CN103572640A - 一种用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，具体按照以下步骤实施：对位芳纶短切纤维表面处理和疏解分散；对位芳纶沉析纤维超声波处理和打浆处理；将处理后的对位芳纶短切纤维、对位芳纶沉析纤维混合，在混合纤维中加入阴离子聚丙烯酰胺，制备得到芳纶纤维浆；将芳纶纤维浆在斜网纸机上抄造成形，脱水、压榨、干燥；将干燥后芳纶原纸进行预热压，再用热压机进行热压，得到对位芳纶纸。本发明采用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，可以显著提高对位芳纶纸的抗张强度、撕裂度、耐破度、耐磨度和介电性，使其作为结构材料、绝缘材料、电子材料在交通运输、电子电力、航空航天等领域得到更广泛的应用。

Description

一种用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法

技术领域

本发明属于特种纤维合成芳纶纸制造技术领域，具体涉及一种用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法。

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、耐高温和耐腐蚀等优异性能，并具有耐疲劳、耐剪切、相对密度小和尺寸稳定性好等优点，是高性能合成纤维的典型代表。目前的产品主要是对位芳纶短切纤维、对位芳纶浆粕纤维和对位芳纶沉析纤维，随着现代造纸工业的发展，对位芳纶纤维已成为一种重要的造纸原材料。

对位芳纶纸是由对位芳纶短切与沉析纤维（或浆粕纤维）按照一定的比例通过湿法造纸工艺制备而成。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；沉析纤维（或浆粕纤维）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。对位芳纶纸具有强韧的机械性能、优良的介电性能和灵活的加工性能，可作为绝缘材料、结构材料、电子材料而广泛应用于电力、交通、电子等重要高科技行业。

目前，大部分的对位芳纶纸是通过对位芳纶短切纤维与对位芳纶浆粕纤维混合抄造而成。专利名称：《全对位芳纶酰胺纸及其制备方法和应用》，公开日：2005.12.21，公开号：CN1710196A，采用在水中加入对位芳族聚酰胺短纤维、对位芳族聚酰胺浆粕、分散助剂，原料分散后得到浆料。将对位芳族聚酰胺溶液均匀浸渍在所得到的纤维纸上，经热压或冷压处理，凝固浴成型，吸取溶剂，脱水、压榨、干燥，得到全对位芳纶酰胺纸；专利名称：《制备芳纶纸的方法及由该方法获得的芳纶纸》，公开日：2011.08.17，公开号：CN102154914A，公开了一种制备芳纶纸的方法，利用芳纶短切和浆粕纤维，并在流浆箱上安装超声波发生器，向浆料施加定向超声波，使短切纤维水平取向度增加，避免了纤维凝聚和堆积，进而增加芳纶纸强度；专利名称：《全对位芳纶酰胺纸及其制备方法和应用》，公开日：2005.12.21，公开号：CN1710196A，在水中加入对位型芳族聚酰胺短纤维、对位型芳族聚酰胺浆粕、分散助剂，分散后上网成形，脱水、压榨、干燥，用对位型芳族聚酰胺溶液浸渍，热压、洗涤、脱水、压榨、干燥后得到芳纶纸，具有较高抗张强度、撕裂度、耐磨性和良好的弹性和柔韧性；专利名称：《一种制备对位芳纶纸的方法》，公开日：2013.01.09，公开号：CN102864676A，将对位芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维疏解分散后加入分散剂聚氧化乙烯、丁苯胶乳和阳离子聚丙烯酰胺，制备得到芳纶纤维浆；将芳纶纤维浆抄造成型，干燥，用聚酰亚胺树脂溶液进行浸渍，后经热压机热压，得到对位芳纶纸，可以有效地提高对位芳纶纸页的强度、耐温性和介电常数。

前述的这些专利介绍的方法所制得的对位芳纶纸，具有较好的机械强度和绝缘性能，适合用作蜂窝材料、绝缘材料和电子材料。但是这些方法制备的产品存在匀度差、弹性低、尺寸稳定性弱等缺点、难以满足其在高精度、轻量化、高密度、高湿度的复杂情况下使用，限制了其在电子电力、交通运输、航空航天的高端领域中的广泛应用。

对位芳纶沉析纤维是一种新型合成对位芳纶纤维，具有高模量、高强度、耐高温、耐腐蚀，优异绝缘性及化学稳定性等特点，相较于对位芳纶浆粕纤维，具备更大的比表面积和更高的表面活性，从而使其更易与水、纤维、酰胺类复合树脂间产生氢键，表现为在水相介质中具有更好的分散效果、更好的成形质量及更好的复合性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，通过将对位芳纶沉析纤维进行超声波处理和打浆处理，得到合适分丝帚化程度的沉析纤维，再与经表面处理的对位芳纶短切纤维配合抄造，可以显著增加成纸匀度、提高芳纶纸机械强度、耐压强度以及介电性能。

本发明所采用的技术方案是，一种用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将对位芳纶沉析纤维用超声波处理器预处理，然后在槽式打浆机内打浆；

步骤2：将对位芳纶短切纤维用十二烷基苯磺酸钠水溶液进行预处理，清水洗净，然后用低温等离子体进行表面处理；

步骤3：将步骤2处理后的对位芳纶短切纤维和分散剂混合，用槽式打浆机疏解，然后添加步骤1得到的对位芳纶沉析纤维，加入阳离子聚丙烯酰胺后，充分疏解分散，制得芳纶纤维浆料；

步骤4：将步骤3得到的芳纶纤维浆料在斜网纸机上抄造成型，经油压机压榨后，充分干燥，得到对位芳纶原纸；

步骤5：将步骤4得到的对位芳纶原纸经预热压器进行预热压，然后用辊式热压机进行热压，得到对位芳纶纸。

本发明的特点还在于，

其中的步骤1中对位芳纶沉析纤维超声波处理条件为：功率为200～1000W，间歇时间为5～10s，总时间为10～30min，打浆度控制在35～55°SR。

其中的步骤2中十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量-摩尔浓度为1.5×10^-3～3.0×10^-3mol/L，温度为40～90℃。

其中的步骤2中低温等离子体处理条件为：处理时间为1～5min，处理压强为30～90Pa，处理功率为60～90W。

其中的步骤3中的分散剂采用聚氧化乙烯，用量为相对于对位芳纶纤维总质量的0.1～1.0%。

其中的步骤3中对位芳纶沉析纤维和对位芳纶短切纤维混合比例为3:7～9:1。

其中的步骤3中加入的阳离子聚丙烯酰胺用量为相对于对位芳纶纤维总质量的0.1～0.3%。

其中的步骤5中预热压条件为：预热压时间为10～50s，预热压温度为100～180℃。

其中的步骤5中热压条件为：温度为240℃～270℃，压强为12～17MPa，辊速为1.0～2.0m/min，热压时间为3～10min。

本发明的有益效果是，

（1）使用对位芳纶沉析纤维作为芳纶纸的粘合材料，其具有较高比表面积和较高的表面活性，因此显著提高了纤维之间的界面亲和性，加强了纤维之间的氢键结合，进而提高了纤维纸的抗张强度、撕裂度、耐磨性等机械性能；

（2）将对位芳纶沉析纤维进行超声波预处理，可以活化纤维表面，使纤维表面含氧官能团增加，引起纤维表面张力中极性分子增加，并且，超声对纤维表面有刻蚀作用，纤维比表面增大，大大增加了纤维的层间结合能力；

（3）在混合芳纶纤维浆料中加入阴离子聚丙烯酰胺，促进了纤维分散体系的稳定性，有利于提高纤维的分散和成纸的匀度，并且还可以起到助留助滤的作用，改善浆料体系绿水性能的同时，保留细小芳纶沉析纤维，，使纸具有较高密度、紧度和强度；

（4）在热压成型工艺之前加装预热压装置，对芳纶原纸进行一定程度的预热压，课题显著增加了对位芳纶纤维间的结合，从而提高了对位芳纶纸的机械性能和电气性能，并有利于后续热压工艺的进行。

附图说明

图1是本发明用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法的工艺流程图。

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。

本发明用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法的工艺流程，如图1所示，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将对位芳纶沉析纤维用超声波处理器在功率200～1000W，间歇时间5～10s条件下预处理10～30min，然后在槽式打浆机内打浆至一定程度，打浆度控制在35～55°SR；

步骤2：将对位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，清水洗净，然后用低温等离子体进行表面处理，处理条件为：处理时间1～5min，处理压强30～90Pa，处理功率60～90W；

步骤3：将步骤2中处理后的对位芳纶短切纤维和分散剂聚氧化乙烯（PEO）混合，加入的PEO的用量为相对于对位芳纶纤维总质量（指的是短切纤维和沉析纤维的混合）的0.1～1.0%，用槽式打浆机疏解，然后按照对位芳纶沉析纤维和对位芳纶短切纤维混合比例为3:7～9:1，添加步骤1中的对位芳纶沉析纤维，加入相对于对位芳纶纤维总质量0.1～0.3%的APAM（阳离子聚丙烯酰胺）后，充分疏解分散，制得芳纶纤维浆料；

步骤4：将步骤3中得到的芳纶纤维浆料在斜网纸机上抄造成型，经油压机压榨后，充分干燥；

步骤5：将步骤4中得到的对位芳纶原纸经预热压器进行预热压，预热压条件为：预热压时间10～50s，预热压温度100～180℃。然后用辊式热压机进行热压，热压条件为：压强为12～17MPa，温度为240℃～270℃，辊速为1.0～2.0m/min，热压时间为3～10min，得到对位芳纶纸。

实施例1

将对位芳纶沉析纤维用超声波处理器在在功率200W，间歇时间5s条件下预处理10min，然后利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在35°SR；将芳纶短切纤维利用质量-摩尔浓度为1.5×10^-3mol/L，温度为40℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行洗涤预处理，然后用清水洗净，然后用低温等离子体在压力30Pa，功率60W的条件下处理1min；在槽式打浆机中加入处理后的对位芳纶短切纤维和0.1%的分散剂PEO，充分疏解，然后按照3:7比例添加对位芳纶沉析纤维，加入APAM后，充分疏解分散，制得芳纶纤维浆料；将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，压榨干燥；将得到的芳纶原纸在100℃温度下预热压10s，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在12～17MPa，热压温度在240～270℃，热压时间为3～10min，得到芳纶成品纸。

实施例2

将对位芳纶沉析纤维用超声波处理器在在功率800W，间歇时间7s条件下预处理15min，然后利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在40°SR；将芳纶短切纤维利用质量-摩尔浓度为2.0×10^-3mol/L，温度为60℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行洗涤预处理，然后用清水洗净，然后用低温等离子体在压力50Pa，功率70W的条件下处理2min；在槽式打浆机中加入处理后的对位芳纶短切纤维和0.3%的分散剂PEO，充分疏解，然后按照5:5比例添加对位芳纶沉析纤维，加入APAM后，充分疏解分散，制得芳纶纤维浆料；将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，压榨干燥；将得到的芳纶原纸在120℃温度下预热压20s，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在12～17MPa，热压温度在240～270℃，热压时间为3～10min，得到芳纶成品纸。

实施例3

将对位芳纶沉析纤维用超声波处理器在功率1500W，间歇时间8s条件下预处理20min，然后利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在45°SR；将芳纶短切纤维利用质量-摩尔浓度为2.5×10^-3mol/L，温度为70℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行洗涤预处理，然后用清水洗净，然后用低温等离子体在压力70Pa，功率80W的条件下处理3min；在槽式打浆机中加入处理后的对位芳纶短切纤维和0.7%的分散剂PEO，充分疏解，然后按照7:3比例添加对位芳纶沉析纤维，加入APAM后，充分疏解分散，制得芳纶纤维浆料；将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，压榨干燥；将得到的芳纶原纸在150℃温度下预热压30s，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在12～17MPa，热压温度在240～270℃，热压时间为3～10min，得到芳纶成品纸。

实施4

将对位芳纶沉析纤维用超声波处理器在功率2000W，间歇时间10s条件下预处理30min，然后利用槽式打浆机进行打浆处理，打浆度控制在55°SR；将芳纶短切纤维利用质量-摩尔浓度为3.0×10^-3mol/L，温度为90℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液中进行洗涤预处理，然后用清水洗净，然后用低温等离子体在压力90Pa，功率90W的条件下处理5min；在槽式打浆机中加入处理后的对位芳纶短切纤维和1.0%的分散剂PEO，充分疏解，然后按照9:1比例添加对位芳纶沉析纤维，加入APAM后，充分疏解分散，制得芳纶纤维浆料；将配好的浆料在斜网纸机上抄造成形，压榨干燥；将得到的芳纶原纸在180℃温度下预热压50s，并进一步在热压机上进行热压，热压压力控制在12～17MPa，热压温度在240～270℃，热压时间为3～10min，得到芳纶成品纸。

本发明采用对位芳纶沉析纤维与对位芳纶短切纤维进行混合抄造，由于对位芳纶沉析纤维具备更大的比表面积和更高的表面活性，能够更好的在水溶液中分散开来，并在湿法成形过程中结合紧密，表现为制备过程中具有更好的分散效果、更好的成形质量及更好的复合性能。通过本发明提供的方法，可以进一步促进浆料纤维体系的分散，提高纸张的匀度，并增加预热压装置，使得制得的对位芳纶纸具备更好的机械性能和介电性能，其抗张指数达到39.9N·m·g^-1，撕裂指数达到17.0mN·m²·g^-1，耐压指数达到15.1Kv·mm^-1。

Claims (9)

1.一种用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将对位芳纶沉析纤维用超声波处理器预处理，然后在槽式打浆机内打浆；

步骤2：将对位芳纶短切纤维用十二烷基苯磺酸钠水溶液进行预处理，清水洗净，然后用低温等离子体进行表面处理；

步骤3：将步骤2处理后的对位芳纶短切纤维和分散剂混合，用槽式打浆机疏解，然后添加步骤1得到的对位芳纶沉析纤维，加入阳离子聚丙烯酰胺后，充分疏解分散，制得芳纶纤维浆料；

步骤4：将步骤3得到的芳纶纤维浆料在斜网纸机上抄造成型，经油压机压榨后，充分干燥，得到对位芳纶原纸；

步骤5：将步骤4得到的对位芳纶原纸经预热压器进行预热压，然后用辊式热压机进行热压，得到对位芳纶纸。

2.根据权利要求1所述的用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，所述的步骤1中对位芳纶沉析纤维超声波处理条件为：功率为200～1000W，间歇时间为5～10s，总时间为10～30min，打浆度控制在35～55°SR。

3.根据权利要求1所述的用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，所述的步骤2中十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量-摩尔浓度为1.5×10^-3～3.0×10^-3mol/L，温度为40～90℃。

4.根据权利要求1所述的用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，所述的步骤2中低温等离子体处理条件为：处理时间为1～5min，处理压强为30～90Pa，处理功率为60～90W。

5.根据权利要求1所述的用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，所述的步骤3中的分散剂采用聚氧化乙烯，用量为相对于对位芳纶纤维总质量的0.1～1.0%。

6.根据权利要求1所述的用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，所述的步骤3中对位芳纶沉析纤维和对位芳纶短切纤维混合比例为3:7～9:1。

7.根据权利要求1所述的用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，所述的步骤3中加入的阳离子聚丙烯酰胺用量为相对于对位芳纶纤维总质量的0.1～0.3%。

8.根据权利要求1所述的用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，所述的步骤5中预热压条件为：预热压时间为10～50s，预热压温度为100～180℃。

9.根据权利要求1所述的用对位芳纶沉析纤维制备对位芳纶纸的方法，其特征在于，所述的步骤5中热压条件为：温度为240℃～270℃，压强为12～17MPa，辊速为1.0～2.0m/min，热压时间为3～10min。