比例分层复合抄造的芳纶酰胺纸及其制备方法

技术领域

本发明涉及间位芳纶造纸技术，属特种合成纤维纸制造技术领域，具体涉及一种多比例分层复合抄造的芳纶酰胺纸及其制备方法。

背景技术

芳纶纸是一种耐高温合成纤维纸，通常由聚芳酰胺短切纤维和沉析纤维在造纸机上混合抄造成纸，再经热压后制得芳纶纸。因其具有优良的机械性能、绝缘性能和耐温、耐化学等性能，而且质量轻，可用作结构材料、电机马达等的片型绝缘材料、隔热材料、包装材料、蜂窝材料、过滤材料等，广泛应用于航空航天、电子、交通等行业，也可用作层压板增强材料，涂胶后作挠性印制板的覆盖层和粘结片。

在芳纶纸抄造技术领域，众所周知，芳纶短切纤维提供纸张的机械强度性能，而芳纶沉析纤维提供纸张的绝缘性能，并作为纤维之间的粘接材料，沉析纤维的比例通常在30～70％。如果两种纤维抄纸配比不当，纸张的表面平滑度、机械强度以及纸张的电介质强度等都不能满足产品的要求。如沉析纤维比例过高，纸张的表面平滑度以及纸张的电介质强度会提高，但纸张的机械强度和热稳定性会下降，纸张不能满足产品的要求。

专利号为93106746.4的中国发明专利提出了一种“制备高透气度的强力芳族聚酰胺纸的方法”，该方法采用45～97％的对位芳纶短纤维、3～30％的间位芳纶浆粕和0～35％的石英纤维，制备一种适用于印刷电路板基材的芳纶纸，纸张(249℃)在加热不外加压力下加热12～100秒，得到具有改善抗张强度和提高透气度的纸。

专利号为97102466.9的中国发明专利提出了一种“全芳族聚酰胺纤维片”，这种绝缘性和在高温和/或高湿度下具有优异尺寸稳定性的全芳族聚酰胺短纤维网，包括：70～96％(由5～30％的间位全芳族聚酰胺短纤维和70～95％的对位全芳族聚酰胺短纤维混合物组成)短纤维网和4～30％掺入到该短纤维网中的粘合剂。

专利号为99125156.3的中国发明专利提出了一种“完全芳族聚酰胺纤维合成纸片”，含有70～96％芳族聚酰胺短纤维组分(含有30％重量或更高的对位型芳族聚酰胺短纤维)和4～30％粘合剂组分。

专利号为00810718.1的中国发明专利提出了一种“全芳族聚酰胺纤维纸和从它制得的层压板材”，这种纤维纸采用60～97％的对位芳纶纤维和3～40％的间位芳纶浆粕制得。

专利号为200410026569.1的中国发明专利提出了一种“芳纶酰胺纸及其制备方法与应用”，该芳纶酰胺纸采用20～90％的芳纶短纤维或聚对苯撑苯并二噁唑纤维、0～40％芳纶原纤化纤维或聚对苯撑苯并二噁唑细纤化纤维、1～80％的芳纶浆粕及分散助剂混合成浆制得，以提高芳纶纸的匀度以及纸张的抗张强度、撕裂度、耐磨性等机械性能并具有良好的弹性和柔韧性。

专利号为200410037774.8的中国发明专利提出了一种“一种碳纤维芳纶纤维合成纸及湿法抄造”，涉及一种以碳纤维和芳纶纤维为结构纤维、辅以粘接纤维混合制成的合成纤维纸。

专利号为200510049055.2的中国发明专利提出了“一种芳纶纸及其制备方法”，该方法的芳纶纸由经过分丝处理的间位芳纶纤维混合成纸后热压成型。

专利号为200610043659.0的中国发明专利提出了“一种间位芳纶纸及其制备方法”，该方法为纯间位芳纶纤维纸，采用5-95％的间位芳纶短切纤维和95-5％的间位芳纶沉析纤维两种浆料混合抄造热压成型。将在原料制造阶段解决了纤维分散问题，摒弃了原料分散对辅助化学原料的依赖，生产的芳纶纸匀度、机械强度、耐热性能和介电性能更好，用于电工绝缘、航空航天、交通运输等领域。

上述相关的专利技术，无论是采用对位芳纶纤维，或者是采用间位芳纶纤维来制备芳纶纸，其制备方法均是采用多种纤维或胶粘剂共同混合后进行单层抄造成形。对位芳纶纸产品在高温、高湿条件下的尺寸稳定性和绝缘性能较好，适合用于制备印刷电路板基材，但是由于对位芳纶的断裂伸长率较低，而且其分子结构对称性定向程度高，成纸后力学性能较差，影响了芳纶纸的使用。间位芳纶纸单层成形制造过程中，纸张Z向结构的组成一样，抄造较大定量(70g/m²以上)和厚度较大的纸张时，要同时实现纤维分散均匀、纸张Z向组织均匀、表面平滑和纸张的高强度性能以及纸张种类多样化等难度很大。造纸过程中对纸机的技术要求也比较高，上网浓度和纸幅的滤水性等均会对纸张的匀度造成很大的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够在抄纸方法上克服上述现有技术的缺点，制备方法简单的多比例分层复合抄造的芳纶酰胺纸及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先将芳纶沉析纤维和芳纶短切纤维分别在水中分散疏解成浆料，制成质量浓度为1-1.5％的芳纶短切纤维浆料和质量浓度为2-8％的芳纶沉析纤维浆料；然后按质量百分比将20-50％的芳纶沉析纤维浆料和50-80％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得到芯层；再按质量百分比将40-70％的芳纶沉析纤维浆料和30-60％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得面层和底层；将成形的一层或一层以上的芯层、面层和底层分别按照面层、芯层和底层的顺序从上至下复合；将复合后的纸张按照常规方法进行压榨干燥，然后在150-370℃，1-30MPa下高温压光成型即可。

本发明的芳纶纤维为间位芳纶纤维，即芳纶1313纤维，全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，芳纶短切纤维长度为4-12mm，细度为1-10旦；面层、底层占整个纸张重量的10-67％，芯层占整个纸张重量的90-33％；芯层、面层和底层复合过程是在湿纸幅状态下进行的，各层纤维经过造纸常规压榨过程后在界面处相互混为一体。

按照本发明的制备方法得到的芳纶酰胺纸，包括面层、芯层和底层。

本发明的芳纶纸面层和底层富含沉析纤维，提供了纸张的表面平滑和均匀性，芯层支撑着面层，富含高强度的短切纤维，提供了纸张的机械强度性能，各层采用同样的湿法抄造，复合成纸并热压后的界面粘接状态良好，不会分层。

附图说明

图1是本发明分层复合纸张的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不限于以下具体实施方案。

实施例1，首先将芳纶沉析纤维和长度为8mm，细度为7旦的芳纶短切纤维即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维分别在水中分散疏解成浆料，制成质量浓度为1％的芳纶短切纤维浆料和质量浓度为8％的芳纶沉析纤维浆料；然后按质量百分比将30％的芳纶沉析纤维浆料和70％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得到芯层2；再按质量百分比将40％的芳纶沉析纤维浆料和60％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得面层1和底层3；将成形的一层或一层以上的芯层2、面层1和底层3分别按照面层1、芯层2和底层3的顺序从上至下复合，其中面层1、底层3占整个纸张重量的67％，芯层2占整个纸张重量的33％；将复合后的纸张按照常规方法进行压榨干燥，然后在180℃，26MPa下高温压光成型即可。所成型纸张的物理性能如下：(1)使用温度10-200℃；(2)厚度0.13mm；(3)抗拉强度50N/cm；(4)断裂伸长率：7％；(5)撕裂度：2.0N；(6)耐压强度：18Kv/mm。

实施例2，首先将芳纶沉析纤维和长度为12mm，细度为3旦的芳纶短切纤维即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维分别在水中分散疏解成浆料，制成质量浓度为1.3％的芳纶短切纤维浆料和质量浓度为6％的芳纶沉析纤维浆料；然后按质量百分比将45％的芳纶沉析纤维浆料和55％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得到芯层2；再按质量百分比将60％的芳纶沉析纤维浆料和40％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得面层1和底层3；将成形的一层或一层以上的芯层2、面层1和底层3分别按照面层1、芯层2和底层3的顺序从上至下复合，其中面层1、底层3占整个纸张重量的50％，芯层2占整个纸张重量的50％；将复合后的纸张按照常规方法进行压榨干燥，然后在260℃，15MPa下高温压光成型即可。所成型纸张的物理性能如下：(1)使用温度10-200℃；(2)厚度0.13mm；(3)抗拉强度80N/cm；(4)断裂伸长率：7％；(5)撕裂度：4.0N；(6)耐压强度18Kv/mm。

实施例3，首先将芳纶沉析纤维和长度为4mm，细度为10旦的芳纶短切纤维即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维分别在水中分散疏解成浆料，制成质量浓度为1.2％的芳纶短切纤维浆料和质量浓度为2％的芳纶沉析纤维浆料；然后按质量百分比将20％的芳纶沉析纤维浆料和80％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得到芯层2；再按质量百分比将50％的芳纶沉析纤维浆料和50％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得面层1和底层3；将成形的一层或一层以上的芯层2、面层1和底层3分别按照面层1、芯层2和底层3的顺序从上至下复合，其中面层1、底层3占整个纸张重量的43％，芯层2占整个纸张重量的57％；将复合后的纸张按照常规方法进行压榨干燥，然后在330℃，8MPa下高温压光成型即可。

实施例4，首先将芳纶沉析纤维和长度为10mm，细度为1旦的芳纶短切纤维即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维分别在水中分散疏解成浆料，制成质量浓度为1.4％的芳纶短切纤维浆料和质量浓度为5％的芳纶沉析纤维浆料；然后按质量百分比将50％的芳纶沉析纤维浆料和50％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得到芯层2；再按质量百分比将70％的芳纶沉析纤维浆料和30％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得面层1和底层3；将成形的一层或一层以上的芯层2、面层1和底层3分别按照面层1、芯层2和底层3的顺序从上至下复合，其中面层1、底层3占整个纸张重量的25％，芯层2占整个纸张重量的75％；将复合后的纸张按照常规方法进行压榨干燥，然后在150℃，1MPa下高温压光成型即可。

实施例5，首先将芳纶沉析纤维和长度为6mm，细度为5旦的芳纶短切纤维即聚间苯二甲酰间苯二胺纤维分别在水中分散疏解成浆料，制成质量浓度为1.5％的芳纶短切纤维浆料和质量浓度为7％的芳纶沉析纤维浆料；然后按质量百分比将25％的芳纶沉析纤维浆料和75％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得到芯层2；再按质量百分比将65％的芳纶沉析纤维浆料和35％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得面层1和底层3；将成形的一层或一层以上的芯层2、面层1和底层3分别按照面层1、芯层2和底层3的顺序从上至下复合，其中面层1、底层3占整个纸张重量的10％，芯层2占整个纸张重量的90％；将复合后的纸张按照常规方法进行压榨干燥，然后在370℃，30MPa下高温压光成型即可。

本发明的芯层2、面层1和底层3复合过程是在湿纸幅状态下进行的，各层纤维经过造纸常规压榨过程后在界面处相互混为一体。

本发明的纸张应用多层成形分层抄造后，可以在现有的抄造技术上克服长纤维易絮聚的限制来抄造高定量的纸张，多层成型也为在纸页中使用更为广泛的原料组成提供了可能；芳纶纸主要由芳纶短切纤维与芳纶沉析纤维组成，在纸张成形后，通过加热加压作用，使得沉析纤维部分熔融，将短切纤维粘接起来。

相对于现有技术，本发明可有效地改善纸页的成形匀度；可改变纸张中纤维分布的结构，使纸页的两个表面比内层富含沉析纤维，纸基内部富含高强度的短切纤维，湿法成形复合使得各层混为一体，因此可以充分利用不同芳纶纤维各自的粘接、绝缘和增强优势，有效地提高纸张的抗张强度、撕裂强度等机械性能，改善纸张的绝缘性能和表面平滑等性能；本发明生产的芳纶纸可以适应更高要求的变压器、电机等电工绝缘以及交通运输等领域。

本发明在分多层抄造时可以采用多于三层的方法，即可以对一幅芳纶纸进行四层或五层等更多层次的分次抄造和复合。

Claims (4)

1、一种多比例分层复合抄造芳纶纸的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)首先将芳纶沉析纤维和芳纶短切纤维分别在水中分散疏解成浆料，制成质量浓度为1-1.5％的芳纶短切纤维浆料和质量浓度为2-8％的芳纶沉析纤维浆料；

2)然后按质量百分比将20-50％的芳纶沉析纤维浆料和50-80％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得到芯层(2)；

3)再按质量百分比将40-70％的芳纶沉析纤维浆料和30-60％的短切纤维浆料混合，用普通的抄纸方法上网成形得面层(1)和底层(3)；

4)将成型的一层以上的芯层(2)、面层(1)和底层(3)分别按照面层(1)、芯层(2)和底层(3)的从上至下复合；

5)将复合后的纸张按照常规方法进行压榨干燥，然后在150-370℃，1-30MPa下高温压光成型即可。

2、根据权利要求1所述的多比例分层复合抄造芳纶纸的制备方法，其特征在于：所述的面层(1)、底层(3)占整个纸张重量的10-67％，芯层(2)占整个纸张重量的90-33％。

3、根据权利要求1所述的多比例分层复合抄造芳纶纸的制备方法，其特征在于：所述的芯层(2)、面层(1)和底层(3)复合过程是在湿纸幅状态下进行的，各层纤维经过造纸常规压榨过程后在界面处相互混为一体。

4、一种根据权利要求1所述的方法制备的芳纶纸，其特征在于：包括面层(1)、芯层(2)和底层(3)。