CN102899959B - 一种蜂窝材料用对位芳纶纸及其制备方法 - Google Patents

一种蜂窝材料用对位芳纶纸及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蜂窝材料用对位芳纶纸及其制备方法，通过添加聚酰亚胺纤维，经过疏解分散，再与对位芳纶纤维配合抄造，配抄比例如下：对位芳纶短切纤维为20~50%重量份；对位芳纶浆粕纤维为35~60%重量份；聚酰亚胺纤维为5~30%重量份，再通过压榨、干燥热压成型，可以显著提高对位芳纶纸撕裂强度、耐温性能和阻燃性，同时减少了抄造时的断纸，提高纸机车速和生产效率，避免了引入黏结性纤维如聚酯纤维等对纸页性能带来的负面影响。

Description

一种蜂窝材料用对位芳纶纸及其制备方法
技术领域
本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种蜂窝材料用对位芳纶纸，本发明还涉及上述对位芳纶纸的制备方法。
背景技术
对位芳纶纤维（聚对苯二甲酰对苯二胺）具有高比强度、高比模量、耐高温和阻燃等优异性能，并有相对密度小、耐疲劳、耐剪切和尺寸稳定性好等优点，是高性能纤维的典型代表。对位芳纶纸是由对位芳纶短切与浆粕纤维按照一定的比例通过湿法造纸工艺制备而成。主要过程为：1、将原料分散后得到浆料；2、浆料上网成形；3、脱水、压榨、干燥；4、高温压光处理成型。
对位芳纶纸因其具有强韧的机械性能、优良的介电性能、稳定的化学性能以及灵活的可设计性，广泛应用于高强化、轻量化蜂窝结构材料，航空航天、耐高温绝缘材料和高性能电子通讯器材等领域。在对位芳纶纤维纸结构中，短切纤维作为骨架材料，均匀分散在纸张中，决定着纸张的物理强度和机械性能；浆粕纤维作为填充材料和黏结材料，在热压过程软化，通过黏结短切纤维及自身黏结作用形成整体力学结构，赋予纸张整体强度和绝缘性能。
目前，大部分增强芳纶纸是对位芳纶短切纤维、间位浆粕纤维，再添加第三种纤维或粘结剂制备而成。例如，专利名称为：以热塑性纤维作黏合剂生产芳纶纸的制造方法，公开号为CN101165269，公开日为2008.4.23，申请号为200610022082.5，公开了一种以热塑性纤维作粘合剂生产芳纶纸的制造方法，通过热压后利用热塑性纤维的受热熔融特性产生黏结作用；专利名称为：一种纯对位芳纶纸的制备方法，申请号为201110406330.7，公开号为CN102517976A，公开日为2012.06.27，公开了一种利用对位芳纶短切纤维、对位芳纶沉析纤维和对位芳纶浆粕纤维三种纤维混合抄造芳纶纸的方法，主要使用对位芳纶沉析纤维作为芳纶纸的粘合材料，提高纤维之间的界面亲和性，进而提升成纸强度；专利名称为：制备芳纶纸的方法及由该方法获得的芳纶纸，申请号为201110044279.X，公开号为CN102154914A，公开日为2011.08.17，公开了一种添加型间位芳纶纸的制作方法，在间位芳纶浆粕纤维阶段添加功能性粉末，功能性粉末也可以按照对间位芳纶纸的附件性能的要求而选择。
芳纶纸基蜂窝材料广泛应用于高速列车的地板、车厢壁板、天花、车门等部件，是实现高速列车、地铁、有轨电车等车辆轻量化的关键材料。国内高速列车、地铁对于芳纶纸的总需求已超过200吨，并在5年内随高速列车和地铁的迅速发展出现成倍增长。比起绝缘用芳纶纸基材料，蜂窝用对位芳纶纸基材料材料在强度、耐温性等方面对材料提出了更高的要求。上述专利中所描述的通过添加第三种具有明显熔融温度的黏结性纤维与对位芳纶纤维进行配抄后再经热压成型进而起到增强效果的方法，产生的负面影响是由于黏结纤维在热压条件下热熔收缩，使纸中原黏结纤维所在位置因其受热收缩而形成了空隙和针眼，增加了纸的多孔性，从而会影响芳纶纤维之间的结合性能和芳纶纸的绝缘强度，同时因为黏结纤维的性质不同进而会进而影响纸页耐温性能。而通过添加功能性粉末则还需考虑留着以及对湿部环境的污染、管道等多重问题的影响，势必会提高运行和操作成本。
聚酰亚胺（Polyimide）纤维，简称PI纤维，是一种高性能纤维的重要品种之一。聚酰亚胺分子由于其芳环结构密度大，同时又具有酞酰亚胺结构，因此它不仅具有高强高模的特性，而且还具有耐高温、耐化学腐蚀、耐辐射、阻燃等优越的性能。聚酰亚胺纤维与其他几种高性能纤维的性能相比，其力学性能更为优异，其拉伸强度甚至超过了杜邦公司的凯芙拉（Kevlar）纤维，如Kevlar49和Kevlar29纤维，仅次于聚对苯撑苯并双恶唑纤维（PBO纤维）。
发明内容
本发明的目的是提供一种蜂窝材料用对位芳纶纸，通过添加聚酰亚胺纤维，经过疏解分散，再与对位芳纶纤维配合抄造，可以显著提高对位芳纶纸撕裂强度、耐温性能和阻燃性，同时减少了抄造时的断纸，提高纸机车速和生产效率，避免了引入黏结性纤维如聚酯纤维等对纸页性能带来的负面影响。
本发明的另一目的是提供上述蜂窝材料用对位芳纶纸的制备方法。
本发明所采用的技术方案是，一种蜂窝材料用对位芳纶纸，按照质量百分比，由以下组分组成：20%~50%的对位芳纶短切纤维浆料，35%~60%的对位芳纶浆粕纤维浆料，5%~30%的聚酰亚胺纤维浆料，以上各组分的质量百分比之和为100%。
本发明所采用的另一技术方案是，一种蜂窝材料用对位芳纶纸的制备方法，具体按照以下步骤实施：按照质量百分比称取20%~50%的对位芳纶短切纤维浆料，35%~60%的对位芳纶浆粕纤维浆料，5%~30%的聚酰亚胺纤维浆料，以上各组分的质量百分比之和为100%，将称取的原料混合置入配浆釜中，加入分散剂后混浆并调整纸浆浓度为0.07%~0.15%，将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，压榨、干燥、热压得到成品纸。
本发明的特点还在于，
其中的对位芳纶短切纤维浆料，按照以下步骤制备而成：将芳纶短切纤维用质量-摩尔浓度为1.5×10-3~3.0×10-3mol/L，温度为40~90℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水洗净；然后利用槽式打浆机将经过洗涤预处理的对位芳纶短切纤维进行疏解，制成对位芳纶短切纤维浆料。
其中的对位芳纶浆粕纤维浆料，按照以下步骤制备而成：将对位芳纶浆粕纤维利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在30~60°SR，制成对位芳纶浆粕纤维浆料。
其中的聚酰亚胺纤维浆料，按照以下步骤制备而成：将聚酰亚胺纤维用槽式打浆机进行疏解，疏解浓度控制在0.5~2%，制成聚酰亚胺纤维浆料。
其中的分散剂选用聚氧化乙烯，加入的分散剂质量为相对于对位芳纶绝干纤维质量的0.6~2.0%。
其中的压榨、干燥、热压，具体按照以下步骤实施：在2~5MPa压力下压榨1~5min、在温度为80~120℃干燥3~10min，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在6~20MPa，热压温度在150~300℃，热压次数1~5次。
本发明的有益效果是，本发明利用十二烷基苯磺酸钠水溶液对芳纶短切纤维进行洗涤处理，可以清洗掉纤维表面残存的有机溶剂和生产过程中的副产物，减小纤维的憎水性并增加与芳纶浆粕纤维的分散相容性。
利用槽式打浆机对对位芳纶浆粕进行打浆处理，使其原纤化，把纤维沿纵向撕裂，使其产生更大的比表面积和更细长的纤维形态，并呈现出分散更均匀的态势，从而更有利于与短切纤维更好的接触，最终提高了纸张匀度和物理强度。
通过添加聚酰亚胺纤维浆液与对位芳纶纤维按照所述重量份配合抄造，由于聚酰亚胺纤维具有更加突出的高强高模、耐高温和阻燃等优越性能，通过加入分散剂，使三种浆液的纤维之间能够更好的分散，通过斜网纸机低浓成形技术，可以显著提高对位芳纶纸撕裂强度、耐温性能和阻燃性，同时减少了抄造时的断纸，提高纸机车速和生产效率，避免了引入黏结性纤维如聚酯纤维等对纸页性能带来的负面影响。
本发明采用新工艺、新方法研发生产出高性能对位芳纶纸，创新性强，应用前景广阔，对推动高新技术产业发展，促进传统产业的升级换代，提升高强化、轻量化蜂窝结构材料，航空航天、耐高温绝缘材料等产品的档次，促进相关产业的发展具有重大的现实意义。
附图说明
图1是本发明蜂窝材料用对位芳纶纸的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明蜂窝材料用对位芳纶纸，按照质量百分比，由以下组分组成：20%~50%的对位芳纶短切纤维浆料，35%~60%的对位芳纶浆粕纤维浆料，5%~30%的聚酰亚胺纤维浆料，以上各组分的质量百分比之和为100%。
本发明蜂窝材料用对位芳纶纸的制备方法，如图1所示，具体按照下述步骤实施：
步骤1：将芳纶短切纤维用质量摩尔浓度为1.5×10-3~3.0×10-3mol/L，温度为40~90℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水洗净备用。
步骤2：利用槽式打浆机对经过洗涤处理的对位芳纶短切纤维进行疏解，得到浆液（A）。
步骤3：将对位芳纶浆粕纤维用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在30~60°SR，制成浆液（B）。
步骤4：将聚酰亚胺纤维用槽式打浆机进行疏解，疏解浓度控制在0.5~2%，制成浆液（C）。
步骤5：将浆液（A）、（B）、（C）按所述重量份加入到配浆釜中，加入聚氧化乙烯作为分散剂进行混浆分散得到浆料浓度0.07~0.15%的浆料悬浮液，加入的分散剂质量为相对于对位芳纶绝干纤维质量的0.6~2.0%，将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，在2~5MPa压力下压榨1~5min、在温度为80~120℃干燥3~10min，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在6~20MPa，热压温度在150~300℃，热压次数1~5次，得到成品纸。对本发明方法制备得到的成品纸抽样检测，其部分指标分别为：1、定量：55.1m2/g；2、抗张强度：37.6N/cm(MD)；3、撕裂强度：1.29N；4、耐压强度：17.8Kv/mm；5、TG10%：580℃；6、LOI（%）：31.6。
实施例1
将芳纶短切纤维利用质量摩尔浓度为2.3×10-3mol/L，温度为60℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水洗净备用；利用槽式打浆机将经过洗涤预处理的对位芳纶短切纤维进行疏解，制成浆液（A）；将对位芳纶浆粕纤维利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在36°SR，制成浆液（B）；将聚酰亚胺纤维利用槽式打浆机进行疏解，疏解浓度控制在0.5%，制成浆液（C）；将浆液（A）30重量份，（以下简称份）、浆液（B）60份、（C）10份加入到配浆釜中：加入聚氧化乙烯作为分散剂进行混浆分散并调整浆浓为0.08%的浆料悬浮液，加入的分散剂质量为相对于对位芳纶绝干纤维质量的0.6%，将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，在2~5MPa压力下压榨1~5min、在温度为80~120℃干燥3~10min，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在6~20MPa，热压温度在150~300℃，热压次数1~5次，得到成品纸。
实施例2
将芳纶短切纤维利用质量摩尔浓度为1.7×10-3mol/L，温度为75℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水洗净备用；利用槽式打浆机将经过洗涤预处理的对位芳纶短切纤维进行疏解得到浆液（A）；将对位芳纶浆粕纤维利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在42°SR，制成浆液（B）；将聚酰亚胺纤维利用槽式打浆机进行疏解，疏解浓度控制在1.0%，制成浆液（C）；将浆液（A）40（重量份，以下简称份）、浆液（B）40份、（C）20份加入到配浆釜中：加入聚氧化乙烯作为分散剂进行混浆分散并调整浆浓为0.12%的浆料悬浮液，加入的分散剂质量为相对于对位芳纶绝干纤维质量的1.0%，将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，在2~5MPa压力下压榨1~5min、在温度为80~120℃干燥3~10min，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在6~20MPa，热压温度在150~300℃，热压次数1~5次，得到成品纸。
实施例3
将芳纶短切纤维利用质量摩尔浓度为2.8×10-3mol/L，温度为90℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水洗净备用；利用槽式打浆机将经过洗涤预处理的对位芳纶短切纤维进行疏解得到浆液（A）；将对位芳纶浆粕纤维利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在50°SR，制成浆液（B）；将聚酰亚胺纤维利用槽式打浆机进行疏解，疏解浓度控制在1.5%，制成浆液（C）；将浆液（A）20（重量份，以下简称份）、浆液（B）55份、（C）25份加入到配浆釜中：加入聚氧化乙烯作为分散剂进行混浆分散并调整浆浓为0.14%的浆料悬浮液，加入的分散剂质量为相对于对位芳纶绝干纤维质量的2.0%，将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，在2~5MPa压力下压榨1~5min、在温度为80~120℃干燥3~10min，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在6~20MPa，热压温度在150~300℃，热压次数1~5次，得到成品纸。

Claims (1)

1.一种蜂窝材料用对位芳纶纸的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
将对位芳纶短切纤维利用体积-摩尔浓度为2.3×10-3mol/L，温度为60℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水洗净备用；利用槽式打浆机将经过洗涤预处理的对位芳纶短切纤维进行疏解，制成浆液(A)；将对位芳纶浆粕纤维利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在36°SR，制成浆液(B)；将聚酰亚胺纤维利用槽式打浆机进行疏解，疏解浓度控制在0.5％，制成浆液(C)；将浆液(A)30重量份、浆液(B)60份、浆液(C)10份加入到配浆釜中；加入聚氧化乙烯作为分散剂进行混浆分散并调整浆浓为0.08％的浆料悬浮液，加入的分散剂质量为相对于对位芳纶绝干纤维质量的0.6％，将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，在2～5MPa压力下压榨1～5min、在温度为80～120℃干燥3～10min，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在6～20MPa，热压温度在150～300℃，热压次数1～5次，得到成品纸；
或者，将对位芳纶短切纤维利用体积-摩尔浓度为1.7×10-3mol/L，温度为75℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水洗净备用；利用槽式打浆机将经过洗涤预处理的对位芳纶短切纤维进行疏解得到浆液(A)；将对位芳纶浆粕纤维利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在42°SR，制成浆液(B)；将聚酰亚胺纤维利用槽式打浆机进行疏解，疏解浓度控制在1.0％，制成浆液(C)；将浆液(A)40重量份、浆液(B)40份、浆液(C)20份加入到配浆釜中；加入聚氧化乙烯作为分散剂进行混浆分散并调整浆浓为0.12％的浆料悬浮液，加入的分散剂质量为相对于对位芳纶绝干纤维质量的1.0％，将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，在2～5MPa压力下压榨1～5min、在温度为80～120℃干燥3～10min，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在6～20MPa，热压温度在150～300℃，热压次数1～5次，得到成品纸；
或者，将对位芳纶短切纤维利用体积-摩尔浓度为2.8×10-3mol/L，温度为90℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水洗净备用；利用槽式打浆机将经过洗涤预处理的对位芳纶短切纤维进行疏解得到浆液(A)；将对位芳纶浆粕纤维利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在50°SR，制成浆液(B)；将聚酰亚胺纤维利用槽式打浆机进行疏解，疏解浓度控制在1.5％，制成浆液(C)；将浆液(A)20重量份、浆液(B)55份、浆液(C)25份加入到配浆釜中；加入聚氧化乙烯作为分散剂进行混浆分散并调整浆浓为0.14％的浆料悬浮液，加入的分散剂质量为相对于对位芳纶绝干纤维质量的2.0％，将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，在2～5MPa压力下压榨1～5min、在温度为80～120℃干燥3～10min，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在6～20MPa，热压温度在150～300℃，热压次数1～5次，得到成品纸。
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