CN111472191A - 一种对位芳纶板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于造纸与材料领域，具体涉及一种对位芳纶板及其制备方法。以对位芳纶纳米纤维、对位芳纶短切纤维、对位芳纶浆粕作原料，充分利用纳米纤维高比表面积、粘结性等特性，在成型过程中，能够更好的作为粘结材料与芳纶短切纤维、浆粕相结合，在热压干燥过程中使得纤维之间紧密结合，得到机械强度、耐温等级和绝缘强度极高的芳纶板。本发明所制得的芳纶板厚度为1.0‑8.0mm，密度为0.3‑0.6g/cm3，具有高强度、高绝缘、低形变、低密度、耐高温、阻燃性能优异等特征，适用于航空航天设备防护、变压器绝缘、隔热等领域。

Description

一种对位芳纶板及其制备方法
技术领域
本发明属于造纸与材料领域，具体涉及一种对位芳纶板及其制备方法。
背景技术
近年来，高性能材料的研究和应用迅猛发展，对位芳纶作为一种高强度、高模量、耐高温性能的新型合成纤维材料也越来越受到人们的重视。由于对位芳纶的表面惰性，纤维间难以结合，采用传统方法生产的芳纶板内结合强度差，易掉毛，无法满足实际应用要求。由于制备难度较大，目前的专利涉及较少，专利内容主要涉及间位芳纶板的制备方法。
中国专利CN 106283836A提出：将间位芳纶短切纤维、间位芳纶沉析纤维、间位芳纶纸浆分别在水中疏解，混合后利用斜网成型器进行湿法抄造成形，压榨烘干后进行表面涂布处理，再将湿纸幅通过叠层辊进行卷取，板式热压机热压，得到高密度芳纶绝缘硬纸板密度大、耐温高，可用于高端绝缘领域。
中国专利CN1364208A采用60～97％的短切纤维和3～40％的间位芳纶浆粕纤维制备芳纶纸，并采用热固性树脂进行浸渍后压板。该方法制备出的芳纶层压纸板主要应用于电路板中，机械强度和介电性能较好。
中国专利200710050007.4提出将含芳杂环芳纶纤维与热固性树脂复合成膜，再将多层膜叠加热压成型，制得的层压纸板强度大，质量轻，阻燃性和绝缘性好，可用于低温绝缘领域。
中国专利201310418332.7提出将20～70％的芳纶浆粕纤维进行接枝改性，再与30～80％的木材纤维混合配抄，采用真空层压机制得复合绝缘纸板，有效提高了机械度，并降低了介电常数，满足了特高压变压器的使用要求。
上述专利所介绍的绝缘纸板制备方法对其机械强度和绝缘特性起到了一定的增强作用，但也存在着耐热等级低及相容性差等问题。其中，在电气绝缘领域，木纤维易降解、树脂耐热性下降，严重限制了绝缘纸板的应用。此外，采用多层叠合的方式制备的纸板在高温等恶劣条件下易分层。因此，采用纯对位芳纶纤维一次成型制备纤维板在绝缘领域有着更为广泛的应用。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种对位芳纶板及其制备方法。以对位芳纶纳米纤维、对位芳纶短切纤维、对位芳纶浆粕作原料，充分利用纳米纤维高比表面积、粘结性等特性，在成型过程中，能够更好的作为粘结材料与芳纶短切纤维、浆粕相结合，在热压干燥过程中使得纤维之间紧密结合，得到机械强度、耐温等级和绝缘强度极高的芳纶板。
本发明所制得的芳纶板厚度为1.0-8.0mm，密度为0.3-0.6g/cm3，具有高强度、高绝缘、低形变、低密度、耐高温、阻燃性能优异等特征，适用于航空航天设备防护、变压器绝缘、隔热等领域。
本发明采用的技术方案为：
一种对位芳纶板，按照纤维重量份计，其原料组成包括：对位芳纶短切纤维40～70份，对位芳纶浆粕纤维10～30份，对位芳纶纳米纤维20～50份；
其中对位芳纶浆粕纤维来源于对位芳纶纸、芳纶纸边角料、芳纶丝废丝中的一种或多种；
对位芳纶纳米纤维来源于现有技术，尤其可以参考专利2015106244606中记载的方法制备，其掺入原料中一方面是作为填料，另一方面是作为粘合剂增强纤维间的相互作用。
其中，对位芳纶短切纤维为对位芳纶长丝(含油剂/非油剂)经过短切制得，长度为10～30mm；对位芳纶短切纤维打浆度为18～22°SR；
优选的，对位芳纶浆粕打浆度为30～50°SR的对位芳纶浆粕；
优选的，对位芳纶纳米纤维直径为50～200nm；更为优选的，长径比为500～1000。
本发明进一步公开了该对位芳纶板的制备方法，包括如下过程：
按照配比将各原料配浆，调整纸浆浓度为0.1％～1.0％，将配好的浆料脱泡，在方型成型器、圆形成型器或其他形状的成型器抄造成形，压榨、热压干燥、整饰得到成品纸板。
优选的，配浆前，可以根据需求对各原料进行分别处理，其中：
将对位芳纶短切纤维配制到0.5～1.0％浓度条件下进行打浆处理，打浆度控制在18～22°SR；
对位芳纶浆粕纤维，按照以下步骤处理：将对位芳纶纸、芳纶纸边角料、芳纶丝废丝中的一种或多种切割后打浆，打浆度控制在20～50°SR。
对位芳纶纳米纤维，制备成含量0.01wt％～1wt％的对位芳纶纳米纤维悬浮液。
其中纸浆浓度可以通过调整各原料打浆浓度来控制。
优选的，本发明中所述的热压干燥按照以下步骤进行：
优选采用烘干热压一体化的平板式热压机，在标准厚度模具下，分段热压，具体为：
第一段：温度50～80℃，热压时间为20～40min，热压力为2～6MPa。
第二段：温度90～110℃，热压时间为20～40min，热压力为10～20MPa
第三段：温度120～180℃，热压时间为1～3h，热压力为30～100MPa。
本发明中未进行描述的其他操作均为本领域常规操作，在此不再进行赘述。
本发明的有益效果是，浆粕制备过程中，可以充分利用造纸过程中产生的边角料、芳纶废丝，经过切割打浆而成，解决了芳纶废料难处理的问题。
通过添加对位芳纶纳米纤维，从而使其在与短切及浆粕纤维配合抄造过程中，能够更好的作为填充材料与宏观纤维相结合，增强纤维之间的结合，同时在热压后使得纤维之间的结合更加紧密，也提升芳纶纸板的各项性能指标。
本发明采用新工艺、新方法研发生产出高性能对位芳纶板，创新性强，避免了引入第三种黏结剂或间位芳纶对纸板性能带来的负面影响。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。除特殊说明外，以下实施例中均采用常规技术操作完成。
本发明对对位芳纶板进行性能指标检测，检测项目及方法如下：
定量：参照《GBT451.2-2002纸和纸板定量的测定》
厚度：参照《GBT451.3-2002纸和纸板厚度的测定》
介电强度：参照《GB/T1408.1-2006绝缘材料电气强度试验方法第1部分工频下试验》
以下实施例中所采用的对位芳纶纳米纤维均按照专利2015106244606中记载的方法制备。
实施例一
按重量份分别取对位芳纶短切纤维(长度10mm，打浆度度18°SR)40份、对位芳纶浆粕(打浆度30°SR)20份，对位芳纶纳米纤维(直径50～200nm)40份，混合置入配浆槽中，混浆均匀，纸浆浓度控制在0.5％(通过调整各原料的打浆浓度控制该纸浆浓度)，将配好的浆料真空脱泡后在方型成型器上抄造成形，经过三段热压(第一段50℃、2MPa、20min；第二段90℃、10MPa、20min；第三段120℃、30MPa、3h)标准厚度模具标定下，得到成品纸。对得到的纸品进行检测，测试结果见表1。
实施例二
按重量份分别取对位芳纶短切纤维(长度20mm，打浆度20°SR)50份、对位芳纶浆粕(打浆度40°SR)10份，对位芳纶纳米纤维(直径50～200nm)40份，混合置入配浆槽中，混浆均匀，纸浆浓度控制在0.5％(通过调整各原料的打浆浓度控制该纸浆浓度)，将配好的浆料真空脱泡后在方型成型器上抄造成形，经过三段热压(第一段65℃、4MPa、30min；第二段100℃、15MPa、30min；第三段150℃、50MPa、2.5h)标准厚度模具标定下，得到成品纸。对得到的纸品进行检测，测试结果见表1。
实施例三
按重量份分别取对位芳纶短切纤维(长度30mm，打浆度22°SR)60份、对位芳纶浆粕(打浆度50°SR)10份，对位芳纶纳米纤维(直径50～200nm)30份，混合置入配浆槽中，混浆均匀0.5％，将配好的浆料真空脱泡后在方型成型器上抄造成形，经过三段热压(第一段80℃、6MPa、40min；第二段110℃、20MPa、40min；第三段180℃、30MPa、2h)标准厚度模具标定下，得到成品纸。对得到的纸品进行检测，测试结果见表1。
实施例四
按重量份分别取对位芳纶短切纤维(长度20mm，打浆度20°SR)60份、对位芳纶浆粕(打浆度40°SR)10份，对位芳纶纳米纤维(直径50～200nm)30份，混合置入配浆槽中，混浆均匀0.5％，将配好的浆料真空脱泡后在方型成型器上抄造成形，经过三段热压(第一段65℃、4MPa、30min；第二段100℃、15MPa、30min；第三段150℃、50MPa、2.5h)标准厚度模具标定下，得到成品纸。对得到的纸品进行检测，测试结果见表1。
实施例五
按重量份分别取对位芳纶短切纤维(长度20mm，打浆度20°SR)60份、对位芳纶浆粕(打浆度40°SR)10份，对位芳纶纳米纤维(直径50～200nm)30份，混合置入配浆槽中，混浆均匀0.5％，将配好的浆料真空脱泡后在方型成型器上抄造成形，经过三段热压(第一段65℃、4MPa、30min；第二段100℃、15MPa、30min；第三段150℃、50MPa、2.5h)标准厚度模具标定下，得到成品纸。对得到的纸品进行检测，测试结果见表1。
表1实施例测试结果
Figure BDA0002449729460000041
在实施例进行过程中，短切纤维长度越长，操作难度越大，打浆能耗越高，设备损耗越大；低温挤压过程时间越长，对芳纶板的成型结合强度越好；在一定范围内，纳米纤维含量越高，内结合强度越好。

Claims (10)

1.一种对位芳纶板，其特征在于，按照纤维重量份计，其原料组成包括：对位芳纶短切纤维40～70份，对位芳纶浆粕纤维10～30份，对位芳纶纳米纤维20～50份；其中对位芳纶浆粕纤维来源于对位芳纶纸、芳纶纸边角料、芳纶丝废丝中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的一种对位芳纶板，其特征在于，对位芳纶短切纤维长度为10～30mm。
3.根据权利要求1所述的一种对位芳纶板，其特征在于，对位芳纶纳米纤维直径为50～200nm。
4.根据权利要求3所述的一种对位芳纶板，其特征在于，对位芳纶纳米纤维长径比为500～1000。
5.权利要求1所述的一种对位芳纶板的制备方法，其特征在于，包括：按照配比将各原料配浆，调整纸浆浓度为0.1％～1.0％，将配好的浆料脱泡，在成型器抄造成形，压榨、热压干燥、整饰得到成品纸板。
6.根据权利要求5所述的一种对位芳纶板的制备方法，其特征在于，配浆前，对各原料进行分别处理，其中：
将对位芳纶短切纤维配制到0.5～1.0％浓度条件下进行打浆处理；
对位芳纶浆粕纤维，按照以下步骤处理：将对位芳纶纸、芳纶纸边角料、芳纶丝废丝中的一种或多种切割后打浆；
对位芳纶纳米纤维，制备成含量0.01wt％～1wt％的对位芳纶纳米纤维悬浮液。
7.根据权利要求5所述的一种对位芳纶板的制备方法，其特征在于，对位芳纶短切纤维打浆度为18～22°SR。
8.根据权利要求5所述的一种对位芳纶板的制备方法，其特征在于，对位芳纶浆粕打浆度为20～50°SR。
9.根据权利要求5所述的一种对位芳纶板的制备方法，其特征在于，热压干燥按照以下步骤进行：采用烘干热压一体化的平板式热压机，在标准厚度模具下分段热压。
10.根据权利要求5所述的一种对位芳纶板的制备方法，其特征在于，具体的分段热压要求为：
第一段：温度50～80℃，热压时间为20～40min，热压力为2～6MPa；
第二段：温度90～110℃，热压时间为20～40min，热压力为10～20MPa；
第三段：温度120～180℃，热压时间为1～3h，热压力为30～100MPa。
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