CN101392475B - 含有聚砜酰胺沉析纤维合成纸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种合成纤维纸，其含有结构纤维5～95重量份，粘接纤维5～95重量份，其中所述结构纤维是聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，所述粘结纤维是聚砜酰胺沉析纤维，该合成纤维纸通过湿法抄造将所述结构纤维、粘接纤维抄造成形，并经过热轧制备而成。本发明的合成纤维纸具有高温下的强度保持率较高的特点，较之全对位纤维、全间位纤维和全聚砜酰胺纤维材料的绝缘纸，成纸综合性能优异，适合更高温度环境下的绝缘要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种合成纤维纸，特别涉及一种含聚砜酰胺沉析纤维的化学纤维纸及其制备方法。
背景技术
随着航空航天、军事、电子、机械以及其他对安全性和轻便性要求高的行业里，高性能芳纶纤维因能同时具有高强度、低变形、耐高温、耐化学腐蚀、无疲劳反应和优良的绝缘性能等诸多特性，而被得到广泛的应用，因此，高性能芳纶纤维纸也应运而生。
已有的芳纶纤维用于造纸，对聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(芳纶1414纤维)而言，多数采用聚酯或聚苯硫醚热熔性纤维作为粘结纤维；对聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(芳纶1313纤维)而言，基本采用芳纶1313沉析纤维作为粘结纤维。申请号为99114635.2的中国专利中公开了一种以芳纶1414纤维作主体纤维，聚酯纤维(聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维)作粘接纤维，制成的一种合成纤维纸，其粘结效果为点粘结，纤维间的空穴多，纸张结构疏松，渗透性大，成纸耐击穿电压低。专利申请CN1834342提供了一种全间位芳纶纤维纸，其含有5～95％的芳纶1313短切纤维和5～95％芳纶1313沉析纤维，因其主要以间位芳纶沉析纤维作为粘结纤维，其在高温环境下的强度保持率有所不足，难以应用到更广泛的绝缘材料领域。
发明内容
本发明所要解决的技术方案是提供一种高温下强度保持性高、绝缘性良好的合成纤维纸。
为了解决上述问题，本发明提供了一种合成纤维纸，其含有：
结构纤维 5～95重量份
粘接纤维 5～95重量份
其中所述结构纤维是聚间苯二甲酰间苯二胺纤维(芳纶1313纤维)，所述粘结纤维是聚砜酰胺沉析纤维。
上述聚间苯二甲酰间苯二胺纤维是聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，纤度1～2d、长度0.05～10mm；聚砜酰胺沉析纤维是细小的、无规则的纤维状或薄膜状碎片，其三维尺寸中的两个达到微米级。
上述的合成纤维纸优选含有聚间苯二甲酰间苯二胺纤维55重量份和聚砜酰胺沉析纤维45重量份。
本发明的合成纤维纸是通过湿法抄造，将所述结构纤维、粘接纤维抄造成形，并经过热轧制备出所述的合成纤维纸。
本发明还进一步提供了上述合成纤维纸的制备方法，为制备本发明的纸张，在水中按重量百分比加入5～95％的聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，经分散设备分散后制成浆料，在水中按重量百分比加入5～95％的聚砜酰胺沉析纤维，经分散设备分散后制成浆料，上述两种分散后的浆料混合，得到造纸浆料。将所述造纸浆料用造纸机抄造，在流浆箱中浆液被均匀地分布至造纸成型网上，当浆液沿成型网运行时，水从纸浆中滤除，形成湿纸坯，湿纸坯离开成型网，由下毛毯传送，经过真空吸水箱和湿压榨除去大部分游离水后，进入纸机干燥部干燥。干燥的作用是不破坏或损坏纸页下除去水分，通过湿纸页与加热缸的表面接触而进行干燥。干燥后的纸页再经热轧机高温热轧，然后经过压光机表面整饰，最后得到含聚砜酰胺沉析纤维的绝缘纸。
热轧是生产合成纤维纸的一个十分重要的环节，经湿法成形的合成纤维坯纸，通过热轧机，加有沉析纤维的纸表面则在高压下，产生一定程度的熔粘，纸坯受热定型，使纸张产生了较高的物理性能和电气性能。聚砜酰胺沉析纤维的玻璃化温度是250～260℃之间，适宜的热轧工艺是使沉析纤维部分塑化，成纸的物理强度将得到显著的提高。本发明控制热轧温度240～290℃，控制热轧线压力30～200kg/cm，轧速为3～30m/min。
热轧后的纸在有必要时，可经过压光整饰，控制温度0～250℃，压光线压力10～180kg/cm，轧速为3～30m/min。对合成纤维纸进行压光整饰，类似植物纤维纸一样，可较显著地提高纸的平滑度、光泽度，而最重要的一点是增加了纸张厚度的均一性且降低了纸张的厚度，而且随压光压力的增加，纸的厚度、气孔率、透气度、撕裂度降低，同时提高了纸张的紧度和伸长率，也提高了纸的绝缘强度。
作为粘结聚砜酰胺沉析纤维可以通过商业途径购买得到，也可以通过聚砜酰胺浆液沉析制成，即用二氨基二苯砜与等克分子的对苯二甲酰氯在二甲基乙酰胺溶液中进行低温缩聚制得的聚砜酰胺树脂，再经过沉析机的制品。聚砜酰胺树脂是均匀的粘状液体，二甲基乙酰胺(DMAC)作为溶剂。当聚砜酰胺树脂通过泵输送至沉析机，从0.8～1.0mm的喷嘴口喷出，并与由DMAC和水组成的混合液相混和，聚砜酰胺的溶解度急剧下降，原先的平衡被破坏，聚砜酰胺析离沉析出来，溶剂DMAC的作用效果大于水，致使沉析出来的纤维呈乳白色。沉析机内高速剪切作用，使沉析纤维成细小的、无规则的纤维状或薄膜状碎片。沉析纤维与植物纤维虽然有所不同，但沉析纤维在制备过程中，由于高压喷射，急剧析出，高速剪切等作用，沉析出来的纤维与植物纤维有着相似叩解度。制备沉析纤维的影响因素很多。聚砜酰胺树脂的粘度(即聚合度和分子量)、溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)水溶剂的浓度、浆液的进浆压力以及沉析机转速等均对沉析纤维的叩解度产生显著的影响。通过聚砜酰胺树脂，利用可控的凝固溶液组合物使聚合物沉淀，DMAC水溶液浓度为33％～45％，进浆压力0.6～1.2MPa，沉析机转速2500～3500r/min，高转速下产生出了适合造纸的良好质量沉析纤维的剪切力，析出二维细小的薄膜条状的纤维，最后经过水洗，打浆精制，通过打浆，使缠绕在一起的纤维疏解开，并增加了沉析纤维的比表面积，进而增强了纤维间的氢键结合。制得的沉析纤维质量的好坏，将直接影响到合成纸的机械强度。
用经过打浆的浆料造出的纸，在结构上紧密、且强度高。打浆好的纤维能制备出紧度高和匀度好的纤维纸张。通过提高打浆的作用，叩解度高的纤维，纤维的比表面积大，纤维间的结合表面数量增加，进而增加了纸张的耐破度，抗张强度。因此为提高芳纶绝缘纸的抗张强度，必须设法提高沉析纤维的叩解度。本发明控制聚砜酰胺沉析纤维的打浆度为40～80°SR。
本发明采用聚砜酰胺沉析纤维沉析纤维作为粘结纤维，由于聚砜酰胺分子结构的主链上有砜基(—SO2)，所以耐热性和热稳定性很好，特别是抗热氧化性能更突出，在300℃热空气中，经100小时后1313沉析纤维纸片的强度保持率为50～60％，而聚砜酰胺沉析纤维纸片可达60～70％。在350℃热空气中，经50小时后，1313沉析纤维纸片已遭破坏，而聚砜酰胺沉析纤维纸片的强度保持率仍达50％。而且聚砜酰胺沉析纤维的分解温度略高于1313沉析纤维，在分解温度下，失重较小，在270℃以下有良好的尺寸稳定性。因此将聚砜酰胺沉析纤维浆料添加到合成纸浆中，赋予了合成纸浆类似于植物纸浆的成纸特性，同时也使未热轧的毛胚纸具有了较高的初始强度，并在随后的热轧过程中，聚砜酰胺沉析纤维在高温、高压的作用下，这种强度得到了更加充分地体现。
本发明采用1313短切纤维作骨架，聚砜酰胺沉析纤维作粘接纤维，既体现了1313纤维的高模量、高强度的优势，又发挥了聚砜酰胺纤维耐高温，且高温下的强度保持率较高的特点，较之全对位纤维、全间位纤维和全聚砜酰胺纤维材料的绝缘纸，成纸综合性能优异，适合更高温度环境下的绝缘要求，纤维纸具有轻质、柔软、高强度、低变形、耐高温和优良的绝缘性能等诸多特性。
以上是对本发明的一般性描述，下面将通过具体实施方式对本发明的权利要求作进一步解释。
具体实施方式
以上是对本发明的一般性描述，下面将通过具体实施方式对本发明的权利要求作进一步解释。
材料来源：
芳纶1313纤维：广东新会彩艳公司生产
聚砜酰胺沉析纤维：自制，即通过聚砜酰胺浆液沉析制成
【实施例1】
按下述比例配制本实施例1合成纤维纸：
芳纶1313纤维(5～6mm) 55重量份(以下称“份”)
聚砜酰胺沉析纤维 45份
将上述含量芳纶1313纤维，按1％重量浓度在纤维疏解机中制成纸浆，另将聚砜酰胺沉析纤维按2％浓度经磨浆机打浆，控制打浆度约55°SR，制成浆液。将两种浆液配料池中混合均匀后，从而形成能够添加至造纸网前箱的造纸纸浆，在稳浆箱中加入聚氧化乙烯。经稳浆箱调节浆液上网压头，在流浆箱中浆液被均匀分布到造纸成型网上，多余浆液经溢流至白水池。当浆液沿成形网运行时，借助伏辊的作用，水从纸浆中滤出，湿纸页离开网面，湿纸页在上毛毯上，经真空箱到湿压榨进一步脱去水分，进入纸机干燥部。随后纸页经热轧机热轧，热轧的温度为240～290℃，热轧线压力30～200kg/cm，轧速为3～30m/min。热轧后的纸，再经过压光机整饰，控制温度180℃，速度为3～30m/min，得到的结果见表1：
表1纤维纸的物理机械性能
聚氧化乙烯在纸的抄造过程中为一种过渡物，作为分散剂使用，有助于芳纶纤维的分散，当形成纸坯后，大部分的聚氧化乙烯随水被造纸成型网滤除，残余的少量聚氧化乙烯在热轧过程中高温时分解，在成纸中几乎不含该成分。
【实施例2】
按下述比例配制本实施例2纤维纸：
芳纶1313纤维(5～6mm) 90份
聚砜酰胺沉析纤维 10份
本实施例调整芳纶1313纤维和聚砜酰胺沉析纤维用量，纤维纸的制备方法与实施例1相同，得到的结果见表2：
表2纤维纸的物理机械性能
【实施例3】
按下述比例配制本实施例3纤维纸：
芳纶1313纤维(5～6mm) 15份
聚砜酰胺沉析纤维 85份
本实施例调整芳纶1414纤维和沉析纤维用量，纤维纸的制备方法与实施例1相同，得到的结果见表3：
表3纤维纸的物理机械性能
【实施例4】
按下述比例配制本实施例4纤维纸：
芳纶1313纤维(5～6mm) 55份
芳纶1313沉析纤维 45份
本实施例采用芳纶1313纤维和芳纶1313沉析纤维造纸，纤维纸的制备方法与实施例1相同，然后与实施例1得到的纸，做不同温度条件下的强度比较，结果见表4：
表4纤维纸在热态环境下的抗张强度保持率
本发明不限于以上实施方式，可以根据参配比例、热轧工艺等参数与合成纤维纸物理机械强度指标的依存关系，改变配比和参数，制成可满足用户特殊要求的产品型号和规格；本领域技术人员还可以做出各种改变和变形，在不脱离本发明精神的前提下，均落在本发明的范围内。
Claims (3)
1.一种合成纤维纸，其特征在于其含有：
结构纤维 5～95重量份
粘接纤维 5～95重量份
其中所述结构纤维是聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，所述粘结纤维是聚砜酰胺沉析纤维；所述聚间苯二甲酰间苯二胺纤维是聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，纤度1～2d、长度0.05～10mm；所述聚砜酰胺沉析纤维是细小的、无规则的纤维状或薄膜状碎片，其三维尺寸中的两个达到微米级；
所述合成纤维纸是通过湿法抄造将所述结构纤维、粘接纤维抄造成形，并经过热轧制备而成，包括下述步骤：
1)在水中加入5～95重量份的聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，经分散设备分散后制成浆料；在水中加入5～95重量份的聚砜酰胺沉析纤维，经分散设备分散后制成浆料，打浆度为40～80°SR，上述两种分散后的浆料混合，得到造纸浆料；
2)将所述造纸浆料抄造成形；
3)压榨、干燥；
4)热轧，热轧的温度为240～290℃，热轧线压力30～200kg/cm，轧速为3～30m/min。
2.权利要求1所述合成纤维纸，其特征在于其含有：
聚间苯二甲酰间苯二胺纤维 55重量份
聚砜酰胺沉析纤维 45重量份。
3.权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述步骤4)后进一步包括压光整饰的步骤，温度为0～250℃，压光线压力10～180kg/cm，轧速为3～30m/min。
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