CN1974925A - 含有聚苯硫醚及芳纶纤维的合成纤维纸及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于合成纤维纸领域，特别涉及一种以芳纶纤维为结构纤维，以聚苯硫醚纤维或颗粒粘合定型制成的合成纤维纸。该合成纤维纸具有轻质、柔软、高强度、高比模量、耐高温、耐疲劳、抗化学腐蚀、抗辐射、低热膨胀系数、生物相容性好等优异特性，可被广泛用于机电、航空、航天等高技术领域；本发明还提供了该种合成纤维纸的湿法制备方法。

Description

含有聚苯硫醚及芳纶纤维的合成纤维纸及其制备方法

技术领域

本发明属于合成纤维纸领域，特别涉及一种以聚苯硫醚纤维(或聚苯硫醚颗粒)和芳纶纤维湿法制成的合成纤维纸。

本发明还涉及上述合成纤维纸的制备方法。

背景技术

随着科技的发展以及人们对产品要求越来越高，在航空航天、军事、电子、机械工业以及其他对安全性和轻便性要求高的行业里，高性能合成材料自问世以来即被得到广泛运用。能同时具有高强度、低变形、耐高温、耐化学腐蚀、阻燃、无疲劳反应和优良的绝缘性能的材料——高性能合成材料芳纶纤维纸应运而生，其中，中国专利ZL99114635.2公开了一种以聚芳酰胺合成纤维和聚酯纤维为原料制成的合成纤维纸，具有一定的耐高温性、高强度、低变形等优点，但因失重稍高，且阻燃性尚欠不足，还满足不了一些特殊用途；另外中国专利申请200410037774.8中公开了一种以碳纤维芳纶纤维合成纸的制造技术，其在某些特殊性能上，如不具备绝缘性能，抗辐射能力还不尽如人意。

聚苯硫醚是一种综合性能优异的特殊工程材料，其突出的特点是耐高低温、耐腐蚀、耐辐射、不燃、无毒、机械性能和电绝缘性能十分优越，尺寸稳定性好。美国专利US6,407,017公开了一种全芳香族聚酰胺合成纸片的制造方法，在该发明中除了芳香聚酰胺短纤维外，还可含有聚苯硫醚短纤维等其他短纤维，且在含量上并不影响合成纸的特性。美国专利US6,980,076公开了一种合成纤维的含量大约是2～25％的绝缘纸，该合成纤维包括芳伦纤维、聚亚苯基砜、间规聚苯乙烯纤维、聚邻苯二甲酰胺纤维或聚苯硫醚纤维中一种或多种。日本专利JP2047389公开了一种混合形成的纸，在该混合形成纸中，聚苯硫醚纤维和芳香聚酰胺纤维的含量≥80wt.％，并且两种纤维各自的含量均≥30wt.％，此外还添加了0-20wt.％的粘合剂，在阻燃、耐热、强度和电特性方面表现优异。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种以芳纶纤维为结构纤维、以聚苯硫醚纤维或颗粒粘合定型制成的合成纤维纸，其具有优异的综合性能，即优异的耐温性能、高强度、耐疲劳性能、低变形、耐火阻燃性能、耐化学腐蚀性，比重小等优点。

本发明的另一目的在于提供了上述合成纤维纸的制备方法，该制备方法能够实现聚苯硫醚纤维和芳纶纤维在合成纤维纸中的二元协同效果。

按照本发明的一个方面，本发明公开一种合成纤维纸，其含有芳纶纤维5～95重量份；以及聚苯硫醚纤维和/或聚苯硫醚颗粒5～95重量份。更优选的是含有芳纶纤维5～20重量份；以及聚苯硫醚纤维和/或聚苯硫醚颗粒80～95重量份。本发明所述的芳纶纤维包括聚芳酰胺聚对苯二胺纤维(芳纶1414)及其浆粕制品，或聚芳酰胺聚间苯二胺纤维(芳纶1313)及其浆粕制品或沉析纤维制品，芳纶纤维的浆粕制品是将上述芳纶长丝经切短后，机械叩解和研磨而成。芳纶沉析纤维的制备是分别将一定粘度的聚间苯二甲酰胺溶液和沉析剂输送至沉析机中，在高速剪切作用下混合，析出二维细小的薄膜条状的纤维，最后经过水洗，叩解精制后，得到沉析纤维浆料。所述芳纶1414纤维的纤度为1～2d、长度为0.5～10mm，所述芳纶1313纤维的纤度为1～2d、长度为0.5～10mm。本发明所述的粘接纤维为聚苯硫醚纤维或颗粒。聚苯硫醚纤维具有机械强度好、高韧性、耐腐蚀、阻燃等性能，本发明使用的聚苯硫醚纤维的软化点为260℃、熔点为280℃、长度为1～6mm，聚苯硫醚颗粒大小为50～300目。

按照本发明的另一方面，还公开了该合成纤维纸的制备方法，包括配料制浆、抄造成形、脱水、干燥、预热、高压热轧和切边整形的步骤，在配料制浆步骤中，先将聚苯硫醚纤维或颗粒按0.05～5％重量浓度在水力疏解机中疏解，制得一浆液A，然后将芳纶纤维和部分芳纶纤维浆粕以及沉析纤维混合并按0.05～2％重量浓度在水力疏解机中疏解，制得另一浆液B，最后将两种浆液在配浆池中混合从而形成能够添加至造纸网前箱的造纸纸浆。

由于聚苯硫醚纤维或颗粒与芳纶纤维混合经造纸机抄造成形后，在接近聚苯硫醚熔点温度时轧压，已软化熔融的聚苯硫醚在压力下将不熔的芳纶纤维粘合在一起，达到定型的目的。

本发明采用聚苯硫醚纤维或颗粒作粘接材料的目的是，聚苯硫醚纤维具有较高的机械强度，其制备方法不同，聚苯硫醚纤维或颗粒的种类多，可针对不同的要求选用不同的聚苯硫醚纤维或颗粒。利用聚苯硫醚纤维受热熔融的特性，在其熔点下，较好地将芳纶纤维粘接起来，形成了聚苯硫醚芳纶纤维合成纸。

受热轧后的聚苯硫醚、芳纶纤维合成纸强度与聚苯硫醚纤维加入量有关。一般来说随聚苯硫醚纤维加入量增加，合成纤维纸强度提高，但过高的加入量又会造成纸的某些强度指标下降，比如撕裂强度。聚苯硫醚纤维短切丝使用方便，可根据生产的具体情况，单独制浆或混合制浆，均可满足工艺要求。

在本发明合成纤维纸的制备方法中，因芳纶纤维和粘接纤维的憎水性，在水中极难分散。为了促进上述纤维在水中的分散，可在所述造纸制浆中加入1～10重量份的防絮凝剂，增加纤维在浆液中的运动阻力，延缓纤维的缠绕、絮聚，使纤维在浆液中的悬浮分散得到改进，从而达到提高合成纤维纸匀度的目的。本发明所用的防絮凝剂是聚氧化乙烯。所述防絮凝剂单独使用，视合成纤维浆液粘度和纸的型号、规格、造纸机类型调整用量。

在本发明合成纤维纸的生产方法中，针对聚苯硫醚芳纶纤维合成纸既要有较好的抗张强度、伸长率和紧度，又要有较高的撕裂强度和边撕裂强度，同时要有最好的抄造匀度的特点，为了解决撕裂度和抄造匀度对纤维长度要求的矛盾，本发明以部分芳纶纤维(较长纤维)为纸胚骨架，参配部分芳纶浆粕或沉析纤维(较短纤维)，以较短纤维填充于较长骨架纤维之间，取长补短，纤维交织更加均匀，提高合成纤维纸胚的抄造匀度，进而达到提高纸页强度的目的。

在本发明合成纤维纸的制备方法中，以常规造纸工艺，采用圆网造纸机成形设备湿法抄造。经改良后的圆网造纸机网前箱，更加适合聚苯硫醚纤维芳纶纤维合成纸的抄造。所述抄造成形步骤可以采用多园网或单园网抄造成形工艺。

所述干燥步骤采用烘道式干燥装置或多烘缸式干燥装置，前者干燥后的纸页疏松，后者干燥后的纸页较紧密。烘道式干燥装置分多温区，湿纸页借助传送带在烘道内运行，到达烘道的中后段，纸页中的水分可全部排除掉，水蒸气经抽湿风机排出，而在烘道的末段，烘道内温度可达到粘接纤维的熔融温度，随后纸页经热轧机轧制，控制热轧线压力100～200kg/cm，轧辊表面温度为130～300℃，轧速为3～30m/min，在所述高压热轧步骤中热轧温度为250～300℃。

本发明综合了芳纶纤维和聚苯硫醚各自的优势，制备了一种将聚苯硫醚纤维单一抄造，或将聚苯硫醚纤维或颗粒和芳纶纤维两种纤维抄造成一体的合成纤维纸。特别是依据本发明优选组分之配比制备的合成纤维纸，较之现有技术生产的纸在抗张强度，撕裂强度等性能方面表现优异。

本发明的合成纤维纸具有轻质、柔软、高比强、高比模、耐高温、耐疲劳、阻燃、抗化学腐蚀、良好的抗辐射性、低热膨胀系数、生物相溶性好等优异特性，可被广泛用于机电、航空、航天等高技术领域。

本发明的制备方法将聚苯硫醚和芳纶纤维经特殊的湿法成形，高温热轧定型制成纸状材料，针对不同的聚苯硫醚，可以获得不同性能优良的合成纤维纸。工艺过程中防絮凝剂的加入使纤维能充分分散；较长的芳纶纤维及其较短的芳纶浆粕或沉析纤维的参配，可较好地解决合成纤维纸撕裂度和抄造匀度对纤维长度要求的矛盾，提高了纸页的强度；同时预热程序的设置使得高压热轧的过程更好地进行。

具体实施方式

以上是对本发明的一般性描述，下面将通过具体实施方式对本发明的权利要求作进一步解释。

材料来源：

芳纶1414纤维：日本帝人公司生产

芳纶1313纤维：广东新会彩艳公司生产

聚苯硫醚纤维或颗粒：四川华拓公司生产

在对实施例中抄造出的纸张性能进行检测时，使用下列检测方法：

定量      GB/T 451.3-2002

厚度      GB/T 451.3-2002

紧度      GB/T 451.3-2002

抗张强度  GB/T 453-2002

伸长率    GB/T 453-2002

撕裂强度  GB/T 455-2002

【实施例1】

按下述比例配制本实施例1合成纤维纸：

聚苯硫醚纤维(2～4mm)                        80重量份(以下称“份”)

芳纶1414纤维(5～6mm)                        20份

将上述含量的聚苯硫醚纤维按1％重量浓度在水力疏解机中疏解制成纸浆A，将上述含量芳纶1414纤维(含部分浆粕)按1％重量浓度在水力疏解机中疏解制成纸浆B，然后将浆液A和浆液B在配料池中混合均匀后，从而形成能够添加至造纸网前箱的造纸纸浆，在稳浆箱中加入5份的聚氧化乙烯。经稳浆箱调节浆液上网压头，在流浆箱中浆液被均匀分布到造纸成形网上，多余浆液经溢流至白水池。当浆液沿成形网运行时，借助伏辊的作用，水从纸浆中滤出，湿纸页离开圆网笼网面，湿纸页在毛毯上，经真空箱到湿压榨进一步脱去水分，进入纸机干燥部。随后纸页经热轧机一次热轧成型，控制热轧线压力为150kg/cm，控制热轧温度280～300℃范围内。热轧后的纸经压光机进一步整型，使纸的密度、纸的表面特性、纸的挺度达到令人满意的效果。得到的结果见表1：

                表1

项目	单位	测试结果
			定量厚度紧度抗张强度伸长率撕裂强度	g/m2mmg/m3KN/m MD％MDmN CD	52.00.0800.654.002.301800

【实施例2】

按下述重量份配制本实施例2合成纤维纸：

聚苯硫醚纤维(2～4mm)                                   80份

芳纶1313纤维(5～6mm)                                   20份

本实施例用芳纶1313纤维(含0～20％沉析纤维)代替芳纶1414纤维，合成纤维纸的制备方法与实施例1相同，得到的结果见表2：

                表2

项目	单位	测试结果
			定量厚度紧度抗张强度伸长率撕裂强度	g/m2mmg/m3KN/m MD％MDmN CD	48.00.0680.703.62.21600

【实施例3】

按下述重量份配制本实施例3合成纤维纸：

聚苯硫醚纤维(6～8mm)                                     55份

聚苯硫醚颗粒(200目)                                      25份

芳纶1414纤维(5～6mm)                                     20份

本实施例3是在不改变芳纶1414纤维20份用量的情况下，将聚苯硫醚纤维重量减少到55份，增加200目聚苯硫醚颗粒25份，合成纤维纸制备方法按实施例1相同的制备方法进行，得到的测试结果见表3：

              表3

项目	单位	测试结果
			定量厚度紧度抗张强度伸长率撕裂强度	g/m2mmg/m3KN/m MD％MDmN CD	42.00.0590.713.122.11547

【实施例4】

按下述重量份配制本实施例4合成纤维纸：

聚苯硫醚纤维(6～8mm)                                     40份

芳纶1414纤维(5～6mm)                                     60份

针对实施例1，将聚苯硫醚纤维比例减少到40份，芳纶1414纤维增加到60份，其余步骤按实施例1相同的制备方法进行，所得到的测试结果见表4：

              表4

项目	单位	测试结果
			定量厚度紧度抗张强度伸长率撕裂强度	g/m2mmg/m3KN/m MD％MDmN CD	52.00.0760.742.851.91257

【实施例5】

按下述比例配制本实施例5合成纤维纸：

聚苯硫醚颗粒(200目)                                      80份

芳纶1414纤维(5～6mm)                                     20份

本实施例是在实施例3的基础上，聚苯硫醚颗粒完全取代聚苯硫醚纤维，按实施例3相同的制备方法制造合成纤维纸，所得到的测试结果见表5：

               表5

项目	单位	测试结果
			定量厚度紧度抗张强度	g/m2mmg/m3KN/m MD	40.00.0550.723.11

伸长率撕裂强度

％MDmN CD

2.01349

【实施例6】

按下述重量份配制本实施例6合成纤维纸：

聚苯硫醚纤维(6～8mm)                                      5份

芳纶1414纤维(5～6mm)                                      95份

同样按实施例1的制备方法，所述实施例是对减少聚苯硫醚纤维到5重量份，得到的测试结果见表6：

               表6

项目	单位	测试结果
			定量厚度紧度抗张强度伸长率撕裂强度	g/m2mmg/m3KN/m MD％MDmN CD	38.00.060.0631.151.51000

【实施例7】

按下述重量份配制本实施例7合成纤维纸：

聚苯硫醚颗粒(100目)                                     80份

芳纶1414纤维(5～6mm)                                    20份

针对实施例5，将聚苯硫醚颗粒目数变为100目，步骤按实施例5相同的工艺进行，得到的测试结果见表7：

            表7

项目	单位	测试结果
			定量	g/m2	53.2

厚度紧度抗张强度伸长率撕裂强度

mmg/m3KN/m MD％MDmN CD

0.0790.73.852.21532

本发明不限于以上实施方式，可以根据参配比例、热轧工艺等参数与合成纤维纸物理机械强度指标的依存关系，改变配比和参数，制成可满足用户特殊要求的产品型号和规格；本领域技术人员还可以做出各种改变和变形，在不脱离本发明精神的前提下，均落在本发明的范围内。

Claims (10)

1、一种合成纤维纸，其特征在于，该合成纤维纸含有：

芳纶纤维                         5～95重量份；

聚苯硫醚纤维和/或聚苯硫醚颗粒    5～95重量份。

2、权利要求1所述的合成纤维纸，其特征在于其含有

芳纶纤维5～20重量份；以及

聚苯硫醚纤维和/或聚苯硫醚颗粒80～95重量份。

3、权利要求1或2所述的合成纤维纸，其特征在于所述聚苯硫醚纤维的纤维长度为1～8mm，聚苯硫醚颗粒为50～300目。

4、权利要求1或2所述的合成纤维纸，其特征在于所述芳纶纤维为聚芳酰胺聚对苯二胺纤维及其浆粕制品、或聚芳酰胺聚间苯二胺纤维及其沉析纤维制品，所述芳纶纤维纤度为1～2d、长度为0.05～10mm。

5、权利要求1所述的合成纤维纸，其特征在于其含有

聚苯硫醚纤维和/或聚苯硫醚颗粒    80重量份；以及

芳纶纤维                         20重量份。

6、权利要求1所述的合成纤维纸，其特征在于其含有

聚苯硫醚纤维和/或聚苯硫醚颗粒    40重量份；以及

芳纶纤维                         60重量份。

7、一种权利要求1所述的合成纤维纸的制备方法，包括下述步骤：

1)将聚苯硫醚纤维和/或聚苯硫醚颗粒按0.05～5％重量浓度疏解，制得浆液A；

2)将芳纶纤维及其浆粕或沉析纤维按0.05～2％重量浓度疏解，制得浆液B；

3)将浆液A与浆液B混合形成造纸纸浆；

4)将所述造纸纸浆抄造成形；

5)干燥并预热；

6)高温热轧得到合成纤维纸。

8、权利要求7所述的制备方法，其特征在于所述步骤6)中热轧温度为250～300℃，热轧线压力为100～200kg/cm、轧辊表面温度为130～300℃、轧速为3～30米/分钟。

9、权利要求7所述的制备方法，其特征在于进一步包括在纸浆中加入防絮凝剂的步骤。

10、权利要求9所述的制备方法，其特征在于所述防絮凝剂为聚氧化乙烯。