全国服务热线
0769-88558384

189-4472-1685

当前位置: 主页 > 技术专区 >纤维磨纤与打纤应用技术

技术专区

打浆方式对纸基芳纶纤维性能及纸张强度的影响
时间: 2021-04-13  来源: 广东弗艾博纤维技术研究有限公司   作者: 小编

[摘 要]  主要研究了槽式打浆和PFI 打浆对芳纶1414 纤维形态结构及成纸性能的影响。研究表明:芳纶1414 短切纤维不适宜进行打浆,进行适当的预处理可以改善其在水溶液中的分散性能,浆粕纤维槽式打浆效果优于PFI 打浆,当打浆度为40°SR 左右时,纸张强度较未打浆有较大提高。

    对位芳纶纤维是全芳香族聚酰胺纤维的通称,是20 世纪六七十年代由美国杜邦公司率先研制开发的一种合成纤维[ 1 ,2 ] 。它是一种采用高分子液晶纺丝工艺生产的合成纤维,其大分子结构符合伸直链模型,具有高结晶度和取向度。因其具有高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀等优异性能,对位芳纶纤维被广泛应用于先进复合材料、防护材料、橡胶增强材料、缆绳和光缆、工业织物、建筑结构加固材料、摩擦材料和密封材料等领域。尤其以制备高性能芳纶纸复合材料用作高性能电气绝缘材料、印刷线路板及电磁波防护材料而备受瞩目[325 ] 。针对对位芳纶纤维的打浆工艺进行研究并比较了不同打浆方式对芳纶纸各项性能的影响,以期为芳纶纸的应用生产提供指导。
 
1  实验

1. 1  原料与仪器
原料:对位芳纶短切纤维细度1. 5d ,平均长度6mm ;对位芳纶浆粕平均长度0. 5~3. 0mm ;十二烷基苯磺酸钠。仪器应用:
1、F-Fiber sheet former 纸页成型器
http://www.eyewitnessnews8.com/pro1/tanzuxianweichengxing/365.html#container
2、F-Fiber HTP高温辊压压光机
http://www.eyewitnessnews8.com/pro4/368.html#container
3、F-Fiber 肖伯尔打浆度测试仪
http://www.eyewitnessnews8.com/pro6/xianweifensanyiqi/375.html#container
4、F-Fiber Beating  纤维打纤机
http://www.eyewitnessnews8.com/pro3/367.html#container
5、F-Fiber mill 磨纤机
http://www.eyewitnessnews8.com/pro3/moxianjixilie/329.html#container

1. 2  打浆操作
    磨浆机,芳纶纤维以10 %的浓度在PFI 磨浆机中根据设定的不同磨浆转数进行磨浆,适时测量打浆度。槽式打浆,芳纶纤维以1 %的浓度在槽式打浆机中加压(挂1kg 砣) 进行打浆。
 
1. 3  短切纤维的预处理
    将对位芳纶短切纤维进行清洗,采用1. 2 ×10 - 3 mol/ L 的十二烷基苯磺酸钠溶液搅拌清洗30min ,溶液温度60 ℃,取出清洗,干燥备用。
 
1. 4  芳纶纸的抄造、热压及物理检测将对位芳纶纤维与对位芳纶浆粕纤维以7 ∶3 的质量比混合,再加入不同质量分数的间位芳纶沉析纤维,经疏解稀释后采用德国ERNST2
    HAA GE BBS23 纸页成型器抄造芳纶纸。将抄造得到的芳纶纸通过芬兰DT2science的Dp2003 三辊软压光机进行热压,热压温度为260 ℃,压力12~16MPa 。
    按照国家标准检测方法测定热压芳纶纸的定量、厚度、抗张指数、撕裂指数及耐压强度。
 
2  结果与讨论

2. 1  芳纶短切纤维打浆
    短切纤维在PFI 磨中加压打浆时,打浆辊左右碰撞来回摆动,磨体产生很大震动,打浆难以正常进行,且对PFI 磨破坏较大。分析其原因不外乎有两点:一是强度很高,模量很高是短切纤维的固有特点,在打浆时比普通纤维发生形变要困难得多,导致打浆辊和打浆室与纤维之间产生的应力很大,才会造成震动。二是纤维较长,在PFI磨中打浆浓度又较高,一般为10 %左右,纤维很难沿打浆室内壁均匀分散,在突然加压的情况下,未分散均匀的浆料会造成打浆应力的波动,从而产生震动。以上两个方面是同时影响PFI 磨的正常运行。因此,短切纤维打浆实验改在Valley打浆机中进行。
    为了避免短切纤维的强度在打浆过程中损伤较大,打浆比压不宜太大,而短切纤维的强度又很高,在同时保证打浆对纤维处理的效果时,打浆比压又不能太小,所以采用2. 5~7. 5kgF 打浆比压,打浆时间不宜超过30min 。

 

芳纶纤维性能,芳纶打纤机,芳纶纸强度
a 短切纤维打浆前                  b 短切纤维打浆后
                  图1  短切纤维打浆前后对比

    打浆后观察纤维形态发现,如图1 ,随着打浆比压和打浆时间的增加,短切纤维损伤程度增加很快,局部出现分丝帚化现象,接近于芳纶浆粕纤维。因此短切纤维的强度会大大降低,短切纤维与浆粕纤维在纸张中一起形成的“钢筋混凝土”结构遭到严重破坏,导致纸张强度下降,因此选择对短切纤维不进行打浆。
 
2. 2  芳纶短切纤维的化学预处理
    短切纤维在合成纺丝过程中需要大量的溶剂、凝固剂和各种其他有机试剂以及化学反应的副产物等物质和纤维表面接触,所以在成品纤维表面一定存在少量的非纤维化学成分有机物,如图2 (a) 所示。这些有机油剂大都是憎水物质,它为纤维与水的浸润设置了障碍,增加了纤维的憎水性。此外,芳纶短切纤维的密度比水大,纤维在水中应下沉。但是由于表面有机油剂的存在,浆料在搅拌过程中纤维表面极易吸附小气泡而上浮,不利于纤维的分散。所以,必须除去这些有机油剂。

芳纶打浆机,芳纶打纤机,芳纶纸性能

   a  未处理芳纶1414 短切纤维表面 b. 处理后芳纶1414 短切纤维表面
                     图2  短切纤维处理前后表面对比


    前期大量试验表明,用十二烷基苯磺酸钠(LAS) 热溶液洗涤的芳纶短切纤维效果最好,如图2 ( b) 所示,纤维表面不再吸附水中小气泡而上浮,所抄纸张匀度也较未处理纤维纸张匀度有较大改善。因此,确定芳纶短切纤维表面预处理方法为十二烷基苯磺酸钠热水溶液洗涤。

2. 3  芳纶浆粕的PFI 磨浆

     浆粕纤维在PFI 磨中打浆时,由于浆粕纤维耐压能力较弱,纤维在通过打浆辊与打浆室内壁时,由于瞬间产生的高压使得部分纤维发生熔化。熔化后的纤维会粘结周围的其他纤维形成纤维熔融体,这时候纤维熔融体的尺寸比一般纤维大。当纤维熔融体再次在打浆辊和打浆室内壁之间通过时,其被打浆辊和打浆室内壁挤压的几率更大,而且承受的压力也更大,会形成尺寸更大的纤维熔融体,如图3 所示。纤维熔融体为纤维熔化后的粘结块,因此不能疏解分散。

 

芳纶打浆机,打纤机,芳纶纸强度性能

   a. 浆粕纤维熔融体( ×100)   b. 浆粕纤维熔融体( ×400)
             图3  浆粕PFI 打浆过程中产生的纤维熔融体


    另外在实验室抄手抄片试样的过程中,明显可以看出浆粕纤维用PFI 磨打浆后手抄片匀度很差,而且手感疲塌。后续热压工艺研究也表明,所抄纸张热压时,纤维熔融体尺寸较周围纸张厚度大许多,承受了热压辊的大部分压力而首先熔化透明,出现纵向褶子。褶子的产生导致物检纸张强度时纸张无一例外全从褶子强度低处断裂,并不能代表整个纸张的强度,在纸张其余地方因褶子使得所受温度压力未达到预定值也导致纸张强度无法准确测量。所以浆料中纤维熔融体应尽量除去。但是纤维熔融体尺寸有大有小,在筛选时,无法把很小的纤维熔融体筛选干净,所以不能彻底解决问题。研究表明浆粕纤维在Valley 打浆机中打浆时,上述问题可以得到有效避免。
 
2. 4  芳纶浆粕的槽式打浆

    槽式打浆主要是利用飞刀旋转产生的力推动浆料在浆槽中循环运行来打浆。实验选择槽式打浆浓度为1 % ,图4 为Valley 打浆机打浆所得不同打浆度下多媒体显微镜观察到的浆粕纤维形态。

 

 

芳纶磨浆机,芳纶打浆机,芳纶磨纤机,芳纶打纤机


    在Valley 打浆机打浆过程中,润胀、剪切、扭曲和压溃同时作用于纤维,使纤维的高取向皮层脱落,芯层的微原纤抽出,形成毛绒状的分丝盘绕在主干周围[6 ] 。从图4 可以看到,随着打浆度的上升,芳纶浆粕纤维的切断越来越严重,纤维分丝帚化程度提高,纤维长度下降。对不同打浆度的浆粕与处理过的短切纤维以7 ∶3 的比例混抄成纸张,纸张性能测试结果见表1

 

芳纶打纤机,芳纶打浆机,芳纶磨浆机,芳纶磨纤机

  
    从表1 可以看到,抗张指数和撕裂指数随着打浆度的上升均呈现出先增大后减小的现象,这是因为打浆前期,纤维长度较长,保证了纸页的强度。而随着打浆度的进一步上升,纤维切断扭曲严重,长度下降,导致抄造的纸页力学性能也随之下降。打浆度为40°SR 左右时,纸张抗张强度和撕裂度较未打浆有较大幅度提高,表明在一定范围内,浆粕打浆对纸张力学性能有明显的增强效果。
 
3  结论

    芳纶短切纤维不宜进行打浆,用十二烷基苯磺酸钠溶液对其表面进行预处理可改善其在水溶液中的分散性能。芳纶浆粕使用PFI 磨磨浆容易形成纤维熔融体,使成纸表面不平整,在纸张热压过程受热受力不均产生褶子,导致纸张各项性能无法准确测量。

    Valley 打浆机可减少对纤维的损伤且有效避免纤维熔融体的产生,且使纤维分丝帚化程度达到最高,当打浆度为40°SR 左右时,成纸强度较高。


上一篇 >暂未更新