CN108866818A - 一种聚芳酰胺纤维无纺布及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种聚芳酰胺纤维无纺布，按重量份计，包括以下组分：间位全芳族聚酰胺短切纤维80‑90份；热粘结纤维15‑20份；其中，涤纶短纤含量为50‑67wt％，低熔点聚酯复合纤维含量为33‑50wt％；低熔点聚酯复合纤维包括芯层和包裹芯层的皮层，芯层和皮层的材料成分均为聚酯纤维，芯层聚酯纤维的维卡软化点为180‑190℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为170‑180℃，涤纶短纤的维卡软化点为200‑210℃。本发明还公开了上述聚芳酰胺纤维无纺布的制造方法，通过混棉、开松、预梳成网、铺网、精梳成网、两次热轧，两次热轧温度分别控制为228‑232℃、218‑222℃，最终所得聚芳酰胺纤维无纺布不仅具有优异的耐热性，还能兼具良好的抗张力与断裂伸长率，较为适合用于F、H级电机、变压器、发电机等电气设备内的绝缘材料。

Description

一种聚芳酰胺纤维无纺布及其制造方法

技术领域

本发明涉及无纺布技术领域，特别涉及到一种聚芳酰胺纤维无纺布及其制造方法。

背景技术

现有的聚酯纤维无纺布通常采用聚酯纤维和低熔点聚酯纤维通过混合、开松、混棉、梳理、铺网、热轧得到，其由于其抗张力与断裂伸长率较好，多年来被广泛用于变压器、电机、发电机以及其它电器设备以提高电气绝缘的可靠性。但是，聚酯纤维无纺布属B级绝缘材料，只适合在130℃下长期使用。当电机、电器内工作温度达到130℃以上时，聚酯纤维无纺布容易软化甚至熔化而失去效用。除需要经常更换以外，更为严重的是，其还可能引发安全事故。

芳纶的耐热性远优于聚酯纤维，由其制造而成的芳纶无纺布的耐热性与聚酯纤维无纺布相比有着明显提高。现有的芳纶无纺布的制造工艺较为粗糙，其方法可以说是完全参照聚酯纤维无纺布的制造工艺，即将芳纶和低熔点粘结纤维混合后，进行和聚酯纤维无纺布相同的制造工艺：混合、开松、梳网，纤网、热轧，制造而成的芳纶无纺布的耐热性和聚酯纤维无纺布相比的确有所提高，但是其缺点也较为明显：容易起毛；抗张力、断裂伸长率和聚酯纤维无纺布相比降低了很多。以上两个缺点，尤其是抗张力、断裂伸长率较差，严重地限制了芳纶无纺布的应用，芳纶无纺布在电气绝缘材料领域仍然难以替代聚酯纤维无纺布。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐热性较为优异，同时还能兼具良好的抗张力与断裂伸长率的聚芳酰胺纤维无纺布。

本发明的另一目的在于提供上述聚芳酰胺纤维无纺布的制造方法，通过该方法制备得到的聚芳酰胺纤维无纺布不易起毛，且强度较好。

为了解决上述问题，采用以下技术方案：

一种聚芳酰胺纤维无纺布，按重量份计，包括以下组分，

间位全芳族聚酰胺短切纤维 80-90份；

热粘结纤维 15-20份；

其中，按重量百分数计，所述热粘结纤维包括以下组分：

涤纶短纤 50-67wt％；

低熔点聚酯复合纤维 33-50wt％；

所述低熔点聚酯复合纤维包括芯层和包裹所述芯层的皮层，所述芯层和皮层的材料成分均为聚酯纤维，芯层聚酯纤维的维卡软化点为180-190℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为170-180℃，所述涤纶短纤的维卡软化点为200-210℃。

优选地，所述芯层聚酯纤维的维卡软化点高出所述皮层聚酯纤维的维卡软化点6-10℃。

更优选地，所述芯层聚酯纤维的维卡软化点高出所述皮层聚酯纤维的维卡软化点8℃。

优选地，所述间位全芳族聚酰胺短切纤维的细度为1.4-2D，长度为38-51mm。

更优选地，所述间位全芳族聚酰胺短切纤维的细度为1.7D，长度为45mm。

优选地，所述涤纶短纤的细度为1.4D，长度为38mm。

优选地，所述低熔点聚酯复合纤维的细度为5.5D，长度为51mm。

制造上述聚芳酰胺纤维无纺布的方法，包括以下步骤：

A.向间位全芳族聚酰胺短切纤维和热粘结纤维加入适量抗静电油剂，依次进行混棉、开松、预梳成网、铺网、精梳成网，然后控制温度为228-232℃热轧定型为坯布；

B.控制温度为218-222℃对所述坯布进行第二次热轧，即得本发明中所述的聚芳酰胺纤维无纺布。

其中，第一次热轧和第二次热轧时压力均控制为4-4.5MPa。

本发明提供的聚芳酰胺纤维无纺布可用作电机、变压器和发电机等电气设备内的绝缘材料。

和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：通过选用由间苯二甲酰氯和间苯二胺合成的间位全芳族聚酰胺短切纤维(芳纶1313)，以涤纶短纤和低熔点聚酯复合纤维作为热粘结纤维，并严格控制涤纶短纤和低熔点聚酯复合纤维之间的质量比、芯层聚酯纤维的维卡软化点、皮层聚酯纤维的维卡软化点、涤纶短纤的维卡软化点，然后按照混棉、开松、预梳成网、铺网、精梳成网、分别控制温度进行先后两次热轧，最终制造得到的聚芳酰胺纤维无纺布的不仅耐热性较为优异，同时还能兼具良好的抗张力与断裂伸长率，以及不易起毛、强度较好，可有效替代聚酯纤维无纺布作为电机、变压器、发电机等电气设备内的绝缘材料使用。

附图说明

本发明中聚芳酰胺纤维无纺布的制造方法工艺流程图如图1所示。

具体实施方式

本发明公开的聚芳酰胺纤维无纺布包括以下重量份的组分：间位全芳族聚酰胺短切纤维80-90份；热粘结纤维15-20份。其中，按重量百分数计，热粘结纤维包括以下组分：涤纶短纤50-67wt％；低熔点聚酯复合纤维33-50wt％。低熔点聚酯复合纤维包括芯层和包裹芯层的皮层，芯层和皮层的材料成分均为聚酯纤维，芯层聚酯纤维的维卡软化点为180-190℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为170-180℃，涤纶短纤的维卡软化点为200-210℃。

软化点，即物质软化的温度，主要指无定形聚合物开始变软时的温度。它不仅与高聚物的结构有关，而且还与其分子量的大小有关，本发明中的软化点通过维卡法测定。本发明通过控制分子量大小，即可调整芯层聚酯纤维、皮层聚酯纤维和涤纶短纤的维卡软化点至本发明中的特定范围。

本发明所选用的芳纶类型为间位全芳族聚酰胺纤维，俗称芳纶1313，其由间苯二甲酰氯和间苯二胺合成，采用的规格如下：细度为1.4-2D、长度为38-51mm。在此细度和长度范围内，间位全芳族聚酰胺纤维具有优异的耐热性、耐化学腐蚀性、耐幅射性、耐燃性及良好的绝缘性，根据测试，其在285℃高温下纤维强度仍能保持在原始值的50％以上，在180℃热空气中经过1000小时仍有原始强度的80％以上。

和间位全芳族聚酰胺纤维配合使用的热粘结纤维用量应该合适，本发明选取热粘结纤维15-20份和间位全芳族聚酰胺短切纤维80-90份混合使用。热粘纤维用量若过大，热轧时易粘辊，产品达不到H级绝缘要求。热粘结纤维用量若过小，则热轧定型工艺性差，易分层、起毛，且产品强度差。

本领域的技术人员在实施本发明需要注意的是，本发明的热粘结纤维和现有技术相比，并非仅使用低熔点聚酯纤维，而是选择了两种维卡软化点不同的聚酯纤维作为粘结纤维，以此形成维卡软化点梯度差，配合先后两步热轧工艺后，除可以充分利用芳纶的优良耐热性以外，也有助于提高最终所得无纺布的抗张力与断裂伸长率。

当芯层聚酯纤维的维卡软化点高出皮层聚酯纤维的维卡软化点6-10℃，发明最终所得聚芳胺纤维无纺布的耐热性可以得到进一步提升。尤其是当芯层聚酯纤维的维卡软化点高出皮层聚酯纤维的维卡软化点8℃时，所得聚芳胺纤维无纺布的耐热性最佳。

如图1所示，制造上述聚芳酰胺纤维无纺布的方法，包括以下步骤：

A.向间位全芳族聚酰胺短切纤维和热粘结纤维加入适量抗静电油剂，依次进行混棉、开松、预梳成网、铺网、精梳成网，然后控制温度为228-232℃热轧定型为坯布；

B.控制温度为218-222℃对所述坯布进行第二次热轧，即得。

以上步骤中，混棉、开松、预梳成网、铺网、精梳成网均为无纺布生产工艺中较为常规的操作。而控制温度进行先后两次热轧属于本发明的创新点之一，两次热轧后，坯布中的粘结纤维会熔融扩散更充分，粘合更牢固，热粘结纤维会全部或部分失去其纤维形态，无纺布表面更光，布的纸感更强；经两次热收缩，纤维间的间隙变小，致密性有了较大提高，布的厚度会减小0.005-0.01mm，表观密度会提高0.10g/cm³以上，抗张力会提高。

下面给出五个实施例对本发明进行具体的描述，同时提供两个对比例以供本领域的技术人员参考，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的普通技术人员根据该实施例对本发明所做出的一些非本质的改进或调整仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本实施例所用原材料如下所示：间位全芳族聚酰胺短切纤维，细度1.4D，长度38mm；涤纶短纤，细度为1.4D，长度为38mm；

低熔点聚酯复合纤维，细度为5.5D，长度为51mm。

按重量份计，以上原材料的重量份数如下：间位全芳族聚酰胺短切纤维80份，涤纶短纤7.5份，低熔点聚酯复合纤维7.5份。低熔点聚酯复合纤维包括芯层和包裹所述芯层的皮层，芯层和皮层的材料成分均为聚酯纤维，芯层聚酯纤维的维卡软化点为190℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为180℃，涤纶短纤的维卡软化点为200℃。

通过以上原材料制成聚芳酰胺纤维无纺布的方法包括以下步骤：

A.将以上配比将聚芳酰胺纤维与热粘结纤维输入混合开松设备，使两种纤维充分混合开松，为了保证混合开松等工艺过程的顺利进行，加入抗静电油剂以消除静电效应，混合均匀的纤维经梳理机预梳成网，再经铺网机铺网进入梳理机精梳成纤维网，最后将纤维网导入热轧机，热轧机的工艺参数为：热轧温度为228℃、压力为4MPa、速度为8m/min，高温高压下纤维互相结合，从而使纤维网定型得到坯布；

B.将以上所得坯布在热轧温度为218℃、压力为4MPa、速度为8m/min的二辊热轧机上再次进行热轧处理，制得标称厚度为0.10mm的聚芳酰胺纤维无纺布。

实施例2

本实施例所用原材料如下所示：间位全芳族聚酰胺短切纤维，细度2D，长度51mm；涤纶短纤，细度为1.4D，长度为38mm；

低熔点聚酯复合纤维，细度为5.5D，长度为51mm。

按重量份计，以上原材料的重量份数如下：间位全芳族聚酰胺短切纤维90份，涤纶短纤13份，低熔点聚酯复合纤维7份。低熔点聚酯复合纤维包括芯层和包裹芯层的皮层，芯层和皮层的材料成分均为聚酯纤维，芯层聚酯纤维的维卡软化点为186℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为180℃，涤纶短纤的维卡软化点为210℃。

通过以上原材料制成聚芳酰胺纤维无纺布的方法包括以下步骤：

A.将以上配比将聚芳酰胺纤维与热粘结纤维输入混合开松设备，使两种纤维充分混合开松，为了保证混合开松等工艺过程的顺利进行，加入抗静电油剂以消除静电效应，混合均匀的纤维经梳理机预梳成网，再经铺网机铺网进入梳理机精梳成纤维网，最后将纤维网导入热轧机，热轧机的工艺参数为：热轧温度为232℃、压力为4.5MPa、速度为10m/min，在高温高压下纤维互相结合，从而使纤维网定型得到坯布；

B.将以上所得坯布在热轧温度为222℃、压力为4.5MPa、速度为10m/min的二辊热轧机上再次进行热轧处理，制得标称厚度为0.10mm的聚芳酰胺纤维无纺布。

实施例3

本实施例所用原材料如下所示：间位全芳族聚酰胺短切纤维，细度1.7D，长度45mm；涤纶短纤，细度为1.4D，长度为38mm；

低熔点聚酯复合纤维，细度为5.5D，长度为51mm。

按重量份计，以上原材料的重量份数如下：间位全芳族聚酰胺短切纤维85份，涤纶短纤10份，低熔点聚酯复合纤维7份。低熔点聚酯复合纤维包括芯层和包裹芯层的皮层，芯层和皮层的材料成分均为聚酯纤维，芯层聚酯纤维的维卡软化点为180℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为180℃，涤纶短纤的维卡软化点为172℃。

通过以上原材料制成聚芳酰胺纤维无纺布的方法包括以下步骤：

A.将以上配比将聚芳酰胺纤维与热粘结纤维输入混合开松设备，使两种纤维充分混合开松，为了保证混合开松等工艺过程的顺利进行，加入抗静电油剂以消除静电效应，混合均匀的纤维经梳理机预梳成网，再经铺网机铺网进入梳理机精梳成纤维网，最后将纤维网导入热轧机，热轧机的工艺参数为：热轧温度为230℃、压力4.2MPa、速度为9m/min，在高温高压下纤维互相结合，从而使纤维网定型得到坯布；

B.将以上所得坯布在热轧温度为220℃、压力为4.2MPa、速度为9m/min的二辊热轧机上再次进行热轧处理，制得标称厚度为0.10mm的聚芳酰胺纤维无纺布。

实施例4

和实施例1相比，唯一区别在于原材料中芯层聚酯纤维的维卡软化点为184℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为180℃。

实施例5

和实施例1相比，唯一区别在于原材料中芯层聚酯纤维的维卡软化点为186℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为174℃。

对比例1

市售聚酯纤维无纺布，其标称厚度为0.10mm。

对比例2

市售聚芳纤维无纺布，由芳纶和低熔点聚酯纤维混合后进行混棉、开松、预梳成网、铺网、精梳成网、热轧(一次)后得到。

性能数据测试

参考“JB/T9554-1999电工用聚酯纤维非织布”标准相对应的0.10mm电工用聚酯纤维无纺布的抗张力、断裂伸长率、定量不匀率CV值和热收缩率进行测试，因电工用聚酯纤维无纺布属B级绝缘材料，标准中热收缩率检测条件为150℃，考虑到聚芳酰胺纤维无纺布为F、H级绝缘材料，特将热收缩率检测条件改为180℃进行测试，测试结果见下表1所示。

表1

由表1可知，本发明中所提供的聚芳酰胺无纺布不仅耐热性较为优异，同时还能兼具良好的抗张力与断裂伸长率，且布面均匀度较好，各项测试结果均可达到测试标准中的指标数值，该聚芳酰胺无纺布的热收缩率测试结果明显优于对比例1中的聚酯纤维无纺布，且其抗张力、断裂伸长率的测试结果与聚酯纤维无纺布较为接近。而对比例2中的现有聚芳纤维无纺布，抗张力、断裂伸出率、定量不匀率CV值和热收缩率测试结果均劣于实施例，尤其是其热收缩率与定量不匀率CV值与实施例存在相当大的差距。

实施例4和实施例5中芯层聚酯纤维的维卡软化点分别高出皮层聚酯纤维的维卡软化点4℃、12℃，其测试得到的热收缩率与实施例1-3相比明显变大。本领域的技术人员在实施本发明时应该清楚，芯层聚酯纤维和皮层聚酯纤维的维卡软化点之差对于最终所得聚芳酰胺纤维无纺布的耐热性存在较大影响。

Claims (10)

1.一种聚芳酰胺纤维无纺布，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：

间位全芳族聚酰胺短切纤维 80-90份；

热粘结纤维 15-20份；

其中，按重量百分数计，所述热粘结纤维包括以下组分：

涤纶短纤 50-67wt％；

低熔点聚酯复合纤维 33-50wt％；

所述低熔点聚酯复合纤维包括芯层和包裹所述芯层的皮层，所述芯层和皮层的材料成分均为聚酯纤维，芯层聚酯纤维的维卡软化点为180-190℃，皮层聚酯纤维的维卡软化点为170-180℃，所述涤纶短纤的维卡软化点为200-210℃。

2.根据权利要求1所述的聚芳酰胺纤维无纺布，其特征在于，所述芯层聚酯纤维的维卡软化点高出所述皮层聚酯纤维的维卡软化点6-10℃。

3.根据权利要求2所述的聚芳酰胺纤维无纺布，其特征在于，所述芯层聚酯纤维的维卡软化点高出所述皮层聚酯纤维的维卡软化点8℃。

4.根据权利要求1-3任一项所述的聚芳酰胺纤维无纺布，其特征在于，所述间位全芳族聚酰胺短切纤维的细度为1.4-2D，长度为38-51mm。

5.根据权利要求4所述的聚芳酰胺纤维无纺布，其特征在于，所述间位全芳族聚酰胺短切纤维的细度为1.7D，长度为45mm。

6.根据权利要求1所述的聚芳酰胺纤维无纺布，其特征在于，所述涤纶短纤的细度为1.4D，长度为38mm。

7.根据权利要求1所述的聚芳酰胺纤维无纺布，其特征在于，所述低熔点聚酯复合纤维的细度为5.5D，长度为51mm。

8.制造权利要求1-7任一项所述的聚芳酰胺纤维无纺布的方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.向间位全芳族聚酰胺短切纤维和热粘结纤维加入适量抗静电油剂，依次进行混棉、开松、预梳成网、铺网、精梳成网，然后控制温度为228-232℃热轧定型为坯布；

B.控制温度为218-222℃对所述坯布进行第二次热轧，即得本发明中所述的聚芳酰胺纤维无纺布。

9.根据权利要求8所述的制备聚芳酰胺纤维无纺布的方法，其特征在于，第一次热轧和第二次热轧时压力均控制为4-4.5MPa。

10.权利要求1-7任一项所述的聚芳酰胺纤维无纺布在电气设备的绝缘材料中的应用；优选地，所述电气设备为变压器、电机或发电机。