CN107849813B - 芳族聚酰胺纸、制备方法及其用途 - Google Patents

芳族聚酰胺纸、制备方法及其用途 Download PDF

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Abstract

本公开涉及：一种用于蜂窝的芳族聚酰胺纸，该芳族聚酰胺纸通过以预定比例混合芳族聚酰胺絮状物、纤维长度等于或大于预定长度并且原纤发展等于或高于预定水平的芳族聚酰胺纸浆来制备；一种用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸，其具有优异的成纸性能并因此具有均匀的电绝缘性能，该全芳香芳族聚酰胺纸通过以预定比例混合细粉含量等于或高于预定比例的芳族聚酰胺纸浆来制备；一种层压芳族聚酰胺纸，其具有均匀的热膨胀系数、均匀的电导率和均匀的热导率，该层压芳族聚酰胺纸通过压延将具有优异的成纸性能的芳族聚酰胺纸层压在具有优异的纸张强度的芳族聚酰胺纸上来制备；及其制备方法。根据本公开的芳族聚酰胺纸适用于要求诸如热膨胀系数、电导率和热导率的物理性能之间几乎没有差异的精度的材料或元件。具体地，由于具有优异的纸张强度和成纸性能，因此，所述芳族聚酰胺纸适用于蜂窝、电绝缘纸、PCB基板等。此外，芳族聚酰胺纸的制备方法可以解决原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。

Description

芳族聚酰胺纸、制备方法及其用途
技术领域
本公开涉及一种芳族聚酰胺(aramid)纸、其制备方法及其用途。
更具体地，本公开涉及一种用于蜂窝(honeycomb)的芳族聚酰胺纸，该芳族聚酰胺纸通过以预定比例混合芳族聚酰胺絮状物(floc)、纤维长度等于或大于预定长度并且原纤发展(fibril development)等于或高于预定水平的芳族聚酰胺纸浆(pulp)来制备。
本公开还涉及一种用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸具有优异的成纸性能并因此具有均匀的电绝缘性能，该芳族聚酰胺纸通过以预定比例混合芳族聚酰胺絮状物，以及纤维长度等于或短于预定长度、原纤发展等于或高于预定水平并且细粉含量等于或高于预定比例的芳族聚酰胺纸浆来制备。
本公开还涉及一种具有均匀的热膨胀系数、均匀的电导率和均匀的热导率的层压芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述层压芳族聚酰胺纸通过压延将具有优异的成纸性能的芳族聚酰胺纸层压在具有优异的纸张强度的芳族聚酰胺纸上来制备。更特别地，本公开涉及一种层压芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述层压芳族聚酰胺纸通过如下方式制备：将包含具有优异的成纸性能的芳族聚酰胺絮状物与含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的第二混合物涂布在具有优异的纸张强度的基底纸上，并通过压延使它们粘合，所述基底纸由含有芳族聚酰胺絮状物和芳族聚酰胺纸浆的第一混合物形成。
本申请要求于2015年5月28日在韩国提交的韩国专利申请No.10-2015-0074612、No.10-2015-0074613和No.10-2015-0074614的优先权，这几项申请的公开内容通过引用并入本申请中。
背景技术
工业用纸的代表性用途包括蜂窝、电绝缘纸、隔膜、过滤器等。根据应用，工业用纸所需的物理性能为电绝缘性、机械性能、轻质性、均匀性、多孔性等。然而，除了这些要求之外，应当具有优异的纸张强度和成纸性能。
作为一个代表性实例，作为工业用纸的使用芳族聚酰胺纤维的蜂窝由含有对位芳族聚酰胺纤维、纸浆和另一纤维材料并且还含有粘合剂或树脂涂层的芳族聚酰胺纸制备。作为在芳族聚酰胺纸的制备中使用的粘合剂的一个代表性实例，US 6551456B描述，纤维纸可以通过使用聚酯纤维作为用于芳族聚酰胺纸浆的粘合剂来制备，并且该纤维纸可以改善用于热固性结构的树脂的浸渍性能。此外，KR10-2009-0091811A描述了一种如下技术：通过使用熔融温度高于基体树脂的固化温度并且玻璃化转变温度高于100℃的热塑性纤维作为粘合剂来制备芳族聚酰胺纸。作为通过树脂涂布制备用于蜂窝的纸的一个代表性实例，KR10-2010-0094543A描述了一种如下技术：使用酚类、聚酰亚胺类或环氧类涂层剂由间位芳族聚酰胺沉析纤维(fibrid)制备用于蜂窝的纸。
然而，除了芳族聚酰胺纸浆或沉析纤维之外，由于根据现有技术的用于蜂窝的芳族聚酰胺纸还含有由热塑性纤维或树脂形成的粘合剂，该粘合剂具有比芳族聚酰胺更弱的强度，因此，存在原纸的机械性能降低或者由于孔隙率降低而难以减重的问题。此外，存在原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。
同时，对于手机、电力电缆等中使用的电绝缘纸，额外需要耐热性。因此，近来已经对作为具有优异的电绝缘性能和耐热性的绝缘片的由芳香族聚酰胺(芳族聚酰胺)纸浆或纤维形式的片材以及它的制备和应用进行了许多研究和开发工作。然而，由于仅由芳族聚酰胺纸浆或纤维构成的片材通常具有较差的柔韧性和强度，因此，已经进行研究和开发以通过使用粘合剂将芳族聚酰胺纤维与另一纤维复合来改善柔韧性和强度。在这一方面，JP2535418B公开了一种芳族聚酰胺绝缘纸，其中，将芳族聚酰胺与聚酯纤维混合来降低抗弯刚度。虽然由此确保了柔韧性，但是电绝缘性能和耐热性不理想。虽然JP 5591046B通过将聚碳酸酯与芳族聚酰胺纤维混合而在一定程度上改善了耐热性，但是与仅由芳族聚酰胺组成的绝缘纸相比，不能确保均匀的电绝缘性能。
近来，KR10-2014-0040096A公开了一种技术，通过使用粘合剂经由喷射旋转工艺将40重量％至100重量％的膜型对位芳族聚酰胺沉析纤维与无机填料等混合来制备电绝缘纸。此外，KR10-2014-0038935A公开了一种技术，使用芳族聚酰胺微纤丝和芳族聚酰胺沉析纤维或纸浆作为非树脂型粘合剂来制备电绝缘纸。
然而，除了芳族聚酰胺纸浆或沉析纤维之外，根据现有技术制备的电绝缘纸还含有由热塑性纤维、无机填料等形成的粘合剂。特别地，对于电绝缘纸，还没有提出通过改善成纸性能(这对于均匀的电绝缘性能而言比提高原纸的强度更重要)来解决原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题的技术。
同时，由于仅由单层的芳族聚酰胺短纤维难以得到理想的物理性能，因此，正在开发使用芳族聚酰胺纸和聚合物来制备层压体的技术。作为一个代表性实例，KR10-2005-0071531A描述了一种通过压延形成芳族聚酰胺纸并在其上涂布聚酯类聚合物或共聚物的技术。
然而，除了芳族聚酰胺纸浆或沉析纤维之外，由于根据现有技术制备的芳族聚酰胺纸还含有由热塑性纤维、无机填料等形成的粘合剂，因此，在诸如热膨胀系数、电导率和热导率的物理性能方面会存在差异。因此，它不适用于要求精度的材料或元件。此外，不能解决原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。
发明内容
技术问题
本公开的目的是解决现有技术的问题，因此，本公开旨在通过改善芳族聚酰胺纸的原纸物理性能来提供一种具有改善的物理性能的蜂窝，以及所述芳族聚酰胺纸的制备方法。
本公开还旨在提供一种用于蜂窝的芳族聚酰胺纸，其中，芳族聚酰胺絮状物与芳族聚酰胺纸浆以预定比例混合。
本公开还旨在提供一种用于蜂窝的芳族聚酰胺纸，该芳族聚酰胺纸通过以预定比例将芳族聚酰胺絮状物、纤维长度等于或大于预定长度并且原纤发展等于或高于预定水平的芳族聚酰胺纸浆混合在一起来制备。
本公开还旨在提供一种用于蜂窝的芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸解决了原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。
本公开还旨在提供一种用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸通过改善芳族聚酰胺原纸的成纸性能而具有均匀电绝缘性能。
本公开还旨在提供一种用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸通过以预定比例将芳族聚酰胺絮状物，以及纤维长度等于或短于预定长度、原纤发展等于或高于预定水平并且细粉含量等于或高于预定比例的芳族聚酰胺纸浆混合在一起来制备。
本公开还旨在提供一种用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸解决了原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。
本公开还旨在提供一种具有均匀的热膨胀系数、电导率和热导率的层压芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述层压芳族聚酰胺纸通过将具有优异的成纸性能的芳族聚酰胺纸通过压延层压在具有优异的纸张强度的芳族聚酰胺纸上来制备。
本公开还旨在提供一种具有优异的成纸性能的层压芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述层压芳族聚酰胺纸通过压延将含有等于或高于预定比例的细粉的芳族聚酰胺纸浆粘合在由芳族聚酰胺絮状物和芳族聚酰胺纸浆形成的具有优异的纸张强度的基底纸上来制备。
本公开还旨在提供一种具有均匀的热膨胀系数、电导率和热导率的层压芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述层压芳族聚酰胺纸通过压延在不使用诸如聚合物、树脂等的粘合剂的情况下使仅由芳族聚酰胺短纤维制备的具有不同物理性能的芳族聚酰胺纸层压来制备。
根据本公开的芳族聚酰胺纸可以通过如下方式制备：将包含芳族聚酰胺絮状物与含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的第二混合物涂布在基底纸的顶部和底部中的一个或多个上，并通过压延使它们粘合，所述基底纸由包含芳族聚酰胺絮状物和长度为0.5mm至0.8mm并且游离度(freeness)为150mL至250mL的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物形成。
第一混合物可以含有20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物和60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆。
含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆可以通过如下方式制备：利用配备有精磨机的打浆机对10重量％至20重量％的长度等于或大于3mm且小于6mm的絮状物与80重量％至90重量％的长度等于或大于6mm且等于或小于8mm的絮状物的芳族聚酰胺絮状物的混合物进行打浆。
根据本公开的芳族聚酰胺纸的制备方法可以包括：由芳族聚酰胺絮状物与长度为0.5mm至0.8mm且游离度为150mL至250mL的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物制备基底纸的步骤；在所述基底纸上涂布包含芳族聚酰胺絮状物与含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的第二混合物的步骤；以及通过压延使所述基底纸与涂布的第二混合物粘合的步骤。
基底纸可以通过对20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物与60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物进行压片来制备。
另外，含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆可以通过如下方式制备：利用配备有精磨机的打浆机对10重量％至20重量％的长度等于或大于3mm且小于6mm的絮状物与80重量％至90重量％的长度等于或大于6mm且等于或小于8mm的絮状物的芳族聚酰胺絮状物的混合物进行打浆。
技术方案
由于蜂窝的物理性能源于原纸的物理特性，因此，用于蜂窝的原纸应当具有优异的强度。然而，除了芳族聚酰胺纸浆、絮状物或沉析纤维之外，由于现有的使用芳族聚酰胺短纤维的用于蜂窝的原纸还含有由热塑性纤维或树脂形成的粘合剂，该粘合剂的强度比芳族聚酰胺的强度弱，因此，存在原纸的机械性能降低或者由于孔隙率降低而难以减重的问题。此外，存在原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。
为了改善蜂窝的物理性能，本公开提供一种芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸通过一起使用对位芳族聚酰胺纸浆，特别是表现出长纤维长度和原纤发展的纸浆与芳族聚酰胺絮状物，从而在不适用粘合剂的情况下具有改善的原纸强度。
对于电绝缘纸，为了确保均匀的电绝缘性，与原纸强度相比更需要优异的成纸性能。然而，除了芳族聚酰胺纸浆或沉析纤维之外，现有的使用芳族聚酰胺短纤维的电绝缘纸必须含有由热塑性纤维、无机填料等形成的粘合剂。特别地，对于电绝缘纸，还没有提出通过改善成纸性能来解决原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题的技术，而这对于均匀的电绝缘性而言比提高原纸的强度更重要。
因此，本公开提供一种用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸具有改善的成纸性能并且能够提供原纸的均匀的电绝缘性能，该芳族聚酰胺纸通过以预定比例将对位芳族聚酰胺絮状物，以及纤维长度等于或短于预定长度、原纤发展等于或高于预定水平并且细粉含量等于或高于预定比例的芳族聚酰胺纸浆混合在一起来制备。
因为除了芳族聚酰胺纸浆、絮状物或沉析纤维之外，使用芳族聚酰胺短纤维的现有的工业用原纸必须含有由热塑性纤维或树脂形成的粘合剂，该粘合剂的强度比芳族聚酰胺的强度弱，因此，存在原纸的机械性能降低或者由于孔隙率降低而难以减重的问题。此外，存在原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。而且，当使用具有长纤维长度的纸浆制备具有优异的纸张强度的芳族聚酰胺纸时，由于孔隙率相对较高，成纸性能不理想。
因此，为了解决上述问题，本公开提供一种芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸通过如下方式制备：在不使用粘合剂的情况下，将具有短纤维长度和高细粉含量的纸浆涂布到作为基底纸的具有优异的纸张强度的芳族聚酰胺纸上，然后通过压延用细粉填充孔隙。由于所述芳族聚酰胺纸在一侧具有优异的成纸性能，因此它可以用于多种应用。
有益效果
根据本公开的用于蜂窝的芳族聚酰胺纸通过改善孔隙率和结构来改善原纸的机械性能并且减轻蜂窝的重量。此外，可以解决原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。
根据本公开的用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸具有优异的成纸性能，因此，可以通过原纸的结构改善来提供均匀的电绝缘性能、改善的机械性能并且减轻重量。此外，可以解决原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。
由于根据本公开的层压芳族聚酰胺纸仅由芳族聚酰胺短纤维组成而不含有诸如聚合物、合成树脂等的粘合剂，因此，它适用于诸如热膨胀系数、电导率和热导率的物理性能具有较小差异的需要精度的材料或元件。更具体地，由于所述芳族聚酰胺纸具有优异的纸张强度和成纸性能，因此，其适用于蜂窝、电绝缘纸、PCB基板等。此外，芳族聚酰胺纸的制备方法可以解决原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。
具体实施方式
根据本公开的用于蜂窝的芳族聚酰胺纸可以含有芳族聚酰胺絮状物与芳族聚酰胺纸浆的混合物。
所述混合物可以含有20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物和60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆。
芳族聚酰胺絮状物的长度可以为4mm至8mm，芳族聚酰胺纸浆的长度可以为0.5mm至8mm并且游离度可以为150mL至250mL。
根据本公开的用于蜂窝的芳族聚酰胺纸的制备方法可以包括：制备芳族聚酰胺絮状物的步骤；制备芳族聚酰胺纸浆的步骤；通过以20:80至40:60的比例混合所述芳族聚酰胺絮状物与所述芳族聚酰胺纸浆来制备纸料(paper stock)的步骤；以及将所述纸料形成为原纸的步骤。
所述芳族聚酰胺絮状物的长度可以为4mm至8mm，所述芳族聚酰胺纸浆的长度可以为0.5mm至8mm并且游离度可以为150mL至250mL。
根据本公开的用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸可以包含芳族聚酰胺絮状物与含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的混合物。
所述混合物可以含有20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物和60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆。
所述芳族聚酰胺絮状物的长度可以为4mm至8mm，所述芳族聚酰胺纸浆的长度可以为0.5mm至8mm并且游离度可以为150mL至250mL。
根据本公开的用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸的制备方法可以包括：制备芳族聚酰胺絮状物的步骤；制备含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的步骤；通过以20:80至40:60的比例混合所述芳族聚酰胺絮状物与所述芳族聚酰胺纸浆来制备纸料的步骤；以及将所述纸料形成为原纸的步骤。
所述芳族聚酰胺絮状物的长度可以为4mm至8mm，所述芳族聚酰胺纸浆的长度可以为0.5mm至8mm并且游离度可以为150mL至250mL。
根据本公开的芳族聚酰胺纸可以通过如下方式制备：将包含芳族聚酰胺絮状物与含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的第二混合物涂布在基底纸的顶部和底部中的一个或多个上，并通过压延使它们粘合，所述基底纸由包含芳族聚酰胺絮状物和长度为0.5mm至0.8mm并且游离度为150mL至250mL的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物形成。
所述第一混合物可以含有20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物和60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆。
所述含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆可以通过如下方式制备：利用配备有精磨机的打浆机对10重量％至20重量％的长度等于或大于3mm且小于6mm的絮状物与80重量％至90重量％的长度等于或大于6mm且等于或小于8mm的絮状物的芳族聚酰胺絮状物的混合物进行打浆。
根据本公开的芳族聚酰胺纸的制备方法可以包括：由芳族聚酰胺絮状物于长度为0.5mm至0.8mm且游离度为150mL至250mL的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物制备基底纸的步骤；在所述基底纸上涂布包含芳族聚酰胺絮状物与含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的第二混合物的步骤；以及通过压延使所述基底纸与涂布的第二混合物粘合的步骤。
所述基底纸可以通过对20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物与60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物进行压片来制备。
所述含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆可以通过如下方式制备：利用配备有精磨机的打浆机对10重量％至20重量％的长度等于或大于3mm且小于6mm的絮状物与80重量％至90重量％的长度等于或大于6mm且等于或小于8mm的絮状物的芳族聚酰胺絮状物的混合物进行打浆。
本公开涉及一种芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸通过一起使用对位芳族聚酰胺纸浆，特别是表现出长纤维长度和原纤发展的纸浆与芳族聚酰胺絮状物，从而在不使用粘合剂的情况下具有改善的原纸强度。
本公开还涉及一种用于电绝缘纸的全芳香芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述芳族聚酰胺纸具有优异的成纸性能并因此具有均匀电绝缘性能，该芳族聚酰胺纸通过以预定比例混合芳族聚酰胺絮状物，以及纤维长度等于或短于预定长度、原纤发展等于或高于预定水平并且细粉含量等于或高于预定比例的芳族聚酰胺纸浆来制备。
本公开还涉及一种具有优异的纸张强度和优异的成纸性能的层压芳族聚酰胺纸及其制备方法，所述层压芳族聚酰胺纸通过如下方式制备：通过一起使用对位芳族聚酰胺纸浆，特别是表现出长纤维长度和原纤发展的纸浆与芳族聚酰胺絮状物而不使用粘合剂，来制备具有改善的原纸强度的芳族聚酰胺基底纸；在制备的基底纸上涂布混合物，该混合物包含预定比例的对位芳族聚酰胺絮状物与纤维长度等于或短于预定长度、原纤发展等于或高于预定水平并且细粉含量等于或高于预定比例的芳族聚酰胺纸浆；以及通过压延使它们粘合。
应当理解的是，本说明书和所附权利要求书中所使用的术语或词语不应理解为局限于常规的和字典的含义，而是在发明人能够适当地定义术语以便最好地说明的原则的基础上，基于与本公开的技术方面相一致的含义和概念来理解。
“纤维”指沿着垂直于长度的截面具有较大的长宽比的相对柔性的材料，并且可以与术语“长丝(filament)”互换地改变。在本公开中，长丝的截面可以具有任意形状，但是通常是圆形或者豆形。将在包装中卷绕在线筒上的纤维称为连续纤维。纤维可以被切割成短长度，将其称为短纤维。纤维可以被切割成更短的长度，将其称为絮状物。纱线、复丝纱线或丝束(tow)由多根纤维组成。纱线可以缠绕和/或扭曲。
“短纤维”可以通过将长丝切割成15cm以下，具体地为3cm至15cm，最具体地为3cm至8cm的长度来制备。短纤维可以是直的(即，不卷曲的)，或者可以卷曲成沿着短纤维的长度以任意卷曲(或重复弯曲)频率具有锯齿形状。纤维可以以未涂布、涂布或预处理(例如，预拉伸或热处理)的形式存在。
“芳族聚酰胺”指全芳香芳族聚酰胺。在化学上，其被定义为一种直链合成聚合物，其中，连接苯环的60摩尔％以上的键为酰胺基。根据酰胺基在苯环中所处的位置，芳族聚酰胺分为对位芳族聚酰胺、间位芳族聚酰胺和它们的共聚物。对位芳族聚酰胺的实例包括聚(对苯二甲酰对苯二胺)和它的共聚物、聚(对亚苯基)-聚(3,4-二苯醚)对苯二甲酰胺共聚物等。间位芳族聚酰胺的实例包括聚(间苯二甲酰间苯二胺)和它的共聚物。具体地，本公开中可以使用对位芳族聚酰胺。
“芳族聚酰胺纸浆”指由芳族聚酰胺制备的纸浆。芳族聚酰胺纸浆可以通过将芳族聚酰胺分散在水中然后使用压片机进行压片来制备。为了改善机械性能，分散的短纤维通过打浆等而原纤化(fibrilized)。
更具体地，芳族聚酰胺纸浆的制备和原纤化(fibrilization)如下进行。首先，通过使用旋转切割机切割卷曲的芳族聚酰胺长丝来制备预定长度的芳族聚酰胺短纤维。然后，用水洗涤芳族聚酰胺短纤维以去除诸如细粉尘、油等的杂质，具体地在高于室温的温度下进行洗涤，以便容易地除去杂质。
然后，将洗涤过的芳族聚酰胺短纤维分散在水中并且制备成均匀的浆料。具体地，该解离过程可以在高于室温的温度下进行，以便除去残留的油等并且改善芳族聚酰胺短纤维的分散性。通过解离工艺，各个芳族聚酰胺短纤维被分离成多根单丝。具体地，浆料可以含有1.0重量％至2.0重量％的芳族聚酰胺短纤维。
随后，对均匀分散在水中的浆料进行打浆。在打浆过程中，使用精磨机，将芳族聚酰胺短纤维分离、切割并原纤化成平均长度为0.5mm至5mm的原纤化的芳族聚酰胺短纤维。
任选地，如果没有实现理想的芳族聚酰胺短纤维的原纤化，可以重复进行解离工艺和打浆工艺。
通过打浆工艺，将含有原纤化的芳族聚酰胺短纤维的浆料制备成片材。挤压该片材以去除水分，然后干燥以进一步除去水分。将干燥的片材压碎来制备芳族聚酰胺纸浆。
打浆工艺是决定芳族聚酰胺纸浆的游离度(加拿大标准游离度)的重要工艺之一。这是因为芳族聚酰胺纸浆的游离度随着通过打浆工艺的芳族聚酰胺短纤维的原纤化程度而变化很大。良好的原纤化程度导致较低的纸浆游离度，这表示芳族聚酰胺纸浆具有优异的分散性。相反，不良的原纤化程度导致较高的纸浆游离度，这表示芳族聚酰胺纸浆具有较差的分散性。此外，重要的是芳族聚酰胺纸浆具有均匀的物理性能。如果原纤化不均匀，游离度的变化增加。游离度较大的变化导致最终产品的物理性能的显著差异，这导致缺陷率提高。
“沉析纤维”指非颗粒的、纤维状的或膜状的粒子。具体地，其熔点或分解温度可以为320℃以上。沉析纤维不是纤维而是纤维状材料，因为它具有通过网状物连接的纤维状区域。沉析纤维的长径比为5:1至10:1，平均长度为0.2mm至1.0mm。沉析纤维的网状物的厚度小于1μm或2μm，通常为1μm以下。在干燥之前，沉析纤维可以以湿态使用，并且可以设置为与产品的其它构件物理缠绕的粘合剂。沉析纤维可以通过任意方法制备，包括使用在美国专利No.3,018,091中公开的类型的原纤化装置的方法，其中，在单个步骤中沉淀和剪切聚合物溶液。
“原纤维”指直径小到1μm至数微米并且长度为约10μm至100μm的小纤维。原纤维通常从直径为4μm至50μm的大纤维的主干伸出。原纤维充当挂钩或紧固件以诱捕并捕获相邻的物质。一些纤维被原纤化，但是其它纤维未被原纤化或者未被有效地原纤化。在后一种情况下，纤维不会被原纤化。聚(对苯二甲酰对苯二胺)纤维在磨损时容易被原纤化，产生原纤维。聚(对苯二甲酰间苯二胺)纤维不被原纤化。
“芳族聚酰胺絮状物”指通过切割连续长丝而制备的未被原纤化的短芳族聚酰胺纤维。芳族聚酰胺絮状物的长度通常为1mm至50mm。如果长度小于1mm，使片材增强的效果降低。此外，如果长度大于50mm，在片材的形成过程中会发生缠结。芳族聚酰胺絮状物通过在没有显著的或任何原纤化的情况下将芳族聚酰胺纤维切割成较短的长度来制备，例如，通过在美国专利No.3,063,966、No.3,133,138、No.3,767,756和No.3,869,430中描述的方法制备的芳族聚酰胺絮状物。
根据本公开的发明人进行的实验，当使用长度为3mm以下的絮状物时，原纸的转移困难并且观察到不均匀的强度。此外，当长度为9mm以上时，发生絮状物之间的聚集。因此，可以使用长度为4mm至8mm的芳族聚酰胺絮状物来制备用于蜂窝的芳族聚酰胺纸、用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸以及由含有芳族聚酰胺絮状物与芳族聚酰胺纸浆的第一混合物形成的基底纸。
更具体地，当制备用于蜂窝的芳族聚酰胺纸时，可以使用用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸和由第一混合物形成的基底纸，所述第一混合物含有芳族聚酰胺絮状物和芳族聚酰胺纸浆，它是60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆与20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物的混合物。
根据本公开的发明人进行的实验，当制备包含芳族聚酰胺絮状物与含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的第二混合物时，如果使用长度为3mm以下的絮状物，则原纸的转移困难并且观察到不均匀的强度。此外，当长度为9mm以上时，发生絮状物之间的聚集。因此，可以使用长度为4mm至8mm的芳族聚酰胺絮状物来制备第二混合物。
“细粉”指顺序地使用由TAPPI(Technical Association of Pulp and PaperIndustry)T233cm-95规定的Tyler筛28(0.595mm)、48(0.297mm)、100(0.149mm)、150(0.105mm)或200(0.074mm)分离的具有较短长度的纸浆。更具体地，纸浆的纤维长度根据TAPPI T233cm-95如下分类。TAPPI T233cm-95用于测量纸浆的加权平均纤维长度。对于长度为1mm且重量为w mg的纤维，加权平均长度L定义为Σ(wl)/Σw。对于根据长度对纤维进行的分类，使用Clark型或Bauer-McNett型分类器将产生相同的结果。通过使用最粗的筛网然后顺序地使用更细的筛网来进行分离，从而根据长度对纤维进行分类。常用的Tyler筛的孔如表1中所描述，并且通常用于根据长度对纤维进行分类的筛孔的组合如下。
1)长纤维纸浆：Tyler筛10(1.68mm)、14(1.19mm)、28(0.595mm)和48(0.297mm)
2)中纤维纸浆：Tyler筛14(1.19mm)、28(0.595mm)、48(0.297mm)和100(0.149mm)
3)短纤维纸浆：Tyler筛28(0.595mm)、48(0.297mm)、100(0.149mm)、150(0.105mm)和200(0.074mm)
[表1]
Figure BDA0001545420090000121
Figure BDA0001545420090000131
根据本发明的细粉含量等于或高于预定值的芳族聚酰胺纸浆通过使用配备有精磨机的打浆机对含有预定比例的具有不同长度的芳族聚酰胺絮状物的芳族聚酰胺絮状物的混合物进行打浆来制备。
下文中，参照实施例详细描述根据本公开的用于蜂窝的芳族聚酰胺纸、用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸、层压芳族聚酰胺纸和制备方法。
制备实施例1：芳族聚酰胺絮状物的制备
通过将80kg的氯化钙和48.67kg的对苯二胺溶解在1,000kg的保持在80℃下的N-甲基-2-吡咯烷酮中来制备芳香族二胺溶液。将芳香族二胺溶液和等摩尔的熔融对苯二甲酰氯添加到聚合反应器中之后，通过搅拌制备特性粘度为6.8的聚(对苯二甲酰对苯二胺)聚合物。
接着，将制得的聚合物溶解在99％的硫酸中来制备聚合物含量为18重量％的光学各向异性的纺丝液。使用喷丝头对制备的纺丝液进行纺丝，然后通过空气层在凝固槽中凝固，来制备长丝。用水洗涤长丝，干燥，然后使用卷绕机进行卷绕。使用旋转切割机将由此得到的聚(对苯二甲酰对苯二胺)长丝切割成预定长度(3mm、6mm和9mm)，来用作芳族聚酰胺絮状物。
制备实施例2：芳族聚酰胺纸浆的制备
通过将20kg的在制备实施例1中制备的6mm长的芳族聚酰胺絮状物分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料。使用配备有精磨机的打浆机对制备的浆料打浆预定时间。进行打浆工艺，同时通过取样来控制芳族聚酰胺纸浆的基本物理性能如比表面积(SSA)、加拿大标准游离度(CSF)、纤维长度(FL)等。打浆工艺之后，使用过滤器使浆料脱水，然后干燥。将干燥的片材压碎成小片来制备芳族聚酰胺纸浆。
制备实施例3：细粉含量为20重量％以上的芳族聚酰胺纸浆的制备
通过将20kg的芳族聚酰胺絮状物混合物分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料，所述芳族聚酰胺絮状物混合物是在制备实施例1中制备的具有不同长度的芳族聚酰胺絮状物中10重量％至20重量％的3mm长的絮状物与80重量％至90重量％的长度为6mm以上的絮状物的混合物。使用配备有精磨机的打浆机对制备的浆料打浆预定时间。进行打浆工艺，同时通过取样控制芳族聚酰胺纸浆的基本物理性能如比表面积(SSA)、加拿大标准游离度(CSF)、纤维长度(FL)等。打浆工艺之后，使用过滤器使浆料脱水，然后干燥。将干燥的片材压碎成小片来制备芳族聚酰胺纸浆。所述芳族聚酰胺纸浆根据TAPPI(TechnicalAssociation of Pulp and Paper Industry)T233cm-95方法测量的细粉含量为20％以上。
实施例1-1：用于蜂窝的芳族聚酰胺纸的制备
通过将3kg的在制备实施例1中制备的6mm长的芳族聚酰胺絮状物和7kg的在制备实施例2中制备的芳族聚酰胺纸浆分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料。将制得的浆料制备成片材，然后在挤压辊中脱水。使用Yankee烘干机以5m/min的速度在105℃下对脱水后的片材进行干燥。然后，在250℃下使用热辊以3m/min的速度制备纸张定量(basis weight)为50g/m2的用于蜂窝的芳族聚酰胺纸。
比较例1-1
除了使用3mm长和9mm长的芳族聚酰胺絮状物之外，以与实施例1-1中相同的方式制备用于蜂窝的芳族聚酰胺纸。
比较例2-1
除了使用5kg的芳族聚酰胺絮状物和5kg的芳族聚酰胺纸浆之外，以与实施例1-1中相同的方式制备用于蜂窝的芳族聚酰胺纸。
实施例1-2：用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸的制备
通过将3kg的在制备实施例1中制备的6mm长的芳族聚酰胺絮状物和7kg的在制备实施例3中制备的细粉含量为20％以上的芳族聚酰胺纸浆分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料。将制得的浆料制备成片材，然后在挤压辊中脱水。使用Yankee烘干机以5m/min的速度在105℃下对脱水后的片材进行干燥。然后，在250℃下使用热辊以3m/min的速度制备纸张定量为250g/m2的用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸。
比较例1-2
通过将3kg的在制备实施例1中制备的6mm长的芳族聚酰胺絮状物和7kg的在制备实施例2中制备的未进行增加细粉含量的工艺的芳族聚酰胺纸浆分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料。将制得的浆料制备成片材，然后在挤压辊中脱水。使用Yankee烘干机以5m/min的速度在105℃下对脱水后的片材进行干燥。然后，在250℃下使用热辊以3m/min的速度制备纸张定量为250g/m2的用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸。
比较例2-2
除了使用3mm长和9mm长的芳族聚酰胺絮状物之外，以与实施例1-2中相同的方式制备用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸。
比较例3-2
除了使用5kg的芳族聚酰胺絮状物和5kg的芳族聚酰胺纸浆之外，以与实施例1-2中相同的方式制备用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸。
实施例1-3：层压芳族聚酰胺纸的制备
通过将3kg的在制备实施例1中制备的6mm长的芳族聚酰胺絮状物和7kg的在制备实施例2中制备的芳族聚酰胺纸浆分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料。将制得的浆料制备成片材，然后在挤压辊中脱水，来制备纸张定量为50g/m2的基底纸。
通过将3kg的在制备实施例1中制备的6mm长的芳族聚酰胺絮状物和7kg的在制备实施例3中制备的细粉含量为20％以上的芳族聚酰胺纸浆分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料。将制得的浆料涂布在基底纸上之后，将浆料制备成片材，然后在挤压辊中脱水。使用Yankee烘干机以5m/min的速度在105℃下对脱水后的片材进行干燥。然后，在250℃下使用热辊以3m/min的速度制备纸张定量为100g/m2的层压芳族聚酰胺纸。
比较例1-3
通过将3kg的在制备实施例1中制备的6mm长的芳族聚酰胺絮状物和7kg的在制备实施例2中制备的芳族聚酰胺纸浆(未进行增加细粉含量的工艺)分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料。将制得浆料制备成片材，然后在挤压辊中脱水。使用Yankee烘干机以5m/min的速度在105℃下对脱水后的片材进行干燥。然后，在250℃下使用热辊以3m/min的速度制备纸张定量为100g/m2的芳族聚酰胺纸。
比较例2-3
通过将3kg的在制备实施例1中制备的6mm长的芳族聚酰胺絮状物和7kg的在制备实施例3中制备的细粉含量为20％以上的芳族聚酰胺纸浆分散在1,000L的水中来制备均匀的浆料。将制得的浆料制备成片材，然后在挤压辊中脱水。使用Yankee烘干机以5m/min的速度在105℃下对脱水后的片材进行干燥。然后，在250℃下使用热辊以3m/min的速度制备纸张定量为100g/m2的芳族聚酰胺纸。
比较例3-3
除了使用3mm长和9mm长的芳族聚酰胺絮状物进行压延之外，以与实施例1-3中相同的方式制备层压芳族聚酰胺纸。
比较例4-3
除了使用5kg的芳族聚酰胺絮状物和5kg的芳族聚酰胺纸浆进行压延之外，以与实施例1-3中相同的方式制备层压芳族聚酰胺纸。
物理性能的评价
1)比表面积(SSA)的测量
根据BET方法通过氮气吸附测量比表面积(m2/g)。
2)纤维长度(FL)的测量
使用“FiberExpert”桌面分析仪(购自芬兰赫尔辛基的Metoso Automation；也被称为“PulpExpert FS”)来测量加权平均长度。在纸浆通过分析仪时用数码CCD相机获取纸浆图像，并通过用计算机分析图像来计算加权平均长度。
3)原纤化程度(DF)的测量
使用“FiberExpert”桌面分析仪(购自芬兰赫尔辛基的Metoso Automation；也被称为“PulpExpert FS”)来测量原纤化程度(DF)。
4)加拿大标准游离度(CSF)的测量
加拿大标准游离度(CSF)是粒子从浆料或分散液中排出的水的公知量度。游离度根据TAPPI T227测量。将测试得到的数据表示为加拿大标准游离度，它是指在特定条件下从含水浆料中排出的水的量(mL)。较大的值表示较高的游离度和排水量。较小的值表示从分散液中排水较慢。由于大量原纤维的存在降低了通过纸垫排出的水的量，因此，游离度与纸浆的原纤化程度成反比。
5)细粉含量的测量(TAPPI T233cm-95)
通过用配备有精磨机的打浆机对10重量％至20重量％的长度等于或大于3mm且小于6mm的絮状物与80重量％至90重量％的长度等于或大于6mm且等于或小于8mm的絮状物的芳族聚酰胺絮状物的混合物进行打浆，来制备根据本发明的细粉含量等于或高于预定值的芳族聚酰胺纸浆。通过顺序地使用Tyler筛28(0.595mm)、48(0.297mm)、100(0.149mm)、150(0.105mm)和200(0.074mm)来将制备的芳族聚酰胺纸浆分离成短纸浆。分离的纸浆根据TAPPI(Technical Association of Pulp and Paper Industry)T233cm-95测量的细粉含量为20重量％以上。
在实施例1-1以及比较例1-1和2-1中制备的用于蜂窝的芳族聚酰胺纸的物理性能的测量结果示于表2中。
[表2]
Figure BDA0001545420090000171
Figure BDA0001545420090000181
从表2可以看出，通过打浆工艺由70重量％的具有长纤维长度并且表现出较高的原纤发展的芳族聚酰胺纸浆和30重量％的6mm长的芳族聚酰胺絮状物制备的用于蜂窝的芳族聚酰胺纸表现出优异的原纸强度。
同时，当使用长度为3mm以下的絮状物时，原纸的转移困难并且观察到不均匀的强度。此外，当长度为9mm以上时，发生絮状物之间的聚集。因此，可以看出，在制备用于蜂窝的芳族聚酰胺纸时，优选使用长度为4mm至8mm的芳族聚酰胺絮状物。
另外，由于当芳族聚酰胺纸浆的含量为50％以下时，强度降低，因此，可以看出，优选使用60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆与20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物的混合物。
在实施例1-2以及比较例1-2至3-2中制备的用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸的物理性能的测量结果示于表3中。
[表3]
Figure BDA0001545420090000182
从表3可以看出，通过打浆工艺由70重量％的表现出原纤发展并且具有20％以上的细粉含量的芳族聚酰胺纸浆和30重量％的6mm长的芳族聚酰胺絮状物制备的用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸表现出优异的介电强度。
同时，当使用长度为3mm以下的絮状物时，原纸的转移困难并且观察到不均匀的强度。此外，当长度为9mm以上时，絮状物之间发生聚集。因此，可以看出，在制备用于电绝缘纸的芳族聚酰胺纸时，优选使用长度为4mm至8mm的芳族聚酰胺絮状物。
另外，由于当芳族聚酰胺纸浆的含量为50％以下时，强度降低，因此，可以看出，优选使用60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆与20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物的混合物。
在实施例1-3以及比较例1-3至4-3中制备的芳族聚酰胺纸的物理性能的测量结果示于表4中。
[表4]
Figure BDA0001545420090000191
从表4可以看出，与使用含有细粉的纸浆的基底纸或纸相比，通过如下方式制备的芳族聚酰胺纸表现出优异的强度和CSF：使用6mm长的絮状物和具有长纤维长度并且表现出原纤发展的纸浆来制备纸，使用该纸作为基底纸，涂布具有短纤维长度、表现出原纤发展并且细粉含量为20％以上的纸浆，然后通过压延使它们粘合。
另外，通过打浆工艺使用70重量％的具有长纤维长度并且表现出原纤发展的芳族聚酰胺纸浆与30重量％的6mm长的芳族聚酰胺絮状物制备的层压芳族聚酰胺纸表现出优异的物理性能。
工业实用性
根据本公开的芳族聚酰胺纸适用于要求诸如热膨胀系数、电导率和热导率的物理性能之间几乎没有差异的精度的材料或元件。具体地，由于具有优异的纸张强度和成纸性能，因此，所述芳族聚酰胺纸适用于蜂窝、电绝缘纸、PCB基板等。此外，芳族聚酰胺纸的制备方法可以解决原纸转移性能差、强度不均匀和絮状物之间聚集的问题。

Claims (4)

1.一种芳族聚酰胺纸，通过如下方式制备：将包含芳族聚酰胺絮状物与通过混合具有不同长度的芳族聚酰胺絮状物利用配备有精磨机的打浆机而制备的含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的第二混合物涂布在基底纸的顶部和底部中的一个或多个上，并通过压延使它们粘合，所述基底纸由包含芳族聚酰胺絮状物和长度为0.5mm至0.8mm并且游离度为150mL至250mL的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物形成，
其中，所述含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆通过如下方式制备：利用配备有精磨机的打浆机对10重量％至20重量％的长度等于或大于3mm且小于6mm的絮状物与80重量％至90重量％的长度等于或大于6mm且等于或小于8mm的絮状物的芳族聚酰胺絮状物的混合物进行打浆。
2.根据权利要求1所述的芳族聚酰胺纸，其中，所述第一混合物包含20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物和60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆。
3.一种芳族聚酰胺纸的制备方法，包括：
由芳族聚酰胺絮状物与长度为0.5mm至0.8mm并且游离度为150mL至250mL的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物制备基底纸；
将包含芳族聚酰胺絮状物与通过混合具有不同长度的芳族聚酰胺絮状物利用配备有精磨机的打浆机而制备的含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆的第二混合物涂布在所述基底纸上；以及
通过压延使所述基底纸与涂布的第二混合物粘合，
其中，所述含有20重量％以上的细粉的芳族聚酰胺纸浆通过如下方式制备：利用配备有精磨机的打浆机对10重量％至20重量％的长度等于或大于3mm且小于6mm的絮状物与80重量％至90重量％的长度等于或大于6mm且等于或小于8mm的絮状物的芳族聚酰胺絮状物的混合物进行打浆。
4.根据权利要求3所述的芳族聚酰胺纸的制备方法，其中，所述基底纸通过对20重量％至40重量％的芳族聚酰胺絮状物与60重量％至80重量％的芳族聚酰胺纸浆的第一混合物进行压片来制备。
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