CN102660795B - 一种间位芳纶纸沉析纤维的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种间位芳纶沉析纤维的生产方法，其步骤如下：将间苯二胺和间苯二甲酰氯在DMAC（N,N-二甲基乙酰胺）中聚合成PMIA树脂（聚间苯二甲酰间苯二胺树脂）；中和反应产生的氯化氢气体；将树脂稀释，在母液内分散并沉析成符合制造间位芳纶纸条件的沉析纤维悬浮液。将沉析纤维悬浮液和去离子水通入洗涤过滤机，除去沉析纤维中包含的溶剂、助剂和水份，得到符合制造间位芳纶纸条件的沉析纤维。本方法低成本、高效率、工艺稳定、设备简单、可工业化持续生产。

Description

一种间位芳纶纸沉析纤维的生产方法

技术领域

本发明涉及一种特种新型纤维产品的生产方法，特别是涉及一种间位芳纶沉析纤维产品的生产方法。

背景技术

上世纪60年代，杜邦公司以NOMEX沉析纤维和NOMEX短纤维为造纸原料，斜网抄造湿法成型制造出NOMEX纸，其具有耐高温和优良电绝缘性，在高性能绝缘材料中得到充分发挥，是高性能电机、干式变压器等新型电气器材必须用材料。在过去几十年间，芳纶纸市场几乎被杜邦公司所垄断。短纤维由造纸用NOMEX长丝切断成3～8 mm制成，其主要贡献为纸的力学强度；沉析纤维由NOMEX聚合物溶液经喷嘴流入高速旋转的NOMEX沉淀剂中，在强剪切力作用下，聚合物分散凝固为二维结构薄的纤维絮状物组成，它是NOMEX纸页结构中起短纤维间填充和粘结作用， 因此沉析纤维的形态和结构对纸的性能影响很大，它的制造技术文献上很少有报道。杜邦公司以后又发明了对位芳纶和对位芳纶沉析纤维，其纤维强度和耐温性更高，用它作为造纸原料，使芳纶纸的性能大大提高。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种低成本、高效率、工艺稳定、设备简单、可工业化持续生产的间位芳纶沉析纤维的生产方法。

本发明的技术方案为：一种间位芳纶沉析纤维的生产方法，其步骤如下：

a、将间苯二胺和间苯二甲酰氯在DMAC（N,N-二甲基乙酰胺）中聚合成PMIA树脂（聚间苯二甲酰间苯二胺树脂）；

b、中和反应产生的氯化氢气体； 

c、将步骤b得到的中和后的树脂稀释，在母液内分散并沉析成符合制造间位芳纶纸条件的沉析纤维悬浮液；

d、将c步骤得到的沉析纤维悬浮液和去离子水通入洗涤过滤机，除去沉析纤维中包含的溶剂、助剂和水份，得到符合制造间位芳纶纸条件的沉析纤维。

进一步地，所述步骤a中的聚合条件为：聚合起点温度为0~5℃，聚合终点温度为≤65℃。

进一步地，所述步骤b中中和的方法为：滴加氢氧化钙与DMAC按固液比1.5配制的中和液。

进一步地，步骤c中所述的稀释为用DMAC将树脂稀释浓度到7.5～10.0%并控制温度为80～100℃。

进一步地，步骤c中所述的母液为由DMAC和去离子水配制成的浓度为30～35%温度为35～40℃的溶液。

进一步地，步骤c中所述的符合制造间位芳纶纸条件为比表面积为5～12m/g，长度为0.5～10mm。 

进一步地，所述步骤d中通入洗涤过滤机的方式为逆流连续洗涤过滤。 

进一步地，所述步骤d中洗涤过滤机为连续移动盘式洗涤过滤机，洗涤环境为全封闭环境。

进一步地，所述步骤c中还包括使用压力过滤筛将沉析成型过程中产生的偏粗纤维滤出并重复c步骤。

进一步地，所述过滤筛筛网间隙为2～3mm。

使用压力过滤筛的目的是使进入后工序的沉析纤维质量尽量均一，确保沉析纤维的高品质。

使用连续移动盘式洗涤过滤机的目的是该设备几乎为全自动化封闭环境生产，有效减少了人工操作和露天环境下带入的机械杂质，大大提升产品质量，同时减少操作者的劳动强度，节省生产场地和能源消耗。

本发明的方法生产制造所得的间位芳纶沉析纤维具有如下优点：

1、纤维形态更好，充分纤维化后比表面积5~12m/g，平均长度为0.5~10mm，在造纸预处理时更容易在水中分散。

2、更加具有高模量和高强度，其弹性模量很高，极其耐撕裂，抗拉伸强度是普通化学纤维的5倍以上。

3、更加具有高度的耐高温性能，在200℃以下，长时间工作3000h，强度仍保持90%，在260℃的干热空气中连续工作1000h，强度仍保持65%，明显优于普通化学纤维。

4、 沉析纤维的细度和长度标准均一，叩解度及稳定性好，40~45^о的叩解度和≤35%的叩解度稳定性十分有利于客户使用，有利于制造间位芳纶纸的工艺条件稳定。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、有效解决了生产间位芳纶沉析纤维的原料问题，不再依赖进口沉析纤维或边角余料

2、生产时不需要加入专门的沉淀剂，以树脂反应过程产生的氯化钙作为溶解助剂。

3、使用常见的N,N-二甲基乙酰胺作为溶剂，在回收溶剂时只需将水与溶剂利用沸点差异分开即可，解决了设备的腐蚀难题和环境污染问题。

4、使用高效压力过滤筛将分散沉析过程中产生的偏粗纤维滤出，使进入后工序的沉析纤维质量稳定，得到符合制造间位芳纶纸条件的沉析纤维悬浮液，滤出偏粗纤维还可以经过二次分散沉析得到优质的沉析纤维悬浮液。

5、使用连续移动盘式洗涤过滤机：全自动化的洗涤方式大大减少了操作者的劳动强度；封闭的生产环境，有效减少了裸露环境下可能带入的机械杂质，大大提升产品质量，其产品清洁度和白度好，白度能稳定在80~85%之间，几乎不含机械杂质和异色；反向逆流的洗涤方式使水资源得以充分利用，同时降低水的消耗，减少溶剂回收的能源消耗。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施方式

提供以下参照附图的描述以助于全面理解由权利要求及其等同物限定的本发明的示例性实施例。以下描述包括各种特定细节以助于理解，但这些仅被认为是示例性的。因此，本领域的普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的范围和精神的情况下可对在此描述的实施例做出各种改变和修改。另外，为了清楚和简洁，省略了已知功能和结构的描述。

实施例

1．在通氮气保护的条件下，向300L搪玻璃反应锅内定量加入235kg DMAC，搅拌下投入准确计量的固体间苯二胺34.2kg，微升温，于50~60℃保温溶解0.5h。继续通氮，夹套用冰盐水降温，用1~1.5h左右时间将体系温度降至0~5℃。

2．用氮气加压向锅内滴加IPC（间苯二甲酰氯）64.2~64.5kg，控制滴加流速为0.8~1.2kg/min、温度≤65℃。滴加毕，继在续通氮并冷却条件下搅拌反应1h。

3．停止通氮，搅拌下将树脂放入中和锅，并加入DMAC 240kg搅拌清洗反应锅后一并放入中和锅，用2h缓慢向中和锅内滴加清洁溶液，清洁溶液为氢氧化钙与DMAC按固液比约为1.5配制，即氢氧化钙23kg和DMAC35kg，以中和反应产生的氯化氢气体。

4．氢氧化钙加完后，继续搅拌1.5h反应结束，即定量得到绝干量为75.0kg，浓度为11.9%的原树脂溶液。　　

5．根据树脂粘度和拟生产沉析纤维质量要求，将原树脂用定量的DMAC于稀释锅内搅拌稀释成7.5～10.0%的稀溶液，同时检测该溶液的动力黏度应 ≤300°。

6．将该7.5～10.0%的树脂稀溶液用325目的微孔过滤器过入稀树脂高位贮罐并于80～100℃保温备用。同时将DMAC用去离子水配制成30~35%的母液溶液，在母液高位贮罐内于35～40℃保温备用。

7．开启母液进料阀，调节母液流量为60~120kg/h，待有母液从机内流出后启动分散成型机，设定转速为2500~6000r/p并运转5~10min预热机器，监视变频电动机显示器电流显示波动稳定正常。

8．通过料咀吸入约50~1000ml DMAC置换管内水份，然后将料咀与稀树脂高位贮罐连通，开启树脂阀进料。

9．进料3~5min后，从出料口取样并用蒸馏水稀释后与标准样品对比，检查其叩解度（粗细程度）是否在两个标准品范围内。如过粗或过细，则应根据具体情况将电机转速调高或降低、将出料阀门调小或调大，至自粗品叩解度在两个标准品范围内。

10．适时监测母液贮罐和树脂高位贮罐内物料余量，根据粗品滤液和一次洗水浓度状况，补加一定量的粗品滤液和一次洗水至母液贮罐，使其浓度始终保持在30~35%并保证供给分散成型。

11．观察悬液接收罐中已装有2/3罐料时，开始将沉析纤维粗品通过高效压力过滤筛过滤至滤液贮罐。

12．将滤液和去离子水按固定比例反向逆流进入连续移动盘式洗涤过滤机，滤液从第一段进入过滤机，按一定厚度均匀平铺于滤布上，真空抽去大量的含DMAC母液后进入第二段，喷淋第三段抽滤出的洗水，如此运行至5~7段喷淋入清洁去离子水，最终完全洗涤除去沉析纤维中包含的溶剂、助剂和大量水份，得到符合制造间位芳纶纸条件的含一定比例水份的沉析纤维后包装封存。去离子水从最后一段进入过滤机，抽滤后向前段移动作为前段的洗涤原水，至第一段移出过滤机去回收DMAC。

Claims (1)

1.一种间位芳纶沉析纤维的生产方法，其特征在于，其步骤如下：

（1）在通氮气保护的条件下，向300L搪玻璃反应锅内定量加入235kg DMAC，搅拌下投入准确计量的固体间苯二胺34.2kg，于50~60℃保温溶解0.5h，继续通氮，夹套用冰盐水降温，用1~1.5h时间将体系温度降至0~5℃；

（2）用氮气加压向锅内滴加间苯二甲酰氯64.2~64.5kg，控制滴加流速为0.8~1.2kg/min、温度≤65℃，滴加毕，继续通氮冷却并搅拌反应1h；

（3）停止通氮，搅拌下将树脂放入中和锅，并加入DMAC 240kg搅拌清洗反应锅后一并放入中和锅，用2h缓慢向中和锅内滴加清洁溶液，清洁溶液为氢氧化钙与DMAC按固液比为1.5配制，即氢氧化钙23kg和DMAC35kg，以中和反应产生的氯化氢气体；

（4）氢氧化钙加完后，继续搅拌1.5h反应结束，即定量得到绝干量为75.0kg，浓度为11.9%的原树脂溶液；　　

（5）根据树脂粘度和拟生产沉析纤维质量要求，将原树脂用定量的DMAC于稀释锅内搅拌稀释成7.5～10.0%的稀溶液，同时检测该溶液的动力黏度应 ≤300°；

（6）将该7.5～10.0%的树脂稀溶液用325目的微孔过滤器过入稀树脂高位贮罐并于80～100℃保温备用，同时将DMAC用去离子水配制成30~35%的母液溶液，在母液高位贮罐内于35～40℃保温备用；

（7）开启母液进料阀，调节母液流量为60~120kg/h，待有母液从机内流出后启动分散成型机，设定转速为2500~6000r/p并运转5~10min预热机器，监视变频电动机显示器电流显示波动稳定正常；

（8）通过料咀吸入50~1000ml DMAC置换管内水份，然后将料咀与稀树脂高位贮罐连通，开启树脂阀进料；

（9）进料3~5min后，从出料口取样并用蒸馏水稀释后与标准样品对比，检查其叩解度是否在两个标准品范围内，如过粗或过细，则应根据具体情况将电机转速调高或降低、将出料阀门调小或调大，至粗品叩解度在两个标准品范围内；

（10）适时监测母液贮罐和树脂高位贮罐内物料余量，根据粗品滤液和一次洗水浓度状况，补加一定量的粗品滤液和一次洗水至母液贮罐，使其浓度始终保持在30~35%并保证供给分散成型；

（11）观察悬液接收罐中已装有2/3罐料时，开始将沉析纤维粗品通过高效压力过滤筛过滤至滤液贮罐；

（12）将滤液和去离子水按固定比例反向逆流进入连续移动盘式洗涤过滤机，滤液从第一段进入过滤机，按一定厚度均匀平铺于滤布上，真空抽去大量的含DMAC母液后进入第二段，喷淋第三段抽滤出的洗水，如此运行至5~7段喷淋入清洁去离子水，最终完全洗涤除去沉析纤维中包含的溶剂、助剂和大量水份，得到符合制造间位芳纶纸条件的含一定比例水份的沉析纤维后包装封存，去离子水从最后一段进入过滤机，抽滤后向前段移动作为前段的洗涤原水，至第一段移出过滤机去回收DMAC。