一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于材料和造紙領(lǐng)域，具體涉及一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 芳綸纖維是一種具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、低密度、熱收縮性小、尺寸穩(wěn)定性好 等眾多優(yōu)點(diǎn)的合成纖維材料，具有"合成鋼絲"的美譽(yù)。由芳綸纖維通過造紙濕法成型工藝 制備而成的芳綸紙，具有比重輕，比強(qiáng)度大、比剛度高，抗沖擊，突出的耐腐蝕和自熄性，良 好的高溫穩(wěn)定性和透電磁波性能等特點(diǎn)，作為一種先進(jìn)的復(fù)合材料基材廣泛應(yīng)用于高溫絕 緣材料、航空航天和高性能電子器材等領(lǐng)域。
[0003] 隨著復(fù)合材料領(lǐng)域的快速發(fā)展，其在體育、家裝、家電等民用領(lǐng)域也得到了進(jìn)一步 拓展，這就要求復(fù)合材料基材向著滿足高性能化要求的前提下實(shí)現(xiàn)低成本化，即原材料、復(fù) 合工藝和質(zhì)量控制等各個(gè)方面實(shí)現(xiàn)低成本化，這樣才能實(shí)現(xiàn)先進(jìn)復(fù)合材料的應(yīng)用"由軍轉(zhuǎn) 民"，進(jìn)一步拓寬復(fù)合材料在民用產(chǎn)品中的大規(guī)模應(yīng)用。目前我國芳綸纖維生產(chǎn)初步實(shí)現(xiàn)了 產(chǎn)業(yè)化，例如泰和新材料股份有限公司和圣歐芳綸有限公司等，但年產(chǎn)量仍然有限，芳綸纖 維更多地應(yīng)用在中高端領(lǐng)域，而國外進(jìn)口芳綸纖維價(jià)格仍高居不下，這就給后續(xù)民用產(chǎn)業(yè) 鏈的應(yīng)用帶來了較大的成本負(fù)擔(dān)并限制了其應(yīng)用領(lǐng)域的推廣。
[0004] 有關(guān)芳綸紙的研究基本都集中在芳綸紙的制備方法及如何改善芳綸紙的性能方 面。例如采用多比例分層復(fù)合的方法制備芳綸紙從而改善紙頁成形勻度和纖維的Z向分布 (【申請?zhí)枴?00710017244.0);通過添加第三種具有明顯熔融溫度的黏結(jié)纖維改善纖維間的 結(jié)合力（【申請?zhí)枴?00610022082. 5);在芳綸漿柏纖維制備階段添加功能性粉末改善紙頁性 能如強(qiáng)度、抗靜電效果、抗氧化或老化等（【申請?zhí)枴?01110032074.X);通過調(diào)整熱壓過程中 兩個(gè)壓區(qū)具備不同的溫度，來制備兩面平滑度不同的芳綸紙（【申請?zhí)枴?00910216912. 1); 添加比表面積更大、表面活性更高的沉析纖維來改善芳綸紙頁中短切纖維和漿柏纖維之間 的界面結(jié)合力，提高界面結(jié)合強(qiáng)度（【申請?zhí)枴?01110406330. 7)。但是，上述所列專利以及其 他同領(lǐng)域?qū)＠羌性诟纳萍堩撔阅苋缌W(xué)強(qiáng)度和造紙過程等方面，而如何在保證芳綸 紙性能的前提下降低芳綸紙生產(chǎn)成本、改善紙頁耐磨性、耐高溫性等方面目前并沒有相關(guān) 的研究。
[0005] 鈦酸鉀晶須最初作為航天用高溫隔熱材料由美國杜邦公司于1958年開發(fā)出來， 具有優(yōu)良的力學(xué)性能、穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、優(yōu)異的耐腐蝕性、耐熱隔熱性、耐磨性、高的電氣絕 緣性。由表1可以看出，鈦酸鉀晶須的強(qiáng)度遠(yuǎn)超出常用的玻璃纖維、碳纖維、凱夫拉纖維等。 與一些高級增強(qiáng)纖維相比，其性能稍遜色，但價(jià)格僅為它們的1/10~1/100。
[0006] 表1鈦酸鉀晶須與其他纖維性能及價(jià)格比較
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙，其特征在于，以重量份數(shù)計(jì)，所述的芳綸紙構(gòu)成組分 包括：芳綸纖維：76~95份；鈦酸鉀晶須：5~24份，所述的芳綸纖維為芳綸纖維X和芳綸 纖維Y的混合體系，其中，芳綸纖維X和芳綸纖維Y的重量比為（3~5) : (5~7)，所述的 芳綸纖維X為間位芳綸短切纖維、對位芳綸短切纖維中的一種；所述的芳綸纖維Y為對位芳 綸沉析纖維、對位芳綸漿柏纖維、間位芳綸沉析纖維中的一種或多種，還包括助留劑，所述 助留劑的添加量為芳綸纖維Y重量的0. 02~0. 1 %。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙，其特征在于，所述的鈦酸鉀 晶須為六鈦酸鉀或八鈦酸鉀的一種或兩種的混合物，鈦酸鉀晶須的性能如下：其水相分散 液的pH為7~9,晶須直徑為0· 8~L 5 μ m，晶須長度為30~100 μ m，晶須長寬比為20~ 125,晶須熔點(diǎn)為1300~1370°C。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙，其特征在于，所述的助留劑 為陽離子聚丙烯酰胺。
4. 一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :將芳綸纖維X，即間位芳綸短切纖維和對位芳綸短切纖維中的任意一種經(jīng)過疏 解分散制得漿料懸浮液（A); 步驟2 :將芳綸纖維Y，即對位芳綸沉析纖維、對位芳綸漿柏纖維、間位芳綸沉析纖維中 的一種或多種纖維經(jīng)過原纖化處理并疏解分散制得漿料懸浮液（B); 步驟3 :將鈦酸鉀晶須與步驟2制得的漿料懸浮液（B)混合得到混合物，然后向此混合 物中加入陽離子聚丙烯酰胺，制得漿料懸浮液（C); 步驟4 :將步驟1制得的漿料懸浮液（A)與經(jīng)過步驟2、3制得的漿料懸浮液（C)混合 后疏解分散制得漿料懸浮液（D); 步驟5 :將步驟4制得的漿料懸浮液（D)在斜網(wǎng)紙機(jī)上抄造成形，壓榨、干燥并進(jìn)一步 在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓得到芳綸紙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙的制備方法，其特征在于， 步驟3中鈦酸鉀晶須與漿料懸浮液（B)混合得到的混合物中，鈦酸鉀晶須的質(zhì)量濃度為 0· 5 ~8%。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙的制備方法，其特征在于，步 驟3中陽離子聚丙烯酰胺的加入量為漿料懸浮液（B)中纖維絕干重量的0. 02~0. 1%。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙的制備方法，其特征在于，步 驟3中向鈦酸鉀晶須與漿料懸浮液（B)混合得到的混合物中添加陽離子聚丙烯酰胺時(shí)，利 用攪拌器攪拌使不同組分充分混合并均勻分散，攪拌時(shí)間為5~60min，攪拌速度控制在 200~2500rpm，制得漿料懸浮液（C)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙的制備方法，其特征在于，步 驟4中漿料懸浮液（D)包括76~95重量份的芳綸纖維和5~24重量份的鈦酸鉀晶須，所 述的芳綸纖維為芳綸纖維X和芳綸纖維Y的混合體系，其中，芳綸纖維X和芳綸纖維Y的重 量比為（3~5) : (5~7)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙的制備方法，其特征在于，包 括以下步驟： 步驟1 :將芳綸纖維X，即對位芳綸短切纖維經(jīng)過疏解分散制得漿料懸浮液（A); 步驟2 :將芳綸纖維Y，即對位芳綸沉析纖維經(jīng)過原纖化處理并疏解分散制得漿料懸浮 液⑶； 步驟3 :將鈦酸鉀晶須與步驟2制得的漿料懸浮液（B)混合得到混合物，其中鈦酸鉀晶 須的質(zhì)量濃度為1%，然后向此混合物中加入陽離子聚丙烯酰胺，加入量為漿料懸浮液（B) 中纖維絕干重量的0. 03%，加入陽離子聚丙烯酰胺的過程中利用攪拌器攪拌使不同組分充 分混合并均勻分散，攪拌時(shí)間為IOmin,攪拌速度控制在400rpm，制得楽料懸浮液（C); 步驟4 :將步驟1制得的漿料懸浮液（A)與經(jīng)過步驟2、3制得的漿料懸浮液（C)混合， 控制芳綸纖維組分為90重量份，其中，芳綸纖維X和芳綸纖維Y的重量比為3 : 7,鈦酸鉀 晶須為10重量份，疏解分散制得漿料懸浮液（D); 步驟5 :將步驟4制得的漿料懸浮液（D)在斜網(wǎng)紙機(jī)上抄造成形，壓榨、干燥并進(jìn)一步 在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓得到芳綸紙。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙的制備方法，其特征在于，包 括以下步驟： 步驟1 :將芳綸纖維X，即對位芳綸短切纖維經(jīng)過疏解分散制得漿料懸浮液（A); 步驟2 :將芳綸纖維Y，即對位芳綸沉析纖維、對位芳綸漿柏纖維和間位芳綸沉析纖維 經(jīng)過原纖化處理并疏解分散制得漿料懸浮液（B); 步驟3 :將鈦酸鉀晶須與步驟2制得的漿料懸浮液（B)混合得到混合物，其中鈦酸鉀 晶須的質(zhì)量濃度為5. 5%，然后向此混合物中加入陽離子聚丙烯酰胺，加入量為漿料懸浮 液（B)中纖維絕干重量的0.04%，加入陽離子聚丙烯酰胺的過程中利用攪拌器攪拌使不同 組分充分混合并均勻分散，攪拌時(shí)間為45min，攪拌速度控制在1000 rpm,制得楽料懸浮液 (C)； 步驟4 :將步驟1制得的漿料懸浮液（A)與經(jīng)過步驟2、3制得的漿料懸浮液（C)混合， 控制芳綸纖維組分為79重量份，其中，芳綸纖維X和芳綸纖維Y的重量比為4 : 6,鈦酸鉀 晶須為21重量份，疏解分散制得漿料懸浮液（D); 步驟5 :將步驟4制得的漿料懸浮液（D)在斜網(wǎng)紙機(jī)上抄造成形，壓榨、干燥并進(jìn)一步 在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓得到芳綸紙。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種添加鈦酸鉀晶須的芳綸紙及其制備方法，通過添加性能優(yōu)異、價(jià)格較低廉的鈦酸鉀晶須，將鈦酸鉀晶須與芳綸纖維經(jīng)過混合疏解分散制成均勻的懸浮液，在斜網(wǎng)紙機(jī)上抄造成形，壓榨、干燥并進(jìn)一步在熱壓機(jī)上進(jìn)行熱壓得到芳綸紙?？梢燥@著降低芳綸紙生產(chǎn)成本，同時(shí)改善芳綸紙力學(xué)性能尤其是芳綸紙的耐高溫性能和耐磨性；此外，鈦酸鉀晶須與芳綸纖維混雜使用，產(chǎn)生“纖維—晶須”微小包覆體結(jié)構(gòu)，發(fā)揮了纖維的協(xié)同、混雜效應(yīng)，改善了成紙的綜合性能，提高紙機(jī)車速和生產(chǎn)效率。本發(fā)明提供的方法與目前常規(guī)芳綸紙生產(chǎn)相比，工藝簡單、制備成本低廉，性能優(yōu)異。
【IPC分類】D21H13-26, D21H17-66, D21H15-10, D21H17-55
【公開號】CN104631199
【申請?zhí)枴緾N201510044190
【發(fā)明人】楊斌, 張美云, 陸趙情, 劉毅娟
【申請人】陜西科技大學(xué)
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年1月28日