本發(fā)明屬于造紙技術領域，具體涉及一種聚芳酰胺纖維紙及其制備方法。

背景技術：

以間位芳綸(pmia)、芳砜綸(psa)、聚酰亞胺(pi)為代表的高性能聚芳酰胺纖維紙基復合材料(聚芳酰胺紙)，具有優(yōu)異的力學、耐高溫和耐輻射性能，是目前全球公認的先進輕質高強結構材料。純的聚芳酰胺原紙由該類短切纖維分別與其相應的漿粕(微納纖維)通過濕法造紙技術成網，然后經高溫熱壓獲得性能提升。然而，傳統(tǒng)的熱塑性材料熱壓工藝和方法難以達到紙的各項性能指標，目前除芳綸紙外，psa紙、pi紙的商業(yè)化進程都非常緩慢。同時，高端芳綸紙產品如間位nomex紙和對位korex紙，因美國杜邦公司深厚的專利壁壘也成為重要的戰(zhàn)略性物資材料。

耐高溫聚芳酰胺紙熱壓成型中多孔結構內的熱輸運是影響紙張網絡結構和綜合性能的關鍵過程。目前大量研究僅僅基于原料優(yōu)化和選擇、濕法造紙技術、熱壓工藝及設備調整和紙張性能分析層面，還沒有研究涉及到熱壓過程中熱流密度的設計和控制。

技術實現要素：

本發(fā)明的目的在于克服現有技術中存在的問題，提供一種聚芳酰胺纖維紙及其制備方法，通過不同熱流密度下制備聚芳酰胺纖維紙，制得的纖維紙緊度和強度較好。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

包括以下步驟：

(1)向聚芳酰胺纖維懸浮液中加入聚芳酰胺漿粕疏解均勻，得到漿液a；

(2)向漿液a中加入聚氧化乙烯樹脂溶液，疏解均勻得到漿液b；其中，聚芳酰胺纖維和聚芳酰胺漿粕的總質量為t，聚芳酰胺纖維的質量占20～50％t，聚氧化乙烯樹脂的添加量是0.5～1.0％t；

(3)對漿液b進行抄紙和干燥，得到干燥紙，在干燥紙的兩側對稱加上若干塊傳熱板，然后進行熱壓，得到高性能聚芳酰胺纖維紙。

進一步地，步驟(1)中聚芳酰胺纖維懸浮液的質量濃度為0.01～0.05％。

進一步地，聚芳酰胺纖維的長度為3～5mm，直徑為10～30微米。

進一步地，步驟(2)中聚氧化乙烯樹脂溶液的質量濃度為0.1～1.0％。

進一步地，步驟(3)中的干燥是在100～105℃下干燥10～20min。

進一步地，步驟(3)中的傳熱板采用鋼板和耐高溫聚酯膜中的一種或兩種，其中，采用兩種時，耐高溫聚酯膜和鋼板在干燥紙兩側從內向外依次設置。

進一步地，鋼板和耐高溫聚酯膜的厚度均在0.3～0.5mm。

進一步地，聚芳酰胺纖維和聚芳酰胺漿粕中的聚芳酰胺均為pmia、psa或pi。

進一步地，聚芳酰胺為pmia或psa時，熱壓溫度在260～290℃，熱壓時間5～10min，熱壓壓力5～10mpa；聚芳酰胺為pi時，熱壓溫度在200～260℃，熱壓時間2～6min，熱壓壓力10～20mpa。

一種利用如上所述制備方法制得的聚芳酰胺纖維紙。

與現有技術相比，本發(fā)明具有以下有益的技術效果：

本發(fā)明將高性能聚芳酰胺纖維和漿粕在纖維疏解機中疏解，后加入一定量的peo樹脂溶液繼續(xù)疏解，將漿料進行抄片、干燥和熱壓，其中peo樹脂具有無毒、用量少及分散性能好且兼有助留、助濾等優(yōu)點；本發(fā)明通過傳熱板階梯式疊加于紙張表面，構造傳遞給紙的不同熱流密度，提高聚芳酰胺纖維紙的性能，本發(fā)明制得的聚芳酰胺纖維紙性能較傳統(tǒng)聚芳酰胺纖維紙?zhí)岣?0～25％。

進一步地，本發(fā)明通過借助鋼板、耐高溫聚酯膜兩種材料不同的傳熱性能，控制不同的熱壓機熱流密度，利于提高紙張性能。

本發(fā)明制得的聚芳酰胺纖維紙中，pmia紙的抗張指數可達98n·m·g^-1，伸長率可達8.6％，耐壓強度可達16.3kv·mm^-1；緊度可達0.73g·cm^-3。psa紙抗張指數可達82n·m·g^-1，伸長率可達8.3％；耐壓強度可達17kv·mm^-1；緊度可達0.75g·cm^-3。pi紙的抗張指數可達44.2n·m·g^-1，伸長率可達7.2％；耐壓強度可達23.6kv·mm^-1；緊度可達0.76g·cm^-3。

附圖說明

圖1是強熱流密度(鋼板)下紙張熱輸運速率示意圖。

圖2是弱熱流密度(鋼板+隔熱膜)下紙張熱輸運速率示意圖。

圖3(a)是熱壓溫度對pmia-紙抗張性能的影響；圖3(b)是熱壓溫度對pmia-紙耐壓性能的影響。

圖4(a)是熱壓溫度對psa-紙抗張性能的影響；圖4(b)是熱壓溫度對psa-紙耐壓性能的影響。

圖5(a)是熱壓溫度對pi紙抗張性能的影響；圖5(b)是熱壓溫度對pi紙耐壓性能的影響。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。

本發(fā)明一種制備高性能聚芳酰胺纖維紙，具體包括以下步驟：

步驟1，先將一定量細絲狀的高性能聚芳酰胺纖維加入水中，再倒入纖維疏解機中，疏解至分散均勻，得到質量濃度為0.01～0.05％的高性能聚芳酰胺纖維懸浮液；高性能聚芳酰胺纖維采用的是高性能聚芳酰胺短切纖維，纖維長度3～5mm，纖維直徑10～30微米；

步驟2，向步驟1中的高性能聚芳酰胺纖維懸浮液中加入一定量同源高性能聚芳酰胺漿粕繼續(xù)疏解，具體的配制過程如下：

其中聚芳酰胺漿粕為固體粉末狀，成分為pmia、psa或pi；加入步驟1的纖維懸浮液中繼續(xù)疏解至分散均勻，得到漿液a。

步驟3，配制聚氧化乙烯樹脂溶液；配制的聚氧化乙烯樹脂溶液的質量濃度為0.1～1.0％。

步驟4，將步驟3所配制的聚氧化乙烯樹脂溶液加入到步驟2所得的漿液a中，并在纖維疏解機繼續(xù)疏解均勻得到漿液b。

其中，高性能聚芳酰胺纖維和絕干聚芳酰胺漿粕的總質量為t，聚芳酰胺纖維的質量占20～50％t，聚氧化乙烯樹脂的添加量是0.5～1.0％t。

步驟5，將步驟4所得的漿液b，在紙頁成型器中抄紙，得到濕紙頁。

步驟6，步驟5中濕紙頁在真空干燥器中于100～105℃下干燥10～20min。

步驟7，將步驟6所得紙張進行熱壓條件溫度、時間、壓力范圍值。纖維原料，熱壓時，控制不同的熱流密度，分別借助鋼板、耐高溫聚酯膜兩個不同材料的隔熱性能，階梯式疊加于紙張表面，構造傳遞給紙的不同熱流密度，見圖1和圖2，開展不同熱流密度對紙張熱輸運速率和成型的影響對比實驗；并進行物理性能檢測，物理性能檢測有紙張抗張指數、撕裂指數和厚度等。得到不同熱流密度下的高性能聚芳酰胺纖維紙。熱壓處理時，通過直接在加熱板和紙張之間加鋼板和耐高溫聚酯膜，對紙張進行快速壓平定型和迅速熱沖擊作用，對紙張進行熱壓。其中，鋼板和耐高溫聚酯膜的厚度均在0.3～0.5mm，耐高溫聚酯膜可以采用聚四氟乙烯膜ptfe。

其中pmia紙和psa紙的熱壓溫度在260～290℃，熱壓時間5～10min，熱壓壓力5～10mpa；pi紙的熱壓溫度在200～260℃，熱壓時間2～6min，熱壓壓力10～20mpa。

實施例1

稱取一定量的pmia纖維和一定量的pmia漿粕，總質量為t；纖維與漿粕的質量比例為1:1，即聚芳酰胺纖維的質量占50％t，將pmia纖維加入水中形成質量濃度為0.01％的懸浮液，將pmia漿粕加入懸浮液中；按peo樹脂的添加量為0.5％t，加入濃度為0.1％的peo樹脂溶液，后加入紙頁抄片器中，將濕紙頁在105℃的干燥器中干燥10min，后在平板硫化機上進行熱壓，熱壓時在紙張上下表面分別加一層0.5mm的耐高溫聚酯膜，實現熱壓過程中的強熱流，如圖1所示，熱壓溫度在260℃，熱壓時間10min，熱壓壓力10mpa；即得到一種不同熱流密度下制備高性能聚芳酰胺纖維紙。

實施例2

熱壓時在紙張上下表面分別加一層鋼板和一層隔熱膜，實現熱壓過程中的弱熱流，其它條件同實施例1。

對比例1

紙張上下表面不添加鋼板或隔熱膜，直接進行熱壓，其它條件同實施例1。

對實施例1-2和對比例1所得的纖維紙進行性能測試，如下表1所示。

表1不同熱流密度下間位芳綸紙性能對比

由表1可知，本發(fā)明通過加熱板對紙張進行快速壓平定型和迅速熱沖擊作用，調節(jié)紙張的多樣化熱壓環(huán)境，分別借助鋼板、隔熱膜兩個不同材料的隔熱性能，控制不同的熱壓機熱流密度，階梯式疊加于紙張表面，構造傳遞給紙的不同熱流密度，得到不同熱流密度下的高性能聚芳酰胺纖維紙，其中，弱熱流環(huán)境下對間位芳綸紙性能的提升作用更明顯，相對無膜的間位芳綸紙，加鋼板及隔熱膜的間位芳綸紙，緊度提高19.7％，抗張指數提高10％，伸長率提高21.9％，耐壓強度至少提高18％。

實施例3

稱取2g的pmia纖維于水中，形成質量濃度為0.03％的懸浮液；稱取2g的pmia漿粕加入懸浮液中；pmia纖維和pmia漿粕的總質量為t，再按peo樹脂的添加量為0.8％t，加入濃度為0.6％的peo樹脂溶液，后加入紙頁抄片器中，將濕紙頁在105℃的干燥器中干燥10min，后在平板硫化機上進行熱壓，熱壓時在紙張上下表面分別加一層鋼板和一層隔熱膜，鋼板和隔熱膜的厚度均為0.4mm，實現熱壓過程中的弱熱流，如圖2所示，熱壓溫度在240～290℃，熱壓時間8min，熱壓壓力8mpa；即得到一種高性能聚芳酰胺纖維紙。

實施例4

將原料pmia替換成psa，其它條件同實施例3。

實施例5

將原料pmia替換成pi，熱壓溫度在180～260℃，熱壓時間5min，熱壓壓力15mpa，其它條件同實施例3。

對實施例3至實施例5的成品紙分別進行測試，發(fā)現隨熱壓溫度升高，pmia紙、psa紙和pi紙的抗張指數、伸長率和耐壓強度基本都是先升高后降低，緊度始終升高到一定程度后趨于穩(wěn)定。

如圖3(a)和圖3(b)所示，pmia紙的抗張指數、伸長率和耐壓強度在260℃以下時較低，因此熱壓溫度優(yōu)選260～290℃；pmia紙在280℃，抗張指數達到最大值98n·m·g^-1，伸長率達到最大值8.6％，耐壓強度達到最大值14.9kv·mm^-1；緊度在280℃之后逐漸趨于穩(wěn)定，在290℃達到0.72g·cm^-3。

如圖4(a)和圖4(b)所示，psa紙的抗張指數、伸長率和耐壓強度在260℃以下時較低，因此熱壓溫度優(yōu)選260～290℃；psa紙在270℃，抗張指數達到最大值82n·m·g^-1，伸長率達到最大值8.3％；耐壓強度在280℃達到最大值17kv·mm^-1；緊度在280℃之后逐漸趨于穩(wěn)定，在290℃達到0.75g·cm^-3。

如圖5(a)和圖5(b)所示，pi紙的緊度和耐壓強度在180℃時較低，因此熱壓溫度優(yōu)選200～260℃；同時，pi紙在220℃，抗張指數達到最大值44.2n·m·g^-1，伸長率達到最大值7.2％；耐壓強度達到最大值23.6kv·mm^-1；緊度在260℃之后逐漸趨于穩(wěn)定，達到0.76g·cm^-3。

實施例6

稱取2g的psa纖維于水中，形成質量濃度為0.05％的懸浮液；稱取8g的psa漿粕加入懸浮液中；psa纖維和psa漿粕的總質量為t，psa纖維占20％t；再按peo樹脂的添加量為1％t，加入濃度為0.4％的peo樹脂溶液，后加入紙頁抄片器中，將濕紙頁在100℃的干燥器中干燥20min，后在平板硫化機上進行熱壓，熱壓時在紙張上下表面分別加一層鋼板和一層隔熱膜，鋼板和隔熱膜的厚度均為0.3mm，實現熱壓過程中的弱熱流，熱壓溫度在290℃，熱壓時間5min，熱壓壓力5mpa；即得到一種高性能聚芳酰胺纖維紙。

實施例7

稱取3g的pi纖維于水中，形成質量濃度為0.03％的懸浮液；稱取7g的pi漿粕加入懸浮液中；pi纖維和pi漿粕的總質量為t，pi纖維占30％t；再按peo樹脂的添加量為0.6％t，加入濃度為1％的peo樹脂溶液，后加入紙頁抄片器中，將濕紙頁在102℃的干燥器中干燥15min，后在平板硫化機上進行熱壓，熱壓時在紙張上下表面分別加一層鋼板和一層隔熱膜，鋼板和隔熱膜的厚度均為0.3mm，實現熱壓過程中的弱熱流，熱壓溫度在240℃，熱壓時間2min，熱壓壓力20mpa；即得到一種高性能聚芳酰胺纖維紙。

實施例8

稱取4g的pi纖維于水中，形成質量濃度為0.02％的懸浮液；稱取6g的pi漿粕加入懸浮液中；pi纖維和pi漿粕的總質量為t，pi纖維占40％t；再按peo樹脂的添加量為0.9％t，加入濃度為0.5％的peo樹脂溶液，后加入紙頁抄片器中，將濕紙頁在100℃的干燥器中干燥15min，后在平板硫化機上進行熱壓，熱壓時在紙張上下表面分別加一層鋼板和一層隔熱膜，鋼板和隔熱膜的厚度均為0.4mm，實現熱壓過程中的弱熱流，熱壓溫度在240℃，熱壓時間6min，熱壓壓力10mpa；即得到一種高性能聚芳酰胺纖維紙。

本發(fā)明將聚芳酰胺纖維和漿粕在纖維疏解機中疏解，后加入一定量的peo樹脂溶液繼續(xù)疏解，將漿料加入紙頁抄片器中，后經干燥和在平板硫化機上進行熱壓過程，得到不同熱流密度下制備的高性能聚芳酰胺纖維紙。本發(fā)明通過加熱板對紙張進行快速壓平定型和迅速熱沖擊作用，調節(jié)紙張的多樣化熱壓環(huán)境，分別借助鋼板、隔熱膜兩個不同材料的隔熱性能，控制不同的熱壓機熱流密度，階梯式疊加于紙張表面，構造傳遞給紙的不同熱流密度，得到不同熱流密度下的高性能聚芳酰胺纖維紙，此種方法得到的聚芳酰胺纖維紙性能較傳統(tǒng)聚芳酰胺纖維紙?zhí)岣?0～25％。