CN117306302A - 一种芳纶纤维薄层材料和制备方法及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种芳纶纤维薄层材料和制备方法及用途，属于芳纶纤维薄层材料制造领域。所述芳纶纤维薄层材料由芳纶纤维薄层材料浆液通过湿网成型方法制备得到，所述芳纶纤维薄层材料浆液按以下质量比的沉析纤维、芳纶短纤维和施胶剂搅拌共混得到：（40~60）：（25~50）：（0.2~0.3）；所述芳纶纤维薄层材料的拉伸强度为纵向161~165 N/10mm、横向104~108 N/10mm；伸长率为纵向8.5~9.6%、横向8.2~9.4%；边缘撕裂度为纵向465‑474 N、横向453‑463 N；耐压强度为不弯折7.3~7.6kV、弯折6.4~6.5 kV；挺度为34~37 N。本发明解决了现有芳纶纤维薄层材料拼接后拼接点强度低容易开裂的问题以适应市场应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及芳纶纤维薄层材料制造领域，具体涉及一种芳纶纤维薄层材料和制备方法及用途。
背景技术
芳纶纤维薄层材料，俗称芳纶纸，是一种以芳纶纤维为基材的特种新型绝缘材料，具备优异的耐热、耐压、化学稳定性和阻燃性能。
芳纶纤维薄层材料按造纸原材料分为对位芳纶纤维薄层材料和间位芳纶纤维薄层材料，按用途分为电气用绝缘芳纶纤维薄层材料和蜂窝芯用芳纶纤维薄层材料，具有高强高模、耐高温、耐腐蚀、阻燃和绝缘性等特点。芳纶纤维薄层材料非常轻薄，而且强度非常高，用它制作出来的东西，重量就会大幅减轻，不仅携带、搬运等更方便，同时成本也更低。此外，芳纶纤维薄层材料是有机耐高温的绝缘材料，且由于材料的化学性质极其稳定，它的使用寿命也变得更长，这也让芳纶纤维薄层材料成为了当下应用最广的材料之一，广泛应用于国防军工、航空航天、交通运输、电力能源等领域。
通常，芳纶纤维薄层材料的制作是以芳纶短纤维和芳纶沉析纤维为造纸原料，斜网抄造湿法成型，再经热压成型制得。单纯的芳纶纤维薄层材料使用效率和利用率相对较低，所以对于芳纶纤维薄层材料实现拼接可以提升芳纶纤维薄层材料的利用率和使用效率，但是目前现有的芳纶纤维薄层材料拼接技术是通过胶水热压拼接，拼接处相对芳纶纤维薄层材料本体强度较弱，整体性能不如芳纶纤维薄层材料本身且容易撕裂。
例如CN113005820B公开了一种多层复合芳纶纸的制备方法，首先将间位芳纶沉析纤维和间位芳纶短切纤维分别疏解后，混合疏解，再过滤，压榨，烘干，即得到间位芳纶纸；然后将氢氧化钾、去离子水、二甲基亚砜、对位芳纶短切纤维置于容器中，再搅拌，得到对位芳纶纤维溶液；最后将对位芳纶纤维溶液涂到间位芳纶纸的一面，再叠加一层间位芳纶纸，重复这个步骤，再双面涂布，在受压的条件下，于溶剂中质子化还原，去离子水中洗涤，干燥，即得到多层复合芳纶纸。然而这涉及的是多层复合芳纶纸问题，现有技术中依然不能解决芳纶纸目前拼接工艺的缺陷。
目前芳纶纤维薄层材料在生产制备过程中存在过多的接头，在后续生产应用中造成过多的开停机，造成生产设备的能耗增多，同时接头过多也会影响生产效率和原料利用率，增加额外的生产成本。
综上所述，芳纶纤维薄层材料目前的拼接技术是限制芳纶纤维薄层材料应用的一大难点。因此，对芳纶纤维薄层材料的制备工艺进行优化以实现芳纶纤维薄层材料的无缝拼接，从而提升芳纶纤维薄层材料的利用率和使用效率，是亟需解决的问题。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明提供一种芳纶纤维薄层材料，解决了芳纶纤维薄层材料拼接后拼接点强度低容易开裂的问题，以使芳纶纤维薄层材料适应市场应用需求。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种芳纶纤维薄层材料，所述芳纶纤维薄层材料为由芳纶纤维薄层材料浆通过湿网成型方法制备得到，所述芳纶纤维薄层材料浆液按以下质量比的沉析纤维、芳纶短纤维和施胶剂搅拌共混得到：（40~60）：（25~50）：（0.2~0.3）；所述芳纶纤维薄层材料的拉伸强度为纵向161~165 N/10mm、横向104~108 N/10mm；伸长率为纵向8.5~9.6%、横向8.2~9.4%；边缘撕裂度为纵向465-474 N、横向453-463 N；耐压强度为不弯折7.3~7 6kV、弯折6.4~6.5 kV；挺度为34~37 N。
进一步地，所述芳纶纤维薄层材料的厚度为0.074~0.076 mm。
进一步地，所述沉析纤维预先进行硼酸处理。
进一步地，所述芳纶短纤维预先进行硼酸处理。
进一步地，所述施胶剂为淀粉、羧甲基纤维素（CMC）、聚乙烯醇（PVA）、苯乙烯-马来酸酐聚合物（SMA）、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（SAE）、苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐单酯共聚物（SAM）。优选地为聚乙烯醇（PVA），聚乙烯醇的聚合度为l000~2000，醇解度为98％~99％。所述施胶剂是为了在纤维原料表面附着，用于将沉析纤维和芳纶短纤维进行黏连。
本发明中的沉析纤维和芳纶短纤维均预先经过硼酸溶液浸泡，目的是为了使硼酸与施胶剂发生交联反应而形成凝胶体，增强所述芳纶纤维薄层材料的机械性能。
本发明提供一种前述芳纶纤维薄层材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1）芳纶聚合液的制备；
将间苯二胺与间苯二甲酰氯先进行预聚合反应，反应完成后加入中和剂一，使所述预聚合反应液的pH控制在6.8~7.8范围内，再将所述预聚合反应液过滤后，加入剩余的间苯二甲酰氯进行后聚合反应，反应完成后加入中和剂二，使所述后聚合反应液的pH控制在6.8~7.8范围内后即可得到芳纶聚合液；
步骤2）沉析纤维的制备；
先将水、甘油、氯化盐混合制备沉析剂，然后将所述芳纶聚合液与所述沉析剂加入到沉析设备中，经过高速剪切、冷却成型、多级水洗后即可得到沉析纤维；
步骤3）芳纶短纤维的制备；
将所述芳纶聚合液经过滤、凝固、水洗、烘干、热处理、切断处理后即可得到芳纶短纤维；
步骤4）芳纶纤维薄层材料浆液的制备；
将所述沉析纤维经过硼酸预处理后进行打浆分散得到浆料A，然后将所述芳纶短纤维经硼酸预处理后进行疏解分散得到浆料B，然后将所述浆料A、所述浆料B和施胶剂进行搅拌共混，即可得到芳纶纤维薄层材料浆液；
步骤5）芳纶纤维薄层材料的制备；
所述芳纶纤维薄层材料浆液通过流送成型、压榨、烘干、热压成型、复卷分切后即可得到所述芳纶纤维薄层材料。
进一步地，步骤1）中，所述预聚合反应和后聚合反应的整个过程中，间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比为1:1~1.05。
进一步地，步骤1）中，所述预聚合反应中，按摩尔比取间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比为1:（0.9~0.95）。
进一步地，步骤1）中，所述预聚合反应液过滤后，按摩尔比取间苯二甲酰氯：间苯二胺为（0.1~0.05）：1补加剩余的间苯二甲酰氯。
进一步地，步骤1）中，所述中和剂一为氨水。
进一步地，步骤1）中，所述中和剂二为甲胺、二甲胺、乙胺或二乙胺中的至少一种。优选地为二乙胺。
进一步地，步骤1）中，所述预聚合反应的温度为0℃～10℃，所述后聚合反应的温度为30℃～40℃。
进一步地，步骤1）中，所述预聚合反应的时间为60-90分钟，所述后聚合反应的时间为20-30分钟。
进一步地，步骤1）中，间苯二胺和间苯二甲酰氯在有机溶剂中进行预聚合物反应，所述间苯二胺在有机溶剂中的质量浓度为8%~14%，优选浓度为9%。
进一步地，步骤1）中，所述有机溶剂为选自N甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺的一种或者两种以上，优选为N，N-二甲基乙酰胺。
进一步地，步骤2）中，将水、甘油、氯化盐按照质量比为（30~50）：（50~70）:（1~1.5）进行配制搅拌均匀得到沉析剂。
进一步地，步骤2）中，所述沉析剂与所述芳纶聚合液按照质量份数为（7~20）:1输送到沉析设备。
进一步地，步骤2）中，所述沉析设备的剪切速度为2000~4000rpm/min。
进一步地，步骤2）中，所述冷却成型是将高速剪切后形成的浆料浸入到5~10℃冷水中成型。
进一步地，步骤2）中，所述多级水洗采用多级逆流水洗方式。
进一步地，步骤2）的工序在沉析设备中进行。
进一步地，步骤2）中，所述沉析纤维的长度为0.9~1.5mm，宽度为15~30μm，分丝帚化面积4.0~8.0%。
进一步地，步骤3）中，所述过滤是将所述芳纶聚合液中的不溶物杂质去除掉。
进一步地，步骤3）中，所述凝固是将所述芳纶聚合液经喷丝板喷射在质量浓度为58~60%DMAC的水溶液中进行凝固成型，形成初生纤维。
进一步地，步骤3）中，所述水洗是将所述初生纤维浸泡在30~60℃的水中进行逆流水洗。
进一步地，步骤3）中，所述烘干的温度为120~150℃。
进一步地，步骤3）中，所述热处理的温度320~350℃。
进一步地，步骤3）中，所述芳纶短纤维的长度为5~10mm。
进一步地，步骤4）中，所述硼酸预处理是将所述沉析纤维和所述芳纶短纤维分别经过硼酸溶液浸泡，目的是为了使硼酸与所述施胶剂发生交联反应形成凝胶体，促进所述沉析纤维和所述芳纶短纤维的黏连。
进一步地，步骤4）中，所述沉析纤维、所述芳纶短纤维和所述施胶剂的质量比为（40~60）：（25~50）：（0.2~0.3）。
进一步地，步骤4）中，所述施胶剂包括淀粉、羧甲基纤维素（CMC）、聚乙烯醇（PVA），苯乙烯-马来酸酐聚合物（SMA），苯乙烯-丙烯酸酯共聚物（SAE)，苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐单酯共聚物（SAM）中的至少一种。优选地为聚乙烯醇（PVA），聚乙烯醇的聚合度为l000~2000，醇解度为98％~99％。
进一步地，步骤4）中，所述打浆采用盘磨机或锥磨机打浆，其工艺参数为：打浆度为30～90°SR（打浆度用于反映打浆程度，衡量纸料脱水难易程度的指标（滤水性）），所述打浆得到的浆料水分散液浓度为0.2％～1.8％。
进一步地，步骤4）中，所述疏解分散采用水力式碎浆机进行。
进一步地，步骤5）的工序在纸机流送设备中进行。
进一步地，步骤5）中，所述压榨的压力为0.8-1.2MPa。
进一步地，步骤5）中，所述烘干的温度155-180℃。
进一步地，步骤5）中，所述热压成型的温度310～350℃，压力为30～45MPa。
本发明还提供一种芳纶纤维薄层材料的用途，所述芳纶纤维薄层材料用于制备无缝拼接芳纶纸，所述无缝拼接芳纶纸通过将两片前述芳纶纤维薄层材料的中间缝隙采用硼酸预处理的沉析纤维填充后，在超声波焊接作用下将两部分所述芳纶纤维薄层材料无缝拼接在一起。所述超声波焊接为利用高频振动波传递到两个需焊接的物体表面，在加压的情况下，使两个物体表面相互摩擦而形成熔合。所述超声波焊接，工作频率设定为15-40kHz，焊接压力设定为0.3-0.7MPa。
本发明的两片芳纶纤维薄层材料在超声波焊接作用下拼接时，将两片芳纶纤维薄层材料中间缝隙先通过前述制备的硼酸预处理的沉析纤维进行填充，作用是通过沉析纤维的填充来增强纸张缝隙处的强度，避免拼接接口处强度低易撕裂的情况发生，同时，这里沉析纤维进行预处理所采用的硼酸与之前芳纶纤维薄层材料制备时所用施胶剂进一步共同作用发生交联反应而形成凝胶体，从而能够增强拼接处的强度及力学性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明是为了解决芳纶纤维薄层材料拼接后拼接点强度低容易开裂的问题，提供一种芳纶纤维薄层材料。所述芳纶纤维薄层材料通过沉析纤维和芳纶短纤维和特定施胶剂的协同配合，并结合改性技术，得到芳纶纤维薄层材料的本体机械性能和耐压强度均相对于现有芳纶纤维薄层材料得到了较大提升。
2、目前现有的芳纶纤维薄层材料拼接技术是通过胶水热压拼接，胶水压合处的压合面高，拼接处相对芳纶纤维薄层材料本体强度较弱。本发明通过在超声波焊接作用将两片芳纶纤维薄层材料无缝拼接在一起，这种拼接拼接处与纸张持平。拼接后的芳纶纤维薄层材料与单张芳纶纤维薄层材料各方面性能相同，解决了以往芳纶纤维薄层材料拼接接口处的强度低易撕裂的问题，极大的提升了生产效率，提升了生产过程中的原料利用率，降低生产成本。
附图说明
图1为本发明的芳纶聚合液的制备工艺流程图。
图2为本发明的沉析纤维的制备工艺流程图。
图3为本发明的芳纶纤维薄层材料的制备流程流程图。
图4为本发明的芳纶纤维薄层材料的无缝拼接工艺流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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经改进或替换的所有实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种芳纶纤维薄层材料，由芳纶纤维薄层材料浆通过湿网成型方法制备得到，芳纶纤维薄层材料浆按以下质量比的沉析纤维、芳纶短纤维和施胶剂搅拌共混得到：60：25：0.3，芳纶纤维薄层材料的厚度是0.075 mm，芳纶纤维薄层材料的拉伸强度为纵向163N/10mm、横向108 N/10mm；伸长率为纵向8%、横向8%，边缘撕裂度为纵向465 N、横向455 N，耐压强度为不弯折7.3 kV、弯折6.5 kV，挺度为37 N。
制备方法如下：
步骤1）芳纶聚合液的制备：
将间苯二胺溶解在N,N-二甲基乙酰胺（DMAC）中配制浓度为8%的溶液，然后按照间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比1:0.9，添加间苯二甲酰氯进行预聚合，控制预聚合温度为0℃；然后加入氨水调节预聚合反应液的pH为6.8，反应完成后过滤去除不溶物，然后再按照间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比1:0.1补加剩余的间苯二甲酰氯，进行后聚合反应，后聚合温度保持在40℃，最后再添加二乙胺调节后聚合反应液的pH至7.1，即可得到芳纶聚合液；
步骤2）沉析纤维的制备：
先将水、甘油、氯化钾按照质量比30：50: 1.5在搅拌釜进行配制均匀，配制成沉析剂，然后将沉析剂与芳纶聚合液按照质量份数为7:1输送到沉析设备中进行高速剪切，剪切速度为2000rpm/min，然后将所得浆料浸入到5℃冷水中进行冷却成型，经过多级逆流水洗后即可得到沉析纤维；
步骤3）芳纶短纤维的制备：
将芳纶聚合液经过过滤后经过喷丝板喷射在质量浓度为58%的DMAC的水溶液中进行凝固成型，形成初生纤维，然后将初生纤维浸泡在30℃的水中进行逆流水洗，然后在150℃热辊上进行烘干处理，经335℃热管中进行热处理后，在切断机上切成5mm的芳纶短纤维，经硼酸浸泡后即可使用；
步骤4）芳纶纤维薄层材料浆液的制备：
先将沉析纤维经过硼酸浸泡，然后将浸泡过硼酸的沉析纤维加入到疏解机中再恒温打浆疏解30min，即可得到沉析纤维分散液，得到打浆度30°SR（打浆度用于反映打浆程度，衡量纸料脱水难易程度的指标（滤水性））、浆料水分散液浓度为0.2％；将硼酸处理过的芳纶短纤维加入到疏解机中疏解后，将沉析纤维、芳纶短纤维和聚乙烯醇按照质量份数比为40：50：0.2加入到搅拌釜中进行搅拌共混即可得到芳纶纤维薄层材料浆液；
步骤5）芳纶纤维薄层材料的制备：
将芳纶纤维薄层材料浆液通过流送成型后在1.2MPa压力下压榨定型，然后在180℃温度下烘干，最后在350℃，压力为45MPa下进行高温热压处理即可得到芳纶纤维薄层材料。
一种无缝拼接芳纶纤维薄层材料，将两片要拼接的芳纶纤维薄层材料中间加入硼酸预处理的沉析纤维，然后通过超声波焊接作用将两部分芳纶纤维薄层材料拼接在一起。
实施例2
一种芳纶纤维薄层材料，由芳纶纤维薄层材料浆通过湿网成型方法制备得到，芳纶纤维薄层材料浆按以下质量比的沉析纤维、芳纶短纤维和施胶剂搅拌共混得到：40：50：0.2，芳纶纤维薄层材料的厚度是0.076 mm，芳纶纤维薄层材料的拉伸强度为纵向161 N/10mm、横向104 N/10mm；伸长率为纵向7%、横向7%，边缘撕裂度为纵向474 N、横向463 N，耐压强度为不弯折7.6 kV、弯折6.4 kV，挺度为34 N。
制备方法如下：
步骤1）芳纶聚合液的制备：
将间苯二胺溶解在DMAC中配制浓度为9%的溶液，然后按照间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比1:0.95，添加间苯二甲酰氯进行预聚合，控制预聚合温度为5℃；然后加入氨水调节预聚合反应液的pH为7.4，反应完成后过滤去除不溶物，然后再按照间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比1:0.05补加剩余的间苯二甲酰氯，进行后聚合反应，后聚合温度保持在35℃，最后再添加二乙胺调节后聚合反应液的pH至7.8，即可得到芳纶聚合液；
步骤2）沉析纤维的制备：
先将水、甘油、氯化钾按照质量比40：60：1.25进行配制均匀，配制成沉析剂，然后将沉析剂与芳纶聚合液按照质量份数为14:1输送到沉析设备中进行高速剪切，剪切速度为4000rpm/min，然后将所得浆料浸入到7℃冷水中进行冷却成型，经过多级逆流水洗后即可得到沉析纤维；
步骤3）芳纶短纤维的制备：
将芳纶聚合液经过过滤后经过喷丝板喷射在质量浓度为59%DMAC的水溶液中进行凝固成型，形成初生纤维，然后将初生纤维浸泡在45℃的水中进行逆流水洗，然后在135℃热辊上进行烘干处理，经320℃热管中进行热处理后，在切断机上切成10mm的芳纶短纤维，经硼酸浸泡后即可使用；
步骤4）芳纶纤维薄层材料浆液的制备：
先将沉析纤维经过硼酸浸泡，然后将浸泡过硼酸的沉析纤维加入到疏解机中再恒温打浆疏解30min，即可得到沉析纤维分散液，得到打浆度90°SR、浆料水分散液浓度为1.8％，将硼酸处理过的芳纶短纤维加入到疏解机中疏解后，将沉析纤维、芳纶短纤维和聚乙烯醇按照质量份数比为60：25：0.3加入到搅拌釜中进行搅拌共混即可得到芳纶纤维薄层材料浆液；
步骤5）芳纶纤维薄层材料的制备：
将芳纶纤维薄层材料浆液通过流送成型后在0.8MPa压力下压榨定型，然后在155℃温度下烘干，最后在310℃，压力为30MPa下进行高温热压处理即可得到可无缝拼接的芳纶纤维薄层材料；
一种无缝拼接芳纶纤维薄层材料，将两片要拼接的芳纶纤维薄层材料中间加入硼酸预处理的沉析纤维，然后通过超声波焊接作用将两部分芳纶纤维薄层材料拼接在一起。
实施例3
一种芳纶纤维薄层材料，由芳纶纤维薄层材料浆通过湿网成型方法制备得到，芳纶纤维薄层材料浆按以下质量比的沉析纤维、芳纶短纤维和施胶剂搅拌共混得到：50：35：0.26，芳纶纤维薄层材料的厚度是0.0.074 mm，芳纶纤维薄层材料的拉伸强度为纵向165N/10mm、横向106 N/10mm；伸长率为纵向8%、横向7%，边缘撕裂度为纵向467 N、横向459 N，耐压强度为不弯折7.5 kV、弯折6.4 kV，挺度为36 N。
步骤1）芳纶聚合液的制备：
将间苯二胺溶解在DMAC中配制浓度为14%的溶液，然后按照间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比1:0.92，添加间苯二甲酰氯进行预聚合，控制预聚合温度10℃；然后加入氨水调节预聚合反应液的pH为7.8，反应完成后过滤去除不溶物，然后再按照间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比1:0.08补加剩余的间苯二甲酰氯，进行后聚合反应，后聚合温度保持在30℃，最后再添加二乙胺调节后聚合反应液的pH至6.8，即可得到芳纶聚合液；
步骤2）沉析纤维的制备：
先将水、甘油、氯化钾按照质量比50：70：1进行配制均匀，配制成沉析剂，然后将沉析剂与芳纶聚合液按照质量份数为20:1输送到沉析设备中进行高速剪切，剪切速度为3000rpm/min，然后将所得浆料浸入到10℃冷水中进行冷却成型，经过多级逆流水洗后即可得到沉析纤维；
步骤3）芳纶短纤维的制备：
将芳纶聚合液经过过滤后经过喷丝板喷射在质量浓度为60%DMAC的水溶液中进行凝固成型，形成初生纤维，然后将初生纤维浸泡在60℃的水中进行逆流水洗，然后在120℃热辊上进行烘干处理，经350℃热管中进行热处理后，在切断机上切成8mm的芳纶短纤维，经硼酸浸泡后即可使用；
步骤4）芳纶纤维薄层材料浆液的制备：
先将沉析纤维经过硼酸浸泡，然后将浸泡过硼酸的沉析纤维加入到疏解机中再恒温打浆疏解30min，即可得到沉析纤维分散液，得到打浆度70°SR、浆料水分散液浓度为1.3％，将硼酸处理过的芳纶短纤维加入到疏解机中疏解后，将沉析纤维、芳纶短纤维和聚乙烯醇按照质量份数比为50：35：0.26加入到搅拌釜中进行搅拌共混即可得到芳纶纤维薄层材料浆液；
步骤5）芳纶纤维薄层材料的制备：
将芳纶纤维薄层材料浆液通过流送成型后在0.8MPa压力下压榨定型，然后在155℃温度下烘干，最后在310℃，压力为30MPa下进行高温热压处理即可得到可无缝拼接的芳纶纤维薄层材料。
一种无缝拼接芳纶纤维薄层材料，将两片要拼接的芳纶纤维薄层材料中间加入硼酸预处的沉析纤维，然后通过超声波焊接作用将两部分芳纶纤维薄层材料拼接在一起。
实施例4
一种芳纶纤维薄层材料，由芳纶纤维薄层材料浆通过湿网成型方法制备得到，芳纶纤维薄层材料浆按以下质量比的沉析纤维、芳纶短纤维和施胶剂搅拌共混得到：50：35：0.26，芳纶纤维薄层材料的厚度是0.075mm，芳纶纤维薄层材料的拉伸强度为纵向165 N/10mm、横向107 N/10mm；伸长率为纵向7%、横向7%，边缘撕裂度为纵向466N、横向453 N，耐压强度为不弯折7.6 kV、弯折6.5 kV，挺度为37N。
步骤1）芳纶聚合液的制备：
将间苯二胺溶解在DMAC中配制浓度为14%的溶液，然后按照间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比1:0.92，添加间苯二甲酰氯进行预聚合，控制预聚合温度为10℃；然后加入氨水调节预聚合反应液的pH为7.8，反应完成后过滤去除不溶物，然后再按照间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比1:0.08补加剩余的间苯二甲酰氯，进行后聚合反应，后聚合温度30℃，最后再添加二乙胺调节后聚合反应液的pH至6.8，即可得到芳纶聚合液；
步骤2）沉析纤维的制备：
先将水、甘油、氯化钾按照质量比50：70：1进行配制均匀，配制成沉析剂，然后将沉析剂与芳纶聚合液按照质量份数为20:1输送到沉析设备中进行高速剪切，剪切速度为3000rpm/min，然后将所得浆料浸入到10℃冷水中进行冷却成型，经过多级逆流水洗后即可得到沉析纤维；
步骤3）芳纶短纤维的制备：
将芳纶聚合液经过过滤后经过喷丝板喷射在质量浓度为60%的DMAC的水溶液中进行凝固成型，形成初生纤维，然后将初生纤维浸泡在60℃的水中进行逆流水洗，然后在120℃热辊上进行烘干处理，经350℃热管中进行热处理后，在切断机上切成8mm的芳纶短纤维，经硼酸浸泡后即可使用；
步骤4）芳纶纤维薄层材料浆液的制备：
先将沉析纤维经过硼酸浸泡，然后将浸泡过硼酸的沉析纤维加入到疏解机中再恒温打浆疏解30min，即可得到沉析纤维分散液，得到打浆度70°SR、浆料水分散液浓度为1.3％；将硼酸处理过的芳纶短纤维加入到疏解机中疏解后，将沉析纤维、芳纶短纤维和聚乙烯醇按照质量份数比为50：35：0.26加入到搅拌釜中进行搅拌共混即可得到芳纶纤维薄层材料浆液；
步骤5）芳纶纤维薄层材料的制备：
将芳纶纤维薄层材料浆液通过流送成型后在0.8MPa压力下压榨定型，然后在155℃温度下烘干，最后在310℃，压力为30MPa下进行高温热压处理即可得到可无缝拼接的芳纶纤维薄层材料。
一种无缝拼接芳纶纤维薄层材料，将两片要拼接的芳纶纤维薄层材料中间加入硼酸预处的沉析纤维，然后通过超声波焊接作用将两部分芳纶纤维薄层材料拼接在一起。
对比例
芳纶纯纸
测试例
将实施例1-4和对比例的芳纶纤维薄层材料依据《电气绝缘用柔软复合材料》GB/T5591.2-2017 06测试拉伸强度和伸长率；依据《电气绝缘用柔软复合材料》GB/T5591.2-201708测试边缘撕裂；依据《电气强度试验方法》GB/T1408.1-2016测试耐压强度；依据《电气绝缘用柔软复合材料》GB/T5591.2-2017 10测试挺度。
表1 实施例1-4和对比例的芳纶纤维薄层材料的性能测试
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而
依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种芳纶纤维薄层材料，其特征在于，所述芳纶纤维薄层材料由芳纶纤维薄层材料浆液通过湿网成型方法制备得到，所述芳纶纤维薄层材料浆按以下质量比的沉析纤维、芳纶短纤维和施胶剂搅拌共混得到：（40~60）：（25~50）：（0.2~0.3）；所述芳纶纤维薄层材料的拉伸强度为纵向161~165 N/10mm、横向104~108 N/10mm；伸长率为纵向8.5~9.6%、横向8.2~9.4%；边缘撕裂度为纵向465-474 N、横向453-463 N；耐压强度为不弯折7.3~7 6kV、弯折6.4~6.5 kV；挺度为34~37 N。
2.根据权利要求1所述的芳纶纤维薄层材料，其特征在于，所述沉析纤维预先进行硼酸处理；所述芳纶短纤维预先进行硼酸处理。
3.根据权利要求1或2所述的芳纶纤维薄层材料，其特征在于，所述施胶剂为淀粉、羧甲基纤维素、聚乙烯醇、苯乙烯-马来酸酐聚合物、苯乙烯-丙烯酸酯共聚物、苯乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐单酯共聚物中的至少一种。
4.一种权利要求1-3任一项所述的芳纶纤维薄层材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
步骤1）芳纶聚合液的制备；
将间苯二胺与间苯二甲酰氯先进行预聚合反应，反应完成后加入中和剂一，使所述预聚合反应液的pH控制在6.8~7.8范围内，再将所述预聚合反应液过滤后，加入剩余的间苯二甲酰氯进行后聚合反应，反应完成后加入中和剂二，使所述后聚合反应液的pH控制在6.8~7.8范围内后即可得到芳纶聚合液；
步骤2）沉析纤维的制备；
先将水、甘油、氯化盐混合制备沉析剂，然后将所述芳纶聚合液与所述沉析剂加入到沉析设备中，经过高速剪切、冷却成型、多级水洗后即可得到沉析纤维；
步骤3）芳纶短纤维的制备；
将所述芳纶聚合液经过滤、凝固、水洗、烘干、热处理、切断处理后即可得到芳纶短纤维；
步骤4）芳纶纤维薄层材料浆液的制备；
将所述沉析纤维经过硼酸预处理后进行打浆分散得到浆料A，然后将所述芳纶短纤维经硼酸预处理后进行疏解分散得到浆料B，然后将所述浆料A、所述浆料B和施胶剂进行搅拌共混，即可得到芳纶纤维薄层材料浆液；
步骤5）芳纶纤维薄层材料的制备；
所述芳纶纤维薄层材料浆液通过流送成型、压榨、烘干、热压成型、复卷分切后即可得到所述芳纶纤维薄层材料。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述预聚合反应和后聚合反应的整个过程中，间苯二胺与间苯二甲酰氯的摩尔比为1:1~1.05。
6.根据权利要求5所述的制备方法，步骤1）中，所述预聚合反应中，按摩尔比取间苯二胺和间苯二甲酰氯的摩尔比为1:（0.9~0.95）。
7.根据权利要求5所述的制备方法，步骤1）中，所述预聚合反应液过滤后，按摩尔比取间苯二甲酰氯：间苯二胺为（0.1~0.05）：1补加剩余的间苯二甲酰氯。
8.根据权利要求5所述的制备方法，步骤2）中，将水、甘油、氯化盐按照质量比为（30~50）：（50~70）:（1~1.5）进行配制搅拌均匀得到沉析剂。
9.根据权利要求5所述的制备方法，所述沉析剂与所述芳纶聚合液按照质量份数为（7~20）:1输送到沉析设备。
10.一种芳纶纤维薄层材料的用途，其特征在于，所述芳纶纤维薄层材料用于制备无缝拼接芳纶纸，所述无缝拼接芳纶纸通过将两片权利要求1-3任一项所述芳纶纤维薄层材料的中间缝隙采用硼酸预处理的沉析纤维填充后，在超声波焊接作用下将两部分所述芳纶纤维薄层材料无缝拼接在一起得到的。
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|---|---|---|---|---|
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2023
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