一种梯度结构纳米芳纶纸的制造方法技术

技术编号:20581929 阅读:78 留言:0更新日期:2019-03-16 04:49
本发明专利技术公开了一种梯度结构纳米芳纶纸的制造方法。该制造方法先配备预处理液,用预处理液对对位芳纶短切纤维进行预处理,预处理后的芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维用偶联剂或偶联剂溶液进行改性处理,抄造成纸,用纳米对位芳纶纤维对纸张进行梯度结构增强,制得的梯度结构纳米芳纶纸强度是原纸的10‑25倍。本发明专利技术改善芳纶纸的缺陷,本发明专利技术产品具有耐高温、阻燃和电绝缘性能优良等特点。

A Fabrication Method of Gradient Structure Nano-aramid Paper

The invention discloses a manufacturing method of gradient structure nano aramid paper. The manufacturing method is equipped with a pretreatment solution, which is used to pretreat the para-aramid staple fibers. The pretreated aramid staple fibers and para-aramid pulp fibers are modified with a coupling agent or a coupling agent solution to make paper. The gradient structure of paper is strengthened with nano-para-aramid fibers. The strength of the gradient structure nano-aramid paper is 10 25 of the original paper. Times. The invention improves the defects of aramid paper, and the product of the invention has the characteristics of high temperature resistance, flame retardant and excellent electrical insulation performance.

【技术实现步骤摘要】
一种梯度结构纳米芳纶纸的制造方法
本专利技术涉及一种高强度对位芳纶纸的制造方法,具体涉及一种用纳米芳纶来增强普通芳纶纸从而大幅度提高其力学性能的新型方法。
技术介绍
芳纶纸作为一种新型的高性能特种材料,近些年来在军事、民用领域的重要应用逐步扩大。虽然我国芳纶纸产业近些年来获得了较快速的发展,在某些领域已经有了一定的应用,但是产品的性能特别是如力学性能、纸张匀度、电学性能等仍显不足,许多关键技术仍然缺失,与国外存在不小的差距。芳纶纤维有两类:一类是分子链排列呈锯齿状的间位芳纶纤维,一类是分子链排列呈直线状的对位芳纶纤维,一般来说间位芳纶纸耐高温性能与力学性能均不如对位芳纶纸,然而对位芳纶纤维由于其结构的稳定性导致其表面惰性强,亲水性差,在水中容易絮聚很难均匀分散,因此在抄造对位芳纶纸时往往会出现纸张均匀度差,厚薄不均一等问题,这会导致纸张受力不均匀,往往在纸张最为薄弱的地方所能承受的应力很小,进而决定了纸张的整体强度低下。针对这一问题,目前国内外对此采取的技术手段主要为纤维表面亲水化改性、或对纤维进行筛选、或进行分层抄造、或利用树脂浸渍增强纸张、或在纸张抄造时加入热熔纤维混抄等,这些方法或多或少都存在一些缺点。亲水化改性效果如有限,芳纶纤维在水中的分散性能不可能达到类似植物纤维分散性能,树脂浸渍增强和混抄热熔纤维增强会影响芳纶纸的热稳定性。公开号为CN106192601A的中国专利技术专利申请公开了一种高强度芳纶纸及其制备方法。具体方法是先通过普通湿法抄造芳纶纤维纸,通过水刺方法利用卷曲的芳纶短切纤维制备水刺无纺布层,然后通过高温高压热压将芳纶纤维纸和水刺无纺布层复合得到高强度芳纶纸。这种通过分层抄造然后再复合的方法无疑增添了工艺的复杂性,另外,纸张内部不同层之间的层间结合强度也较低。公开号为CN107059461A的中国专利技术专利申请公开了一种高强度导电芳纶纸及其制备方法。具体为将芳纶短切纤维、芳纶沉析纤维和芳纶浆粕进行复合打浆处理,然后采用低浓水力碎浆设备分别对复合打浆处理后的芳纶短切纤维、芳纶沉析纤维以及芳纶浆粕进行低浓疏解,制成均匀的悬浮液经过除渣器和旋翼筛筛选后,向悬浮液中加入导电高分子材料,得到浆料悬浮液加入助留剂上网成型并进行压榨、烘干和热压成形处理,得到高强度导电芳纶纸。这种方法工艺过程较复杂,由于芳纶沉析纤维以及浆粕纤维的特殊性,单根的粗细不同,很难筛选,对纸张匀度的提升效果有限;而且由于芳纶纤维的表面惰性,在仅仅依靠普通芳纶纤维之间产生的少量氢键结合而没有其他辅助的情况下无法保证纸张的高强度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述存在的问题,提供一种工艺简单、产品性能优异、环境友好和成本低廉的高性能梯度结构纳米芳纶纸的制造方法。本专利技术针对纸张结构中较为薄弱的部分,对成纸进行再增强,制备出高强度、耐高温、阻燃和电绝缘性能优良的芳纶纸。受韧性陶瓷增强原理的启发,通过及时补强陶瓷体中出现的裂纹,防止因裂纹扩大从而导致的陶瓷碎裂,本专利技术提出在采用偶联剂对对位芳纶纤维和对位芳纶浆粕进行有效表面改性,引进高活性基团,提高结合力,加入适量分散助剂和表面活性剂,提高成纸均匀度的基础上,再对纸张表面进行再补强,通过真空抽滤或旋涂在纸张的两面涂覆一层纳米芳纶纤维,对纸张薄弱的地方进行填补覆盖,减少其对纸张整体强度的影响。此外,在真空抽滤或者旋涂过程中,有一部分纳米芳纶纤维会被留着在纸张结构中,这一部分纳米芳纶纤维在纸张结构中起到桥梁作用,即分布在芳纶短切纤维和芳纶浆粕纤维之间从而增强了两种纤维之间的结合。总体来说纳米芳纶纤维在纸张结构中呈梯度分布,所谓梯度分布是指越靠近纸张表面,纳米芳纶纤维含量就越多,在纸张结构中间的纳米芳纶含量很少。在经过纳米芳纶纤维增强后,再对芳纶纸进行高温高压热压处理,由于纳米芳纶纤维的高反应活性以及纸张结构中浆粕纤维的部分溶解,在经过热压后,纸张已经形成了非常致密的结构,从而制得了表面平滑度极高、受力非常均匀的高性能梯度结构纳米芳纶纸。本专利技术通过如下技术方案是这样实现:一种梯度结构纳米芳纶纸的制造方法,包括如下步骤:(1)预处理液的配备:配置质量分数为1%-55%的弱碱溶液或表面活性剂或有机溶剂,得预处理液,备用;(2)纤维预处理:将步骤(1)所配备的预处理液维持在20-90℃的温度条件下,对对位芳纶短切纤维进行预处理;所述预处理工艺包括浸泡、搅拌及超声处理,预处理处理时间为15-80min,处理完后用蒸馏水洗涤干净并干燥至恒重,获得预处理后的芳纶短切纤维;(3)纤维表面改性:将步骤(2)所获得的预处理后的芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维用偶联剂或偶联剂溶液进行改性处理,偶联剂或偶联剂溶液中偶联剂的加载量按芳纶纤维绝干重量计算为15-180ml/g,在20-60℃恒温条件下,处理时间为20-180min;所述偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570和KH-792中的一种或多种;(4)抄造工艺:将经步骤(3)处理后的芳纶短切纤维和浆粕纤维用蒸馏水清洗,去除多余的偶联剂,加入分散剂,分散剂加载量为绝干纤维质量的0.1-10.0%,疏解30000-100000rpm,抄造成纸;(5)纸张干燥:将经步骤(4)制得的芳纶纸在真空条件下干燥;(6)纳米芳纶纤维制备:将步骤(2)处理过后得到的芳纶短切纤维溶解于溶有强碱或无机盐的有机溶剂中得到纳米芳纶纤维;(7)纳米芳纶纤维增强芳纶纸:通过真空抽滤工艺或者旋涂工艺在步骤(5)制得的芳纶纸结构上沉积步骤(6)制得的纳米芳纶纤维;(8)热压工艺:将经步骤(7)得到的增强芳纶纸真空干燥后再进行热压处理,以获得高致密的梯度结构纳米芳纶纸。为进一步实现本专利技术目的,优选地,步骤(1)中所述的弱碱为氨水和/或碳酸氢钠;所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠;所述有机溶剂为乙醇、丙酮和异丙醇中的一种或多种。优选地,所述芳纶短切纤维及芳纶浆粕纤维的长度为3-8mm,制备得到纸张的定量为40-150g/m2。优选地,步骤(2)中,所述超声处理的时间为10-60min,超声波处理过程中每隔20min搅拌一次;预处理液的用量为覆盖芳纶纤维或浆粕。优选地,步骤(3)所述的偶联剂溶液是质量比3:1-10的偶联剂-醇溶液或质量比为3:2-10的偶联剂-水溶液或质量比为3:3-10:0.5-5的偶联剂-醇-水溶液。优选地,步骤(4)所述分散剂包括阳离子聚丙烯酰胺、阴离子聚丙烯酰胺、非离子聚丙烯酰胺、聚环氧乙烷、聚乙稀醇、聚乙二醇、阳离子淀粉、阴离子淀粉和非离子淀粉中的一种或多种。优选地,步骤(5)中,真空干燥时的温度为20℃-150℃。优选地,步骤(6)中,所述有机溶剂为DMSO、DMF、DMAC和NMP中的一种或多种,所用有机溶剂质量为绝干芳纶短切纤维所用质量的200-1000倍,所述强碱为NaOH或KOH;所述无机盐为LiCl2、CaCl2或MgCl2,强碱或无机盐添加量为所用绝干芳纶短切纤维质量的20%-200%。优选地,步骤(7)中,抽滤或者旋涂的纳米芳纶质量为纸张绝干纤维质量的2%-40%。优选地,步骤(8)中,所述高温高压热压条件为:热压温度为100-300℃,压力为5-15MPa,时间为5-60min。本专利技术先对芳纶纤维的表面进行深度洗涤,洗净芳纶纤维表面残本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种梯度结构纳米芳纶纸的制造方法,其特征在于包括如下步骤:(1)预处理液的配备:配置质量分数为1%‑55%的弱碱溶液或表面活性剂或有机溶剂,得预处理液,备用;(2)纤维预处理:将步骤(1)所配备的预处理液维持在20‑90℃的温度条件下,对对位芳纶短切纤维进行预处理;所述预处理工艺包括浸泡、搅拌及超声处理,预处理处理时间为15‑80min,处理完后用蒸馏水洗涤干净并干燥至恒重,获得预处理后的芳纶短切纤维;(3)纤维表面改性:将步骤(2)所获得的预处理后的芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维用偶联剂或偶联剂溶液进行改性处理,偶联剂或偶联剂溶液中偶联剂的加载量按芳纶纤维绝干重量计算为15‑180ml/g,在20‑60℃恒温条件下,处理时间为20‑180min;所述偶联剂为KH‑550、KH‑560、KH‑570和KH‑792中的一种或多种;(4)抄造工艺:将经步骤(3)处理后的芳纶短切纤维和浆粕纤维用蒸馏水清洗,去除多余的偶联剂,加入分散剂,分散剂加载量为绝干纤维质量的0.1‑10.0%,疏解30000‑100000rpm,抄造成纸;(5)纸张干燥:将经步骤(4)制得的芳纶纸在真空条件下干燥;(6)纳米芳纶纤维制备:将步骤(2)处理过后得到的芳纶短切纤维溶解于溶有强碱或无机盐的有机溶剂中得到纳米芳纶纤维;(7)纳米芳纶纤维增强芳纶纸:通过真空抽滤工艺或者旋涂工艺在步骤(5)制得的芳纶纸结构上沉积步骤(6)制得的纳米芳纶纤维;(8)热压工艺:将经步骤(7)得到的增强芳纶纸真空干燥后再进行热压处理,以获得高致密的梯度结构纳米芳纶纸。...

【技术特征摘要】
1.一种梯度结构纳米芳纶纸的制造方法,其特征在于包括如下步骤:(1)预处理液的配备:配置质量分数为1%-55%的弱碱溶液或表面活性剂或有机溶剂,得预处理液,备用;(2)纤维预处理:将步骤(1)所配备的预处理液维持在20-90℃的温度条件下,对对位芳纶短切纤维进行预处理;所述预处理工艺包括浸泡、搅拌及超声处理,预处理处理时间为15-80min,处理完后用蒸馏水洗涤干净并干燥至恒重,获得预处理后的芳纶短切纤维;(3)纤维表面改性:将步骤(2)所获得的预处理后的芳纶短切纤维和对位芳纶浆粕纤维用偶联剂或偶联剂溶液进行改性处理,偶联剂或偶联剂溶液中偶联剂的加载量按芳纶纤维绝干重量计算为15-180ml/g,在20-60℃恒温条件下,处理时间为20-180min;所述偶联剂为KH-550、KH-560、KH-570和KH-792中的一种或多种;(4)抄造工艺:将经步骤(3)处理后的芳纶短切纤维和浆粕纤维用蒸馏水清洗,去除多余的偶联剂,加入分散剂,分散剂加载量为绝干纤维质量的0.1-10.0%,疏解30000-100000rpm,抄造成纸;(5)纸张干燥:将经步骤(4)制得的芳纶纸在真空条件下干燥;(6)纳米芳纶纤维制备:将步骤(2)处理过后得到的芳纶短切纤维溶解于溶有强碱或无机盐的有机溶剂中得到纳米芳纶纤维;(7)纳米芳纶纤维增强芳纶纸:通过真空抽滤工艺或者旋涂工艺在步骤(5)制得的芳纶纸结构上沉积步骤(6)制得的纳米芳纶纤维;(8)热压工艺:将经步骤(7)得到的增强芳纶纸真空干燥后再进行热压处理,以获得高致密的梯度结构纳米芳纶纸。2.根据权利要求1所述的一种梯度结构纳米芳纶纸的制造方法,其特征在于,步骤(1)中所述的弱碱为氨水和/或碳酸氢钠;所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠;所述有机溶剂为乙醇、丙酮和异丙醇中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的一种梯度结构纳米芳纶纸的制造方法,...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘德桃欧阳豪林美燕苏灵峰李映辉徐科
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:广东,44

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