CN115216991A - 一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，具体涉及芳纶纸制备技术领域，包括以下步骤，步骤一：原料混合，步骤二：制备芳纶纤维混合溶液，步骤三：制备纤维悬浊液，步骤四：抄纸热压。本发明通过将芳纶纳米纤维与芳纶短切纤维的表面进行充分粘附和交织，其能够填充芳纶短切纤维和沉析纤维之间的孔隙，同时还作为芳纶沉析纤维与短切纤维之间的粘接桥梁，提高了纸张的界面附着力，进而提高了芳纶纤维的拉伸强度和撕裂强度，并且提高了制备的纸基功能材料的力学性能和硬度，利用控制芳纶纳米纤维含量，得到了高拉伸强度、高击穿电压、高介电常数的芳纶纸，使芳纶纸能够在高端应用上进行使用。
Description
技术领域
本发明涉及芳纶纸制备技术领域，更具体地说，本发明涉及一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法。
背景技术
芳纶纸是一种新型高科技合成纤维制备的纸张，具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,因此在电机、变压器、柔软复合绝缘材料等领域获得了广泛的应用，随着电气工业迅速发展迅速，产业不断升级，促使高压电机绝缘等领域对绝缘材料的性能和可靠性也提出了更高的要求。
芳纶纳米纤维是指具有纳米尺度的芳香族聚酰胺纤维，不仅保留了芳纶优异的力学、耐酸碱、耐高温、阻燃性能，同时又具有纳米尺度增强效应，把芳纶纳米纤维引入到芳纶纸中，提高材料的强度性能和绝缘性能的方法也流行开来。
例如专利申请公布号CN202010097567.0的发明专利公开了一种芳纶纳米纤维涂布芳纶纸及其制备方法，通过在制备后芳纶纸的两面反复涂抹芳纶纳米纤维涂布液，并进行干燥，使芳纶纳米纤维在粗糙的芳纶纸表面形成致密绝缘层，进一步提高材料的耐压强度。
在上述专利中，通过采用涂抹芳纶纳米纤维涂布液的方式提高芳纶纸的性能，只是仅仅针对于芳纶纸的表面，无法更深层次的提高芳纶纸整体的性能，也就是说芳纶纸的使用性能会随着时间所消耗，无法从根本上提高芳纶纸的使用性能，使芳纶纸在各种领域上使用时都受到限制，而且制备芳纶纳米纤维涂布液需要使用到大量的化学物品，在具体制备时易发生化学危险，制备难度大；
同时，现有芳纶纸制备时是由芳纶絮凝体和短切纤维经物理桥接和重叠而成，同时芳纶纤维表面光滑，化学惰性，因此芳纶纸强度不理想，而且物理上的衔接和重叠导致了芳纶纸结构的松散，芳纶纸空隙占据了40-60％的纸张体积，因此这些空隙在分解过程中会变成纸张的薄弱点，其相对松散的结构极大地限制了其性能和潜在的高端应用。
综上所述，本发明提出一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，利用芳纶纳米纤维与芳纶短切纤维表面的充分粘附和交织，进一步提高了芳纶纤维的拉伸强度和撕裂强度，从而提高了制备的纸基功能材料的力学性能和硬度，而且利用控制芳纶纳米纤维含量，得到了高拉伸强度、高击穿电压、高介电常数的芳纶纸。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，通过利用芳纶纳米纤维与芳纶短切纤维表面的充分粘附和交织，进一步提高了芳纶纤维的拉伸强度和撕裂强度，从而提高了制备的纸基功能材料的力学性能和硬度，而且利用控制芳纶纳米纤维含量，得到了高拉伸强度、高击穿电压、高介电常数的芳纶纸，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、选取原料1313芳纶短切纤维60-80％和芳纶纳米纤维20-40％，将其通过混合罐进行混合，并将混合物放置储存罐中进行存放；
步骤二、在储存罐内部添加去离子水，使纤维浓度控制在0.5‰-2‰，在常温下搅拌10-60min，得到1313芳纶纤维混合溶液；
步骤三、将芳纶沉析纤维均匀加入到步骤二中所制备的芳纶纤维混合溶液中，形成纤维悬浊液；
步骤四、将步骤三中的纤维悬浊液加入斜网纸机的内部并通过斜网纸机进行抄纸操作，最后放置在辊式压光机上进行热压，得到改良后的高性能芳纶纸。
在一个优选地实施方式中，在步骤一中，原料1313芳纶短切纤维在使用前，先将其通过疏解机疏解20000r，并且芳纶纳米纤维通过疏解机疏解4000r。
在一个优选地实施方式中，所述在步骤二中，储存罐的内部安装浓度传感器，并通过浓度传感器控制纤维的浓度，一旦浓度低于或者高于0.5‰-2‰之间，通过离心或者添加去离子水的方式进行控制，并且搅拌速度为1600转 /分钟。
在一个优选地实施方式中，在步骤三中，将芳纶沉析纤维加入到芳纶纤维混合溶液中时，将尖嘴漏斗的一端延伸至芳纶纤维混合溶液的内部，且缓慢将芳纶沉析纤维倒进尖嘴漏斗内部，最后在对其进行充分混合搅拌；
每加入一次，对芳纶沉析纤维和芳纶纤维混合溶液进行搅拌混合一次，且每一次加入的量为整体的1/10。
在一个优选地实施方式中，所述在步骤四中，辊式压光机的热压条件为，温度180-250℃，压力8-12Mpa，时间为15-30min。
本发明的技术效果和优点：
1、通过将芳纶纳米纤维将芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维的表面进行充分粘附和交织，使其能够填充芳纶短切纤维和沉析纤维之间的孔隙，同时还作为芳纶沉析纤维与短切纤维之间的粘接桥梁，提高了纸张的界面附着力，进而能够从根本上提高了芳纶纤维的拉伸强度和撕裂强度，并且提高了制备的纸基功能材料的力学性能和硬度，利用控制芳纶纳米纤维含量，得到了高拉伸强度、高击穿电压、高介电常数的芳纶纸，使芳纶纸能够在高端应用上进行使用，减少化学物品的使用，制备方法简单可靠，且环保；
2、通过在制备方式上，将储存罐的内部安装浓度传感器，并通过浓度传感器能够实时检测纤维制备的浓度，使制备芳纶纸的过程中，得到有效且精准的制备数据，减少芳纶纸后期制备出现浓度过高或者过低的缺陷，而且通过尖嘴漏斗将芳纶沉析纤维加入到芳纶纤维混合溶液中，能够使芳纶沉析纤维更深入的与芳纶纤维混合溶液进行混合，进一步的填充芳纶短切纤维和沉析纤维之间的孔隙，提高芳纶纸制备后使用的各种拉伸性能，同时在对芳纶短切纤维和芳纶纳米纤维进行混合前，对其分别进行疏解，能够提高芳纶短切纤维和芳纶纳米纤维混合效果以及混合效率，提高芳纶纸制备后的性能。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1、
一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、选取原料1313芳纶短切纤维60％和芳纶纳米纤维40％，将其通过混合罐进行混合，并将混合物放置储存罐中进行存放，且原料1313芳纶短切纤维在使用前，先将其通过疏解机疏解20000r，并且芳纶纳米纤维通过疏解机疏解4000r；
步骤二、在储存罐内部添加去离子水，使纤维浓度控制在0.8‰，在常温下搅拌15min，得到1313芳纶纤维混合溶液，储存罐的内部安装浓度传感器，并通过浓度传感器控制纤维的浓度，一旦浓度低于或者高于0.8‰，通过离心或者添加去离子水的方式进行控制，并且搅拌速度为1600转/分钟；
步骤三、将芳纶沉析纤维均匀加入到步骤二中所制备的芳纶纤维混合溶液中，形成纤维悬浊液，在将芳纶沉析纤维加入到芳纶纤维混合溶液中时，将尖嘴漏斗的一端延伸至芳纶纤维混合溶液的内部，且缓慢将芳纶沉析纤维倒进尖嘴漏斗内部，最后在对其进行充分混合搅拌；
每加入一次，对芳纶沉析纤维和芳纶纤维混合溶液进行搅拌混合一次，且每一次加入的量为整体的1/10；
步骤四、将步骤三中的纤维悬浊液加入斜网纸机的内部并通过斜网纸机进行抄纸操作，最后放置在辊式压光机上进行热压，得到改良后的高性能芳纶纸，辊式压光机的热压条件为，温度180℃，压力10Mpa，时间为18min。
在本实施例中，通过上述步骤所制备的芳纶纸其厚度0.06mm，克重 40.3g/m2，拉伸强度：纵向拉伸6.23kn/m，横向拉伸2.12kn/m，伸长率：纵向伸长6.8％，横向伸长4.9％，撕裂强度：纵向10.7n，横向6.7n，击穿电压： 1.07KV，介电强度17.8KV/m，介电常数：2.16(500V，50hz)。
实施例2、
一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、选取原料1313芳纶短切纤维70％和芳纶纳米纤维30％，将其通过混合罐进行混合，并将混合物放置储存罐中进行存放，且原料1313芳纶短切纤维在使用前，先将其通过疏解机疏解20000r，并且芳纶纳米纤维通过疏解机疏解4000r；
步骤二、在储存罐内部添加去离子水，使纤维浓度控制在1.5‰，在常温下搅拌35min，得到1313芳纶纤维混合溶液，储存罐的内部安装浓度传感器，并通过浓度传感器控制纤维的浓度，一旦浓度低于或者高于1.5‰，通过离心或者添加去离子水的方式进行控制，并且搅拌速度为1600转/分钟；
步骤三、将芳纶沉析纤维均匀加入到步骤二中所制备的芳纶纤维混合溶液中，形成纤维悬浊液，在将芳纶沉析纤维加入到芳纶纤维混合溶液中时，将尖嘴漏斗的一端延伸至芳纶纤维混合溶液的内部，且缓慢将芳纶沉析纤维倒进尖嘴漏斗内部，最后在对其进行充分混合搅拌；
每加入一次，对芳纶沉析纤维和芳纶纤维混合溶液进行搅拌混合一次，且每一次加入的量为整体的1/10；
步骤四、将步骤三中的纤维悬浊液加入斜网纸机的内部并通过斜网纸机进行抄纸操作，最后放置在辊式压光机上进行热压，得到改良后的高性能芳纶纸，辊式压光机的热压条件为，温度200℃，压力8Mpa，时间为20min。
在本实施例中，与实施例1制备方式以及原料相同，不同点在于原料配比以及设备参数，通过上述步骤所制备的芳纶纸其厚度0.053mm，克重 40.1g/m2，拉伸强度：纵向拉伸7.32kn/m，横向拉伸3.05kn/m，伸长率：纵向伸长7.2％，横向伸长5.3％，撕裂强度：纵向11.2n，横向7.3n，击穿电压： 1.5KV，介电强度18KV/m，介电常数：2.5(500V，50hz)。
实施例3、
一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、选取原料1313芳纶短切纤维80％和芳纶纳米纤维20％，将其通过混合罐进行混合，并将混合物放置储存罐中进行存放，且原料1313芳纶短切纤维在使用前，先将其通过疏解机疏解20000r，并且芳纶纳米纤维通过疏解机疏解4000r；
步骤二、在储存罐内部添加去离子水，使纤维浓度控制在1.5‰，在常温下搅拌35min，得到1313芳纶纤维混合溶液，储存罐的内部安装浓度传感器，并通过浓度传感器控制纤维的浓度，一旦浓度低于或者高于1.8‰，通过离心或者添加去离子水的方式进行控制，并且搅拌速度为1600转/分钟；
步骤三、将芳纶沉析纤维均匀加入到步骤二中所制备的芳纶纤维混合溶液中，形成纤维悬浊液，在将芳纶沉析纤维加入到芳纶纤维混合溶液中时，将尖嘴漏斗的一端延伸至芳纶纤维混合溶液的内部，且缓慢将芳纶沉析纤维倒进尖嘴漏斗内部，最后在对其进行充分混合搅拌；
每加入一次，对芳纶沉析纤维和芳纶纤维混合溶液进行搅拌混合一次，且每一次加入的量为整体的1/10；
步骤四、将步骤三中的纤维悬浊液加入斜网纸机的内部并通过斜网纸机进行抄纸操作，最后放置在辊式压光机上进行热压，得到改良后的高性能芳纶纸，辊式压光机的热压条件为，温度220℃，压力10Mpa，时间为25min。
在本实施例中，与实施例1和实施例2制备方式以及原料相同，不同点在于原料配比以及设备参数，通过上述步骤所制备的芳纶纸其厚度0.05mm，克重39.85g/m2，拉伸强度：纵向拉伸7.5kn/m，横向拉伸3.12kn/m，伸长率：纵向伸长7.5％，横向伸长5.8％，撕裂强度：纵向11.5n，横向7.7n，击穿电压：1.8V，介电强度18.2KV/m，介电常数：2.8(500V，50hz)。
综上所述，根据上述实施例1-3所制备的芳纶纸以及常规芳纶纸，分别对四组芳纶纸性能测试，其结果如下表所示：
根据上述表格可知，实施例1-3中通过纳米技术的1313芳纶纸在热稳定性和机械电气性能方面都得到了提高，添加纳米芳纶纤维的芳纶纸的拉伸强度和热稳定性均高于常规类型的芳纶纸。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤一、选取原料1313芳纶短切纤维60-80％和芳纶纳米纤维20-40％，将其通过混合罐进行混合，并将混合物放置储存罐中进行存放；
步骤二、在储存罐内部添加去离子水，使纤维浓度控制在0.5‰-2‰，在常温下搅拌10-60min，得到1313芳纶纤维混合溶液；
步骤三、将芳纶沉析纤维均匀加入到步骤二中所制备的芳纶纤维混合溶液中，形成纤维悬浊液；
步骤四、将步骤三中的纤维悬浊液加入斜网纸机的内部并通过斜网纸机进行抄纸操作，最后放置在辊式压光机上进行热压，得到改良后的高性能芳纶纸。
2.根据权利要求1所述的一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，其特征在于：在步骤一中，原料1313芳纶短切纤维在使用前，先将其通过疏解机疏解20000r，并且芳纶纳米纤维通过疏解机疏解4000r。
3.根据权利要求1所述的一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，其特征在于：所述在步骤二中，储存罐的内部安装浓度传感器，并通过浓度传感器控制纤维的浓度，一旦浓度低于或者高于0.5‰-2‰之间，通过离心或者添加去离子水的方式进行控制，并且搅拌速度为1600转/分钟。
4.根据权利要求1所述的一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，其特征在于：在步骤三中，将芳纶沉析纤维加入到芳纶纤维混合溶液中时，将尖嘴漏斗的一端延伸至芳纶纤维混合溶液的内部，且缓慢将芳纶沉析纤维倒进尖嘴漏斗内部，最后在对其进行充分混合搅拌；
每加入一次，对芳纶沉析纤维和芳纶纤维混合溶液进行搅拌混合一次，且每一次加入的量为整体的1/10。
5.根据权利要求1所述的一种添加纳米纤维的芳纶纸制备方法，其特征在于：所述在步骤四中，辊式压光机的热压条件为，温度180-250℃，压力8-12Mpa，时间为15-30min。
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