CN114775263A - 一种芳纶浆粕的制备方法、芳纶浆粕和芳纶纸 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种芳纶浆粕的制备方法、芳纶浆粕和芳纶纸，制备方法包括：将芳纶丝浸润在液体介质中，得到浸入有所述液体介质的湿芳纶丝；将所述湿芳纶丝快速降温以控制湿芳纶丝内部的所述液体介质膨胀，得到改性芳纶丝；采用所述改性芳纶丝为原料进行磨浆操作，脱水，烘干，开松后，即得。本发明通过先将芳纶丝浸润在液体介质中，再快速降温，对芳纶丝进行了物理改性，有效提高了芳纶丝非晶区的松散度，经过改性的芳纶丝在磨浆时极易发生纤维分丝，经过较短时间磨浆即可有效提高纤维分丝量，从而在保证纤维长度的同时，保证了纤维分丝效果，有助于提高纸张性能。
Description
技术领域
本发明涉及芳纶纤维技术领域，特别是涉及一种芳纶浆粕的制备方法及芳纶浆粕和芳纶纸。
背景技术
对于造纸用的对位芳纶浆粕，要求纤维长度较长且纤维分丝情况好。但浆粕在生产时随着磨浆时间的增加，纤维长度会逐渐减小，纤维分丝数量会逐渐增加。因此，浆粕只能选择经过短时间磨浆保证纤维长度较长或者经过长时间磨浆保证纤维分丝效果好，难以在保证纤维长度较长的同时保证纤维分丝较好。
现有技术中，为了提高纤维的分丝效果，采用在磨浆工序前用热碱浸泡芳纶丝的方法，但这种方法会导致以下缺陷：1、在后序的磨浆工序中，碱液会侵蚀设备；2、强碱会侵蚀到芳纶中的结晶区，破坏结晶规整度，造成浆粕在复合材料中的增强效果下降；3、操作不方便，存在危险性。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种芳纶浆粕的制备方法及芳纶浆粕和芳纶纸，以解决现有技术中存在的难以在保证纤维长度较长的同时保证纤维分丝较好的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：一种芳纶浆粕的制备方法，包括：
将芳纶丝浸润在液体介质中，得到浸入有所述液体介质的湿芳纶丝；
将所述湿芳纶丝快速降温以控制湿芳纶丝内部的所述液体介质膨胀，得到改性芳纶丝；
采用所述改性芳纶丝为原料进行磨浆操作，脱水，烘干，开松后，即得。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步的，所述将芳纶丝浸润在液体介质中的步骤具体为：将芳纶丝放置在高速疏解机中浸润在所述液体介质中2～4h。
进一步的，所述液体介质为水或含水溶液。
进一步的，所述快速降温具体为快速控制所述湿芳纶丝降温至0度以下。
进一步的，所述快速降温为采用液氮降温。
进一步的，所述磨浆操作具体为：将所述改性芳纶丝与水混合后用磨浆机进行磨浆，其中所述改性芳纶丝的浓度为1～3％，磨浆时间为1.5～2.5h。
进一步的，所述将芳纶丝浸润在液体介质中的步骤前所述芳纶丝还经过短切操作，所述短切操作具体为：将所述芳纶丝切割为4～8mm短丝。
进一步的，所述芳纶丝为对位芳纶丝或间位芳纶丝。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：一种采用上述任一实施方式的制备方法制备的芳纶浆粕。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：一种采用上述任一实施方式的芳纶浆粕制备的芳纶纸。
区别于现有技术，本发明的有益效果是：
1、本发明通过先将芳纶丝浸润在液体介质中，再快速降温，对芳纶丝进行了物理改性，有效提高了芳纶丝非晶区的松散度，经过改性的芳纶丝在磨浆时极易发生纤维分丝，经过较短时间磨浆即可有效提高纤维分丝量，从而在保证纤维长度的同时，保证了纤维分丝效果，有助于提高纸张性能；
2、本发明的芳纶浆粕的处理方法流程简单，可操作性强，不会对芳纶丝本身强度造成影响，也不存在对生产设备的腐蚀情况，普及性强；
3、本发明的芳纶浆粕的比表面积相对于传统未经过处理的芳纶浆粕提高了35.3％，比表面积的增多能够显著增强其制备成纸张或其他制品时的材料性能；
4、本发明的芳纶浆粕制备成的芳纶纸的抗张指数相对于传统芳纶纸平均增长了12.3％,撕裂指数相对于传统芳纶纸平均增长了33.3％，有效提高了芳纶纸的性能。
附图说明
图1是本申请一种芳纶浆粕的制备方法一实施方式的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明。
请参阅图1，本申请提供一种芳纶浆粕的制备方法，该制备方法包括：
S101将芳纶丝浸润在液体介质中，得到浸入有所述液体介质的湿芳纶丝。
具体的，在一个实施方式中芳纶丝为对位芳纶丝，在其他实施方式中也可采用间位芳纶丝。
在一个实施方式中，液体介质为水，当然，在其他实施方式中，也可采用含水溶液，例如含水乙醇。本申请中液体介质的作用在于充分浸入芳纶丝的非晶体区，不对芳纶丝本身的化学性质做出任何改变，同时需利用液体介质受冷膨胀来提高芳纶丝内部的松散度，应避免液体介质的凝固点过低导致过高的，因此液体介质优选为水，在采用其他含水溶液时需避免其与芳纶丝本身发生化学反应或具有腐蚀性。
具体的，在一个实施方式中芳纶丝放置在高速疏解机中浸润，浸润时间为2～4h，在其他实施方式中也可直接将芳纶丝放置在装有液体介质的容器中，高速疏解机的目的在于提高液体介质的浸入速度和浸入均匀度，因此采用高速疏解机能够减少浸润时间。
S102将所述湿芳纶丝快速降温以控制湿芳纶丝内部的所述液体介质膨胀，得到改性芳纶丝。
快速降温的目的在于将湿芳纶丝的温度快速降到液体介质的凝固点，从而使得液体介质膨胀，由于液体介质均匀浸入在芳纶丝的非晶体区，因此在液体介质膨胀时会使得芳纶丝内部形成类似念珠状的松散结构，这种结构在磨浆时极易变成分丝状态，因此可在短时间磨浆工艺中提高纤维分丝量。
在一个实施方式中，液体介质为水或含水溶液，快速降温采用液氮降温，迅速将温度降到0度以下；在其他实施方式中，也可采用其他降温方法。
S103采用所述改性芳纶丝为原料进行磨浆操作，脱水，烘干，开松后，即得。
具体的，磨浆操作为：将所述改性芳纶丝与水混合后用磨浆机进行磨浆，其中所述改性芳纶丝的浓度为1～3％，磨浆时间为1.5～2.5h。
在一个实施方式中，在步骤S101之前芳纶浆粕的制备方法还进一步包括如下步骤：
S201将芳纶丝切割为4～8mm短丝。
将芳纶丝先切割为短丝，一方面提高了芳纶丝与液体介质的接触面积，提高了液体介质的浸入速度，另一方面由于磨浆时间较短，可根据产品特性预先切割芳纶丝，避免浆粕中芳纶丝过长影响纸张质量。
本申请提供一种芳纶浆粕由前述任一实施方式的芳纶浆粕的制备方法制备而来，在此不再赘述。
本申请提供一种芳纶纸，由前述任一实施方式的芳纶浆粕制备而来，其制备方法具体为：
S301将芳纶浆粕与短切芳纶纤维以1.5：1～7：3的比例抄造成型混合疏解后，在纸张定型器上抄造成面密度定量为50gsm的原纸，将原纸先进行预热至120℃，再在260℃温度下加压10～16Mpa热压成型，即得。
具体的，与芳纶浆粕混合的短切芳纶纤维可根据产品特性进行选择，例如5～10mm。
下面结合具体实施例，对本申请的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不应用来限制本申请的范围。实施例中所使用的设备和方法，如无特殊说明，均为本领域常见设备和方法。
实施例1：
实施例1的芳纶纸，采用以下步骤制备：
1、将对位芳纶丝切割成6mm短丝；
2、将对位芳纶丝浸润在装有水的高速疏解机中，浸润时间为2h，得到浸入有水的湿芳纶丝；
3、采用液氮将湿芳纶丝温度快速降至0℃以下，得到改性芳纶丝；
4、将改性芳纶丝与水混合后用磨浆机进行磨浆，其中改性芳纶丝的浓度为2％，磨浆时间为2h，之后脱水，烘干，开松，得到芳纶浆粕；
5、将芳纶浆粕与5mm短切芳纶纤维以1.5：1～7：3的比例抄造成型混合疏解后，在纸张定型器上抄造成面密度定量为50gsm的原纸，将原纸先进行预热至120℃，再在260℃温度下加压10～16Mpa热压成型，即得芳纶纸。
实施例2：
实施例2的芳纶纸，采用以下步骤制备：
1、将对位芳纶丝切割成6mm短丝；
2、将对位芳纶丝浸润在装有水的高速疏解机中，浸润时间为3h，得到浸入有水的湿芳纶丝；
3、采用液氮将湿芳纶丝温度快速降至0℃以下，得到改性芳纶丝；
4、将改性芳纶丝与水混合后用磨浆机进行磨浆，其中改性芳纶丝的浓度为2％，磨浆时间为2h，之后脱水，烘干，开松，得到芳纶浆粕；
5、将芳纶浆粕与5mm短切芳纶纤维以1.5：1～7：3的比例抄造成型混合疏解后，在纸张定型器上抄造成面密度定量为50gsm的原纸，将原纸先进行预热至120℃，再在260℃温度下加压10～16Mpa热压成型，即得芳纶纸。
实施例3：
实施例3的芳纶纸，采用以下步骤制备：
1、将对位芳纶丝切割成6mm短丝；
2、将对位芳纶丝浸润在装有水的高速疏解机中，浸润时间为4h，得到浸入有水的湿芳纶丝；
3、采用液氮将湿芳纶丝温度快速降至0℃以下，得到改性芳纶丝；
4、将改性芳纶丝与水混合后用磨浆机进行磨浆，其中改性芳纶丝的浓度为2％，磨浆时间为2h，之后脱水，烘干，开松，得到芳纶浆粕；
5、将芳纶浆粕与5mm短切芳纶纤维以1.5：1～7：3的比例抄造成型混合疏解后，在纸张定型器上抄造成面密度定量为50gsm的原纸，将原纸先进行预热至120℃，再在260℃温度下加压10～16Mpa热压成型，即得芳纶纸。
对比例：
对比例的芳纶纸，采用以下步骤制备：
1、将对位芳纶丝切割成6mm短丝；
2、将对位芳纶丝与水混合后用磨浆机进行磨浆，其中改性芳纶丝的浓度为2％，磨浆时间为2h，之后脱水，烘干，开松，得到芳纶浆粕；
3、将芳纶浆粕与5mm短切芳纶纤维以1.5：1～7：3的比例抄造成型混合疏解后，在纸张定型器上抄造成面密度定量为50gsm的原纸，将原纸先进行预热至120℃，再在260℃温度下加压10～16Mpa热压成型，即得芳纶纸。
效果例：
采用气体吸附比表面积测试法分别检测实施例1～3和对比例中的芳纶浆粕的比表面积；
参照GB/T453-89《纸和纸张抗张强度的测定法》分别检测实施例1～3和对比例制备的芳纶纸的抗张强度；
参照GB/T455.1-89《纸撕裂度的测定法》分别检测实施例1～3和对比例制备的芳纶纸的撕裂强度；得到下表。
由上表可知，实施例1至3的芳纶浆粕的比表面积较对比例有了较大提升，平均增长了35.3％，比表面积的增多是由于实施例1至3的芳纶浆粕具有更多的纤维分丝，能够显著增强其制备成纸张时的材料性能。
实施例1至3的芳纶纸的抗张指数相对于对比例平均增长了12.3％,实施例1至3的芳纶纸的撕裂指数相对于对比例平均增长了33.3％。
这主要是由于本实施例的芳纶浆粕相对于传统未经过处理的芳纶浆粕具有较长的纤维长度和较多的纤维分丝，纤维分丝是将丝状小纤维束，从大纤维束上剥离并分散开，形成树干和树枝状结构，纤维分丝的增多增加了纤维之间的接触位点，提高纤维间的结合强度，从而提高了纸张的抗张指数和撕裂指数。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种芳纶浆粕的制备方法，其特征在于，包括：
将芳纶丝浸润在液体介质中，得到浸入有所述液体介质的湿芳纶丝；
将所述湿芳纶丝快速降温以控制湿芳纶丝内部的所述液体介质膨胀，得到改性芳纶丝；
采用所述改性芳纶丝为原料进行磨浆操作，脱水，烘干，开松后，即得。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将芳纶丝浸润在液体介质中的步骤具体为：将芳纶丝放置在高速疏解机中浸润在所述液体介质中2～4h。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述液体介质为水或含水溶液。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述快速降温具体为快速控制所述湿芳纶丝降温至0度以下。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述快速降温为采用液氮降温。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磨浆操作具体为：将所述改性芳纶丝与水混合后用磨浆机进行磨浆，其中所述改性芳纶丝的浓度为1～3％，磨浆时间为1.5～2.5h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将芳纶丝浸润在液体介质中的步骤前所述芳纶丝还经过短切操作，所述短切操作具体为：将所述芳纶丝切割为4～8mm短丝。
8.根据权利要求1至7任一所述的制备方法，其特征在于，所述芳纶丝为对位芳纶丝或间位芳纶丝。
9.一种采用权利要求1至8任一所述的制备方法制备的芳纶浆粕。
10.一种采用权利要求9所述的芳纶浆粕制备的芳纶纸。
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