CN100567633C - 以对位芳纶短切纤维为原料的芳纶纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及芳纶纸及其制备方法，属特种纤维合成芳纶纸制造技术领域。以对位芳纶短切纤维为原料的芳纶纸及其制备方法，特征在于采用芳纶纤维制成芳纶纸，1)芳纶短切纤维和其他组分的分散和制备；2)浆料上网成形；3)压榨、干燥；4)高温压光成型。本发明提供了芳纶纸及其制备方法，具有独特的原料配比设计方案，解决了芳纶纤维在分散介质中的絮聚问题，使用保证芳纶指标完美实现的高温压光设备；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、高温过滤、航空航天、电子、交通运输等领域。

Description

以对位芳纶短切纤维为原料的芳纶纸及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种芳纶纸及制备方法，属特种纤维合成纸制造技术领域。

二、背景技术

1、申请号：200410026569.1发明专利申请提供了一种芳纶酰胺纸的制备方法，包括下述步骤：在水中加入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原纤化纤维、1-80％的芳纶浆粕及分散助剂、原料分散后得到浆料；浆料上网成形；脱水、压榨、干燥；热压成型；上述各组份的比例为重量百分比。该发明可有效解决芳纶纸制造工艺中关键技术问题，使其工艺更为合理，可有效提高芳纶纸的匀度以及纸张的抗张强度、撕裂强度、撕裂度、耐磨性等机械性能并具有良好的弹性和柔韧性。

2、申请号：200410037774.8发明专利申请提供了一种碳纤维芳纶纤维合成纸及湿法抄造技术，涉及一种以碳纤维和芳纶纤维为结构纤维、辅以粘接纤维制成的合成纤维纸；该合成纤维纸具有轻质、柔软、高强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗化学腐蚀、良好的导电性和导热性、低热膨胀系数、生物相容性好等优异特性，可被广泛用于机电、航空等高技术领域；该发明还提供了该种合成纤维纸的湿法制备方法。

3、申请号：99125156.3发明专利申请提供了一种完全芳族聚酰胺纤维合成纸片技术，其含有70-96％重量的芳族聚酰胺短纤维组分和4-30％重量的粘合剂组分，即一种树脂粘合剂和/或耐热纤条体，该芳族聚酰胺短纤维组分包括30％重量或更高的对位型芳族聚酰胺短纤维，且每一根具有两个或更多相互隔开的环形凸起的最大直径R与短纤维无环形凸起部分最小直径r的平均比值R/r是1.1或更大。

4、申请号：00810718.1发明专利申请提供了一种全芳族聚酰胺纤维纸和从它制得的层压板材技术，它由通过液晶纺丝所形成的全芳族聚酰胺纤维组成。该纤维纸能用作电路的基板的基础材料，和它能够在高湿度下显示出高的电绝缘可靠性，优异的后加热尺寸稳定性和高的耐热性。

5、专利号：93106746.4发明专利申请提供了一种制备高透气度的强力芳族聚酰胺纸的方法技术，通过对由聚(对苯二甲酰对苯二胺)短纤维和聚(间苯二甲酰间苯二胺)沉析纤维组成的压光纸进行热处理，对纸强加热时，不加压力，在至少为249℃温度下加热12-100秒，从而得到了具有改善的抗张强度和提高透气度的纸。

6、专利号：99114635.2发明专利提供了一种特种合成绝缘纤维纸的方法，该合成纸纤维中含有聚对苯撑对苯二甲酸酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维和云母粉，用于绝缘用途和特殊复合材料中的结构材料。

三、发明内容

本发明的目的在于提供以对位芳纶短切纤维为原料的芳纶纸及其制备方法，并且是能够在原料方面和分散及压光技术方面克服已有技术不足的制备方法。

芳纶纸是以芳纶纤维为主要原料抄造以及经过特殊压光设备处理的特种合成纤维制纸。芳纶纤维即芳香族聚酰胺纤维，分子链中含有酰胺基以及芳香环，刚性强，纤维耐热和初始模量都很显著。其主要品种是间位芳纶和对位芳纶。间位芳纶具有出色的耐高温绝缘特性，主要用于特种防护服、高温过滤材料、电气绝缘材料、蜂窝结构材料等；对位芳纶具有极好的金属特性，主要用于国防军工、航天航空、轮胎及土木、防护用品的骨架材料。芳纶纤维制纸具有芳纶纤维的很多优良特性。

本发明芳纶纸制备方法，以芳纶短切纤维为主体结构纤维制成芳纶纸；

本发明提供合成的芳纶纸和合成这些芳纶纸的方法。

本发明以对位芳纶短切纤维为原料的芳纶纸，包含有以下组分

按照重量百分比，芳纶短切纤维10％～90％，间位芳纶沉析纤维10％～90％，聚酯短切纤维0％～60％，云母0～50％；

上述芳纶短切纤维可以为间位芳纶短切纤维或者对位芳纶短切纤维；

优选组分方案，包含有以下组分

间位芳纶短切纤维10％～90％，间位芳纶沉析纤维10％～60％，聚酯短切纤维0％～60％，云母0～50％；

更优选组分方案，包含有以下组分

间位芳纶短切纤维30％～70％，间位芳纶沉析纤维30％～50％，聚酯短切纤维0％～40％，云母0～40％；

另一优选组分方案，包含有以下组分

对位芳纶短切纤维20％～80％，间位芳纶沉析纤维20％～80％，聚酯短切纤维0％～50％，云母0～50％；

更优选组分方案，包含有以下组分

对位芳纶短切纤维40％～60％，间位芳纶沉析纤维40％～60％，聚酯短切纤维0％～40％，云母0～40％；

所述间位芳纶短切纤维，即聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，芳纶1313纤维，属于芳香族聚酰胺聚合物，是一种优良的耐高温阻燃和绝缘的高科技特种纤维，具有良好的物理机械性能、化学稳定性、热稳定性、阻燃性、电绝缘性和耐辐射性，是合成纸的主要结构和性能原料，间位芳纶合成纸作为芳纶1313纤维的后加工产品，具有良好的机械性能和绝缘性能，是一种高附加值的特种纤维纸，该间位芳纶纸可作为耐高温绝缘材料用于电机、变压器制造等电工绝缘领域，也可作为蜂窝结构材料用于航空航天及高速列车等高科技领域，本类纤维是由连续的1.5-2.0D细度的间位芳纶长丝切成的4-10mm长的短段纤维，是采用喷丝、热牵伸和切断工艺及设备生产出的具有良好的分散性和机械强度的芳纶短切纤维，能够解决其他生产方法中间位芳纶短切纤维在流送系统中的絮聚缠绕问题；

所述间位芳纶沉析纤维为聚间苯二甲酰间苯二胺原液在沉析溶剂中经沉析设备细化剪切处理的外观类似于植物纤维纸浆的间位芳纶沉析纤维，具备一定打浆度和在水中极好的分散性，我们在生产过程中通过改变沉析设备的齿的咬合形状为直线和采用特殊优质材料增强齿盘的刚度，增强沉析设备对原料的剪切，改善其成形状态，生产出打浆度和纤维结合力都符合造纸要求的沉析纤维；

所述对位芳纶短切纤维，即聚对苯二甲酰氯对苯二胺短切纤维，芳纶1414纤维，也属于芳香族聚酰胺聚合物，具有高强度、高模量、耐冲击、耐高温、耐腐蚀、耐屈挠等优异性能，分散性良好，是合成纸的主要结构和性能原料，应用于军队防弹用品及雷达，航天等高科技领域；

所述聚酯短切纤维，即涤纶短切纤维，本身具有极高的机械强度，较好的电绝缘性能和较好的耐腐蚀性能，本发明使用的是细度1.5-2.0D长度4-10mm的聚酯纤维，也起到以低熔点粘结结构纤维形成纸页的作用，可以根据不同纸种的绝缘等级要求选用不同熔融温度的各种种类的聚酯纤维；

所述云母是一种层状硅酸盐矿物，具有良好的耐酸碱、绝缘、耐热、阻燃和防腐特性。

本发明芳纶纸制备方法，以对位芳纶短切纤维为主体结构制成芳纶纸，制备方法步骤如下：

1.芳纶短切纤维和其他组分的分散和制备；

2.浆料上网成形；

3.压榨、干燥；

4.高温压光成型。

本发明的作用机理是：芳纶纸以间位或对位芳纶短切纤维为主要结构原料，间位芳纶沉析纤维、对位芳纶浆粕或者聚酯纤维等作为粘结纤维、云母粉作为填料，上述组分按比例在水中配成悬浮液，经湿法造纸设备抄造后，通过加热加压等作用，粘结纤维高温熔融与芳纶短切纤维及填料粘结，形成结合紧密的纸页。该发明中的几种芳纶纸都适合这种抄造方法和成纸机理。

在芳纶纸的各种配比原料当中，间位和对位芳纶的短切纤维所占的比例的多少主要起到骨架支撑的作用，除了粘结纤维和芳纶短切纤维之间的化学结合力之外，芳纶纤维本身的机械强度和性能也对成纸有主要贡献。间位芳纶沉析纤维在芳纶纸的抄造过程当中赋予纸良好的抄造性能，加强纤维之间的结合力，利于成形、湿压和烘干以后的抄纸过程；同时沉析纤维在热压时将所有组分粘结，形成了化学结合力，纸页强度大大提高。配比原料中的聚酯短切纤维本身的强度和电气性能也很高，相对芳纶纤维，其软化温度比较低，可以作为粘结纤维在纸页结构中存在。云母作为填料，具有良好的阻燃绝缘性能，可以填充纸页成形时形成的空隙。这几种组分组成的芳纶纸中，间位芳纶短切纤维和沉析纤维抄造的芳纶纸具有比较高的绝缘等级(F级以上)和较大的应用领域如电机、变压器、蜂窝结构材料、高温过滤材料等。对位芳纶短切纤维和沉析纤维抄造的芳纶纸则可以通过层压和浸漆等方法进行深加工，作为印刷线路板、集成模块和电子互联装置等高科技领域。而添加聚酯纤维的芳纶纸则可以用在耐温要求较纯间位芳纶纤维偏低但更广泛的绝缘领域里。添加云母的芳纶纸则可以用在耐温和绝缘较大的范围，只是物理强度不如纯间位芳纶纤维纸。聚酯纤维和云母都使得生产的原料成本降低，加工的难度也大大减小，而应用更广泛。

芳纶纤维的分散需要注意其在分散浓度和分散时的扰动，其他生产芳纶纸的方法中，纤维的分散需要借助化学助剂，这对于模量很大的芳纶纤维来讲效果不大，况且这增加了污水处理的难度。另外，分散助剂会在纤维中残留，通过比较我们发现，分散剂降低了芳纶纸的耐温性，对电气性能如介质损耗因子有负面影响。我们认为纤维分散以前的纤维的生产过程更决定其分散效果，于是我们采用了先进的喷丝、热牵伸和切断工艺及设备，生产的芳纶纤维分散良好，不絮聚，上网成形均匀。

芳纶纸需要经过高温压光，即压光的同时还要高温处理，本发明中的高温压光技术能够克服辊体高温下的变形，保证了芳纶纸的厚度各向的均一。同时，加温范围可以适应加工各种芳纶纸的温度要求，这是本发明中芳纶纸独特的配比设计的设备基础，可以适应广泛的市场需求。

本发明以芳纶短切纤维为原料的芳纶纸具有芳纶纤维的很多物理和电气性能特点，具有优异的耐热绝缘特性，以及良好阻燃、耐腐蚀和耐辐射特性，可加工成绝缘复合材料和蜂窝材料广泛用于电机、变压器、电子、汽车、火车军工和航空航天领域。

四、附图说明

图1：本发明芳纶纸及其制备方法主流程图；

图2：本发明芳纶纸及其制备方法具体实施流程图。

五、具体实施方式

下面结合附图给出本发明具体实施方案，进一步说明本发明技术解决方案，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：本实施方式以芳纶短切纤维为原料的芳纶纸，按照重量百分比，间位芳纶短切纤维10％，间位芳纶沉析纤维70％，聚酯短切纤维10％，云母10％；

本实施方式芳纶纸制备方法，步骤见图1、图2的制备方法流程图所示：

1、芳纶短切纤维和其他组分的分散和制备；

2、浆料上网成形；

3、压榨、干燥；

4、高温压光成型。

具体实施方式如下：

所述芳纶纸几种组分经过分散以及处理制成浆料，过程包括以下工艺：

1)碎浆机碎解：将各种组分分别投入单独的水力碎浆机中，加入去离子水进行中浓碎解，碎解浓度为2-6％；

2)调配浆料浓度：碎解后的浆液经泵输送到调配浆池，加入去离子水，调配浓度至0.5-1.5％；

3)打浆疏解：浆池中的浆料用浆泵输送到打浆疏解设备进行处理，使纤维达到良好的分丝帚化和疏解效果，符合抄造要求的打浆度；

4)除砂器净化：将调配好的浆料用浆泵输送到锥形除砂器进行净化，把比重较大的杂质除去；

5)云母的制备：把云母研磨成粒度很小的粉状，在单独的罐中调配成0.2-1.0％的浓度，在浆料处理完毕、上浆抄造之前与浆料均匀混合。

所述浆料上网成形工序为上述浆料混合后稀释，经过压力筛筛选良浆上网成形；通过调节浆速和网速的比值为0.96-1.02之间，调整纸的强度纵横差；不同定量下的上网浓度在0.01-0.05％；选用斜网成型器作为抄造本方法中系列芳纶纸的成型器；

所述压榨、干燥工序如下：

1)压榨工序采用一道复合压榨脱水和光压提高湿纸紧度；

2)所述干燥工序为复合干燥：非接触式远红外干燥和传统接触式烘缸干燥结合；干燥工序用纳米颗粒材料进行表面涂布处理，使产品最终达到更强的耐温、耐压性能；

所述高温压光成型工序中，高温压光工作温度为200-380℃，最高工作温度及工作温度范围超过普通加热压光设备，能够达到芳纶的高软化温度要求和各种粘结纤维适应的温度条件；以100-350Kg/cm线压条件热压成型，利用沉析纤维或者聚酯纤维将芳纶短切纤维粘结在一起，制得芳纶纸。

本实施方式的芳纶纸制备方法，在纸的原料配比设计方面较为新颖，解决了芳纶纤维在分散介质中的絮聚问题，使用保证芳纶指标完美实现的高温压光设备，在分散及压光技术方面克服已有技术不足，为芳纶纸的制造过程提供了更加有效的新方法，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、高温过滤、航空航天、电子、交通运输等领域。

实施例2：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，间位芳纶短切纤维10％，间位芳纶沉析纤维90％。

实施例3：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，间位芳纶短切纤维30％，间位芳纶沉析纤维50％，聚酯短切纤维20％。

实施例4：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，间位芳纶短切纤维90％，间位芳纶沉析纤维10％。

实施例5：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，间位芳纶短切纤维70％，间位芳纶沉析纤维10％，云母20％。

实施例6：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，间位芳纶短切纤维30％，间位芳纶沉析纤维30％，聚酯短切纤维20％，云母20％。

实施例7：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，间位芳纶短切纤维30％，间位芳纶沉析纤维30％，聚酯短切纤维40％。

实施例8：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，间位芳纶短切纤维20％，间位芳纶沉析纤维20％，聚酯短切纤维20％，云母40％。

实施例9：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，对位芳纶短切纤维20％，间位芳纶沉析纤维80％。

实施例10：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，对位芳纶短切纤维80％，间位芳纶沉析纤维20％。

实施例11：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，对位芳纶短切纤维40％，间位芳纶沉析纤维10％，聚酯短切纤维10％，云母40％。

实施例12：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，对位芳纶短切纤维60％，间位芳纶沉析纤维10％，聚酯短切纤维20％，云母10％。

实施例13：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，对位芳纶短切纤维10％，间位芳纶沉析纤维60％，聚酯短切纤维30％。

实施例14：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，对位芳纶短切纤维30％，间位芳纶沉析纤维30％，聚酯短切纤维40％。

实施例15：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，对位芳纶短切纤维30％，间位芳纶沉析纤维20％，云母50％。

实施例16：本实施方式与实施例1的区别在于：芳纶纸，对位芳纶短切纤维30％，间位芳纶沉析纤维20％，聚酯短切纤维50％。

Claims (2)

1、以对位芳纶短切纤维为原料的芳纶纸的制备方法，其特征在于方法如下：

(1)对位芳纶短切纤维、间位芳纶沉析纤维、聚酯短切纤维的分散处理与云母的制备；按照重量百分比，组分为对位芳纶短切纤维20％～80％，间位芳纶沉析纤维20％～80％，聚酯短切纤维10％～50％，云母10～50％，以上各组分的百分比含量之和满足100％；

包括以下流程

1))碎浆机碎解：将各种组分分别投入单独的水力碎浆机中，加入去离子水进行中浓碎解，碎解浓度为2-6％；

2))调配浆料浓度：碎解后的浆液经泵输送到调配浆池，加入去离子水，调配浓度至0.5-1.5％；

3))打浆疏解：浆池中的浆料用浆泵输送到打浆疏解设备进行处理，使纤维达到良好的分丝帚化和疏解效果，符合抄造要求的打浆度；

4))除砂器净化：将调配好的浆料用浆泵输送到锥形除砂器进行净化，把比重较大的杂质除去；

5))云母的制备：把云母研磨成粒度很小的粉状，在单独的罐中调配成0.2-1.0％的浓度，在浆料处理完毕、上浆抄造之前与浆料均匀混合；

(2)浆料上网成形；选用斜网成型器斜网成形技术，在提高车速的情况下，调节浆速和网速的比值为0.96-1.02之间，不同定量下的上网浓度在0.01-0.05％；

(3)压榨、干燥

1))压榨：压榨工序采用复合压榨脱水和光压提高湿纸紧度；

2))干燥：所述干燥工序为复合干燥；非接触式远红外干燥器和传统接触式烘缸干燥结合；用纳米颗粒材料进行表面涂布处理；

(4)高温压光成型

高温压光工作温度为200-380℃，以100-350Kg/cm线压条件热压成型，利用芳纶沉析纤维或者聚酯纤维将芳纶短切纤维粘结在一起，制得芳纶纸。

2、按照权利要求1所述以对位芳纶短切纤维为原料的芳纶纸的制备方法，其特征在于原料组分为

对位芳纶短切纤维40％～60％，间位芳纶沉析纤维40％～60％，聚酯短切纤维10％～40％，云母10～40％。

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