CN101792979B - 一种航空航天用芳纶纸芳纶纤维前处理的方法 - Google Patents
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Abstract
一种航空航天用芳纶纸芳纶纤维前处理的方法，属于特种纸技术领域，其技术要点是通过：1)沉析纤维的制备和打浆；2)芳纶1313和芳纶1414混合；3)洗涤；4)分散。对芳纶纤维进行前处理，使之能够达到抄造要求。本发明通过采用沉析纤维打浆、芳纶1313和1414混合纤维、热洗等工艺步骤解决了现有技术中混合纤维含氯量高、难絮聚等不足。
Description
技术领域
本发明属于特种纸技术领域，具体涉及一种航空航天用芳纶纸芳纶纤维前处理的方法。本发明旨在除去纺轮纤维中的杂质，达到造纸抄造要求。
背景技术
芳纶纤维是世界高性能纤维的主要品种之一。它具有优异的力学性能，稳定的化学性质和理想的电气性能，被广泛应用于航空航天、工业、汽车日用产品、电子等许多领域。
芳纶即芳香族聚酰胺纤维，是由酰胺键互相连接的芳基所构成的合成型大分子，其中酰胺键至少有85％直接连接在2个芳基环上。1974年美国贸易联合会将其命名为“aramid fibers”。目前用得最广的是对位芳纶和间位芳纶。
间位芳纶的全称为聚间苯二甲酰间苯二胺，简称MPIA。间位芳纶首先由美国杜邦公司于1956年开始研究，1967年实现工业化生产，美国商品名NOMEX，我国称为芳纶1313。对位芳纶是聚对苯二甲酰对苯二胺，简称PPTA，是美国杜邦公司于1971年研制成功，1972年投入生产，并正式命名为KEVLAR，我国称为芳纶1414。芳纶1313纤维是低模量纤维，芳纶1414纤维是高模量纤维；前者伸长率高，后者伸长率低。反应在成纸性能上，芳纶1414纤维芳纶纸的伸长率低于芳纶1313纤维芳纶纸的伸长率。
芳纶纸基复合材料(简称芳纶纸)大多以芳纶短纤(也称芳纶短切纤维)和芳纶浆粕(也称沉析纤维)按一定比例制成，少量的用芳纶短纤配以涤纶或植物纤维制成不同用途的制品。芳纶纸是制造飞机雷达罩的理想材料。使用芳纶纤维纸制造的蜂窝材料，可大幅度提高飞机构件刚度、减轻质量并可满足透波性能等特种功能要求。采用芳纶纤维及它与吸波性能优异的碳纤维、宽频透波性能优良的石英纤维等无机纤维混杂制作纸基材料，可以实现结构轻质化的要求。
现有技术中对芳纶纤维的前处理还存在如下几个问题：1)芳纶1313纤维较难微纤化、芳纶1414纤维微纤化易过度；2)芳纶纤维前处理过程中，一般使用了含氯无机盐助溶剂来改善溶剂对树脂的溶解性能，但存在着副作用，纤维中氯含量过高，会导致芳纶纸的耐热性能下降。3)芳纶纤维具有极强的疏水性，在水中极难被分散，造纸时芳纶纤维因在水的作用下被搅拌而缠结，形成云朵状浆团。一方面吸附有空气泡的浆团漂浮于浆液面上，加重纤维间的絮聚，另一方面纤维团沉淀于水中影响分散，两种现象均严重影响到纸的匀度。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的问题，提供了一种航空航天用芳纶纸芳纶纤维前处理的方法，其使用芳纶1313和1414混合纤维、热洗等工艺步骤解决了上述问题。
本发明具体采用了如下技术方案：
一种航空航天用芳纶纸芳纶纤维前处理的方法，其特征是，包括如下步骤：
1)沉析纤维的制备和打浆：将芳纶1414纤维溶液送入沉析机中，在高速剪切作用下混合，析出纤维细小的薄膜条状的纤维，最后经过水洗，打浆精制后，得到沉析纤维浆料；打浆前芳纶1414纤维长3～4mm，纤维直径40～80μm，打浆后纤维长1～2mm，直径20～40μm；打浆工艺为：打浆度45～50°SR；打浆时间为4～6h；打浆浓度1.5％～2.5％
2)混合：沉析纤维浆料与芳纶1313纤维按照重量比1∶1.3～1.5混合；
3)洗涤：采用洗涤量的水对混合纤维进行洗涤，洗涤次数5～7次，温度为60～90℃；
4)分散：将上述混合纤维在水中分散，形成0.05-0.2％浓度的悬浮液，分散剂为六偏磷酸钠，分散剂用量0.1-0.3％。
为了使沉析纤维更好的沉析，在沉析纤维制备过程中，还包括加入沉析剂的步骤。所述沉析剂为市售商品。
为使成纸具有较高的致密度和挺度，在混合步骤中，加入混合纤维总重0.1-1％的浆粕。
本发明的优点在于：
1)本发明通过的沉析纤维进行打浆，除了使纤维切短之外也使纤维变细。打浆增加了芳纶沉析纤维的比表面积，从而加强了纤维间的氢键结合，芳纶既有氢原子，又有氧和氮原子，因此相邻分子上的氢和氧(O-H)以及氢和氮(N-H)就形成了氢键结合，这是芳纶纤维纸具有较高强度、能够用于航空航天材料的原因之一。
2)使用芳纶1313和1414混合纤维，使得浆料具有适当的微纤化，可增加纤维的柔韧性，对纤维的分散、成纸匀度以及增大与粘接纤维的接触面积，进而提高轧后纸强度都有好处，且毛胚纸强度也会得到提高。
3)芳纶纤维在制备过程中，一般使用了含氯无机盐助溶剂来改善溶剂对树脂的溶解性能，但存在着副作用，纤维中氯含量过高，会导致芳纶纸的耐热性能下降。当芳纶纤维中含氯量过高将影响芳纶纤维的耐热性，而芳纶纤维无论作为绝缘材料，还是航天材料，都不可避免地要受到持续高温的考验。通过热洗纤维可以有效地降低芳纶纤维中的氯含量。
4)沉析纤维打浆后的长度和直径之比小于500，纤维不易絮聚。
具体实施方式
实施例
一种航空航天用芳纶纸芳纶纤维前处理的方法，包括如下步骤：
1)沉析纤维的制备和打浆：将芳纶1414纤维溶液送入沉析机中，在高速剪切作用下混合，析出纤维细小的薄膜条状的纤维，最后经过水洗，打浆精制后，得到沉析纤维浆料；打浆前芳纶1414纤维长3～4mm，纤维直径40～80μm，打浆后纤维长1～2mm，直径20～40μm；打浆工艺为：打浆度45～50°SR；打浆时间为4～6h；打浆浓度1.5％～2.5％
申请人对沉析纤维不同的打浆度进行了试验，试验结果如下表所示：
表1沉析纤维不同打浆度对纸页性能的影响表
| 试样代号 | 打浆度°SR | 打浆时间h | 拉伸强度(未热压)N/mm2 | 耐压强度(热压后)KV/mm |
| #1 | 30 | 0 | 1.82 | 25.3 |
| #2 | 35 | 1 | 1.95 | 26.2 |
| #3 | 40 | 2.3 | 2.50 | 25.7 |
| #4 | 45 | 4 | 3.61 | 26.1 |
| #5 | 50 | 6.2 | 3.82 | 26.3 |
| #6 | 55 | 9 | 3.84 | 26.0 |
结果表明，随着打浆度的提高，沉析纤维手抄片的拉伸强度明显增大，耐压强度基本上不变。另外，在生产高打浆度的沉析纤维比较困难或不经济的情况下，用传统的打浆设备给沉析纤维施加机械力提高打浆度，将非常耗时，而且动力消耗将成倍增加，故沉析纤维较适宜的打浆度在45～50°SR左右。
2)混合：沉析纤维浆料与芳纶1313纤维按照重量比1∶1.3～1.5混合；
表2芳纶1414与芳纶1313不同配比影响
| 配比 | 拉伸强度N/mm | 撕裂度mN | 耐压强度KV/mm |
| 1.7 | 35.25 | 1042.35 | 18.87 |
| 1.5 | 40.20 | 1098.40 | 16.01 |
| 1.3 | 41.96 | 1259.20 | 15.58 |
| 1.1 | 43.10 | 1529.85 | 12.42 |
随着短切纤维比重的增加，拉伸强度增加，撕裂度增加较大，而耐压强度下降。考虑到在使用过程中对芳纶纸的强度性能要求较高，故确定芳纶纸纤维配比为1.3～1.5。
3)洗涤：采用洗涤量的水对混合纤维进行洗涤，洗涤次数5～7次，温度为60～90℃；
表2：热洗次数对含氯量的影响表
| 热洗次数 | 1 | 2 | 4 | 5 | 7 | 8 |
| 纤维中Cl含量％ | 0.6 | 0.5 | 0.42 | 0.3 | 0.2 | 0.2 |
4)分散：将上述混合纤维在水中分散，形成0.05-0.2％浓度的悬浮液，分散剂为六偏磷酸钠，分散剂用量0.1-0.3％。
Claims (3)
1.一种航空航天用芳纶纸芳纶纤维前处理的方法，其特征是，包括如下步骤：
1)沉析纤维的制备和打浆：将芳纶1414纤维溶液送入沉析机中，在高速剪切作用下混合，析出纤维细小的薄膜条状的纤维，最后经过水洗，打浆精制后，得到沉析纤维浆料；打浆前芳纶1414纤维长3～4mm，纤维直径40～80μm，打浆后纤维长1～2mm，直径20～40μm；打浆工艺为：打浆度45～50°SR；打浆时间为4～6h；打浆浓度1.5％～2.5％；
2)混合：沉析纤维浆料与芳纶1313纤维按照重量比1∶1.3～1.5混合；
3)洗涤：采用洗涤量的水对混合纤维进行洗涤，洗涤次数5～7次，温度为60～90℃；
4)分散：将上述混合纤维在水中分散，形成0.05-0.2％浓度的悬浮液，分散剂为六偏磷酸钠，分散剂用量0.1-0.3％。
2.根据权利要求1所述的芳纶纤维前处理的方法，其特征是，沉析纤维制备过程中，还包括加入沉析剂的步骤。
3.根据权利要求1所述的芳纶纤维前处理的方法，其特征是，在混合步骤中，加入混合纤维总重0.1-1％的浆粕。
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