CN101725062B - 一种芳纶纤维表面化学改性方法 - Google Patents
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Abstract
一种芳纶纤维表面化学改性方法，首先，在室温下配置饱和三氯甲烷溶液；然后，边搅拌边向饱和三氯甲烷溶液中加入芳纶短切纤维或芳纶浆粕，继续搅拌反应后将芳纶短切纤维或芳纶浆粕洗净配抄成纸；或采用饱和三氯甲烷溶液对芳纶短切纤维或芳纶浆粕进行改性后洗净配抄成纸，最后，在压力为12Mpa，温度为250℃下，对成纸进行热压光定型。本发明在保持纤维内部结构不变的情况下，有效地改善纤维和浆粕表面的弱界面层，提高纤维的表面能，使其在纸张成型过程中增强纤维间结合能力，改善纤维的分散性，从而提升芳纶纸张的物理强度性能。经过该方法处理后的芳纶纤维在配抄成纸后抗张指数和伸长率分别提升约20％和10％。
Description
技术领域
本发明属特种合成纤维纸制造技术领域，具体涉及一种芳纶纤维表面化学改性方法。
背景技术
芳纶纤维(芳香族聚酰胺纤维)以其优异的机械性能、耐热性能、阻燃性能、电气绝缘性能及耐溶剂等性能，广泛应用于航空、航天、国防、化工和海洋开发等军民两用领域。芳纶纸主要由芳纶短切纤维与芳纶浆粕纤维湿法成型，通过高温高压作用，使得浆粕纤维部分熔融，将短切纤维粘接起来。但芳纶具有独特的“皮-芯”结构，芯部由许多靠氢键联结的棒状分子构成，表皮由结晶程度更高的刚性分子链沿纤维轴向排列而成。同时，由于芳纶分子结构中存在大量芳香族环，而使分子链间氢键较弱，横向强度远远弱于纵向强度；而且由于芳纶纤维表面缺少化学活性基团，表面浸润性较差，同时纤维结构中的高结晶度使得纤维表面光滑，影响纤维和浆粕间的粘结性能。为了充分发挥芳纶优异的增强性能，提升芳纶纸的物理性能，需要对芳纶纤维进行改性，改善芳纶表面性能，增强纤维与浆粕间的界面结合状况，提升纸张的物理强度性能。
目前对芳纶纤维的化学改性主要集中在以下三个方面：一是利用强氧化性物质处理芳纶纤维，在苯环纤维表面产生刻蚀作用，破坏结晶状态，粗化纤维表面；二是利用硝化还原反应和氯磺化反应在苯环上进行接枝加成；三是利用酰胺基的水解或用金属化反应等进行氢取代引入极性基团，从而赋予纤维更好的性能。但是目前的刻蚀试剂多使用酰氯等反应活性较高的物质，其反应速度较快，并且刻蚀过程中很难保障反应仅在纤维表面发生，极易损伤纤维内层，导致纤维本身的拉伸强度降低；硝化还原反应和氯磺化反应除了存在难以控制反应程度的问题之外，由于苯环强的空间位阻等原因，使得在反应过程中引入活性官能团的数量有限，进一步的处理将破坏纤维的内部结构，使纤维强度降低；同时还存在试剂最适宜的浓度和处理时间的控制问题；酰胺基的水解反应对纤维的损伤太大，金属化反应过程相对比较复杂，工业化程度低。因此在化学改性芳纶纤维过程中，选择合适的化学试剂，控制浓度和反应时间等工艺条件至关重要。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种芳纶纤维表面化学改性方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)首先，在室温下配置饱和三氯甲烷溶液；
2)然后，边搅拌边向饱和三氯甲烷溶液中加入饱和三氯甲烷溶液质量5.5～7.9％的芳纶短切纤维，继续搅拌反应15～35min后将芳纶短切纤维洗净并与芳纶浆粕混合、配抄成纸；
或取两份饱和三氯甲烷溶液，边搅拌边分别向饱和三氯甲烷溶液中加入饱和三氯甲烷溶液质量5.5～7.9％的芳纶短切纤维和5～6％芳纶浆粕，继续搅拌反应，将搅拌反应15～35min后的芳纶短切纤维和搅拌反应30～40min后的芳纶浆粕洗净、混合、配抄成纸；
3)最后，在压力为12Mpa，温度为250℃下，对成纸进行热压光定型。
本发明的芳纶短切纤维或芳纶浆粕为间位芳纶，即芳纶1313，全称为聚间苯二甲酰间苯二胺，芳纶短切纤维长度为4-12mm，细度为1-10旦，芳纶浆粕为细丝状；
所述的芳纶短切纤维在饱和三氯甲烷溶液中反应时搅拌速度为90～170转/分钟，芳纶浆粕在饱和三氯甲烷溶液中反应时搅拌速度为150～180转/分钟。
芳纶短切纤维或芳纶浆粕成纸过程中，芳纶短切纤维：芳纶浆粕的质量比为1∶1.2～1.8。
本发明在保持纤维内部结构不变的情况下，有效地改善纤维和浆粕表面的弱界面层，提高纤维的表面能，使其在纸张成型过程中增强纤维间结合能力，改善纤维的分散性，从而提升芳纶纸张的物理强度性能。经过该方法处理后的芳纶纤维在配抄成纸后抗张指数和伸长率分别提升约20％和10％，且纸张的电气性能没有变化；工艺简单、高效、易行，适合工业化生产。
具体实施方法
实施例1：首先，在室温下配置100g饱和三氯甲烷溶液；然后，在转速为90转/分钟下向饱和三氯甲烷溶液中加入7.9g的芳纶短切纤维，继续搅拌反应15min后将芳纶短切纤维洗净后按芳纶短切纤维：芳纶浆粕的质量比为1∶1.2抄造成纸；最后在压力为12Mpa，温度为250℃下，对成纸进行热压光定型。本实施例采用的芳纶短切纤维或芳纶浆粕为间位芳纶，即芳纶1313，全称为聚间苯二甲酰间苯二胺，芳纶短切纤维长度为4-12mm，细度为1-10旦，芳纶浆粕为细丝状。所成型纸张的物理性能如下：(1)使用温度10-200℃；(2)厚度0.09mm；(3)抗拉强度指数60.47N/cm；(4)断裂伸长率：12.67％；(5)撕裂指数：28.27mN·m2/g；(6)耐压强度：25.19Kv/mm。
实施例2：在室温下配置100g饱和三氯甲烷溶液，在转速为130转/分钟下向饱和三氯甲烷溶液中加入6.5g的芳纶短切纤维，继续搅拌反应25分钟，取出芳纶短切纤维用清水冲洗后备用；在室温下配置100g饱和三氯甲烷溶液，在转速为150转/分钟下向饱和三氯甲烷溶液中加入6.0g的芳纶浆粕，继续搅拌反应30分钟，取出芳纶浆粕用清水冲洗后备用，将以上所得的芳纶短切纤维和芳纶浆粕按质量比为1∶1.5配抄成原纸，在压力为12Mpa，温度为250℃的压光机上热压成纸即可。
实施例3：在室温下配置100g饱和三氯甲烷溶液，在转速为170转/分钟下向饱和三氯甲烷溶液中加入5.5g的芳纶短切纤维，继续搅拌反应35分钟，取出芳纶短切纤维用清水冲洗后备用；在室温下配置100g饱和三氯甲烷溶液，在转速为180转/分钟下向饱和三氯甲烷溶液中加入5.0g的芳纶浆粕，继续搅拌反应40分钟，取出芳纶浆粕用清水冲洗后备用，将以上所得的芳纶短切纤维和芳纶浆粕按质量比为1∶1.8配抄成原纸，在压力为12Mpa，温度为250℃的压光机上热压成纸即可。
本发明的芳纶纤维改性后，可以在现有的芳纶纸成型技术上克服芳纶纤维间结合力较差的局限性，也为芳纶纤维改性技术的产业化提供了可能。相对于现有技术，本发明可有效地改善芳纶纤维表面的弱界面层，改善纤维和浆粕的表面能，使纤维间结合能力增强；而且还可以改善纤维的分散性，利于纸张匀度的提高，充分发挥芳纶纤维的粘接、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；经过该方法处理后的芳纶纤维在配抄成纸后抗张指数和伸长率分别提升约20％和10％，且纸张的电气性能没有变化；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。
Claims (4)
1.一种芳纶纤维表面化学改性方法，其特征在于包括以下步骤：
1)首先，在室温下配置饱和三氯甲烷溶液；
2)然后，边搅拌边向饱和三氯甲烷溶液中加入饱和三氯甲烷溶液质量5.5～7.9％的芳纶短切纤维，继续搅拌反应15～35min后将芳纶短切纤维洗净并与芳纶浆粕混合、配抄成纸；
或取两份饱和三氯甲烷溶液，边搅拌边分别向饱和三氯甲烷溶液中加入饱和三氯甲烷溶液质量5.5～7.9％的芳纶短切纤维和5～6％芳纶浆粕，继续搅拌反应，将搅拌反应15～35min后的芳纶短切纤维和搅拌反应30～40min后的芳纶浆粕洗净、混合、配抄成纸；
所述的芳纶短切纤维或芳纶浆粕为间位芳纶，即芳纶1313，全称为聚间苯二甲酰间苯二胺；
3)最后，在压力为12Mpa，温度为250℃下，对成纸进行热压光定型。
2.根据权利要求1所述的芳纶纤维表面化学改性方法，其特征在于：所述的芳纶短切纤维长度为4-12mm，细度为1-10旦，芳纶浆粕为细丝状。
3.根据权利要求1所述的芳纶纤维表面化学改性方法，其特征在于：所述的芳纶短切纤维在饱和三氯甲烷溶液中反应时搅拌速度为90～170转/分钟，芳纶浆粕在饱和三氯甲烷溶液中反应时搅拌速度为150～180转/分钟。
4.根据权利要求1所述的芳纶纤维表面化学改性方法，其特征在于：所述的芳纶短切纤维或芳纶浆粕成纸过程中，芳纶短切纤维：芳纶浆粕的质量比为1∶1.2～1.8。
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