一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于材料和造纸领域，具体涉及一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 芳纶纤维是一种具有高强度、高模量、耐高温、低密度、热收缩性小、尺寸稳定性好 等众多优点的合成纤维材料，具有"合成钢丝"的美誉。由芳纶纤维通过造纸湿法成型工艺 制备而成的芳纶纸，具有比重轻，比强度大、比刚度高，抗冲击，突出的耐腐蚀和自熄性，良 好的高温稳定性和透电磁波性能等特点，作为一种先进的复合材料基材广泛应用于高温绝 缘材料、航空航天和高性能电子器材等领域。
[0003] 随着复合材料领域的快速发展，其在体育、家装、家电等民用领域也得到了进一步 拓展，这就要求复合材料基材向着满足高性能化要求的前提下实现低成本化，即原材料、复 合工艺和质量控制等各个方面实现低成本化，这样才能实现先进复合材料的应用"由军转 民"，进一步拓宽复合材料在民用产品中的大规模应用。目前我国芳纶纤维生产初步实现了 产业化，例如泰和新材料股份有限公司和圣欧芳纶有限公司等，但年产量仍然有限，芳纶纤 维更多地应用在中高端领域，而国外进口芳纶纤维价格仍高居不下，这就给后续民用产业 链的应用带来了较大的成本负担并限制了其应用领域的推广。
[0004] 有关芳纶纸的研究基本都集中在芳纶纸的制备方法及如何改善芳纶纸的性能方 面。例如采用多比例分层复合的方法制备芳纶纸从而改善纸页成形匀度和纤维的Z向分布 (【申请号】200710017244.0);通过添加第三种具有明显熔融温度的黏结纤维改善纤维间的 结合力（【申请号】200610022082. 5);在芳纶浆柏纤维制备阶段添加功能性粉末改善纸页性 能如强度、抗静电效果、抗氧化或老化等（【申请号】201110032074.X);通过调整热压过程中 两个压区具备不同的温度，来制备两面平滑度不同的芳纶纸（【申请号】200910216912. 1); 添加比表面积更大、表面活性更高的沉析纤维来改善芳纶纸页中短切纤维和浆柏纤维之间 的界面结合力，提高界面结合强度（【申请号】201110406330. 7)。但是，上述所列专利以及其 他同领域专利均是集中在改善纸页性能如力学强度和造纸过程等方面，而如何在保证芳纶 纸性能的前提下降低芳纶纸生产成本、改善纸页耐磨性、耐高温性等方面目前并没有相关 的研究。
[0005] 钛酸钾晶须最初作为航天用高温隔热材料由美国杜邦公司于1958年开发出来， 具有优良的力学性能、稳定的化学性质、优异的耐腐蚀性、耐热隔热性、耐磨性、高的电气绝 缘性。由表1可以看出，钛酸钾晶须的强度远超出常用的玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维等。 与一些高级增强纤维相比，其性能稍逊色，但价格仅为它们的1/10~1/100。
[0006] 表1钛酸钾晶须与其他纤维性能及价格比较
[0007]
【主权项】
1. 一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸，其特征在于，以重量份数计，所述的芳纶纸构成组分 包括：芳纶纤维：76~95份；钛酸钾晶须：5~24份，所述的芳纶纤维为芳纶纤维X和芳纶 纤维Y的混合体系，其中，芳纶纤维X和芳纶纤维Y的重量比为（3~5) : (5~7)，所述的 芳纶纤维X为间位芳纶短切纤维、对位芳纶短切纤维中的一种；所述的芳纶纤维Y为对位芳 纶沉析纤维、对位芳纶浆柏纤维、间位芳纶沉析纤维中的一种或多种，还包括助留剂，所述 助留剂的添加量为芳纶纤维Y重量的0. 02~0. 1 %。
2. 根据权利要求1所述的一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸，其特征在于，所述的钛酸钾 晶须为六钛酸钾或八钛酸钾的一种或两种的混合物，钛酸钾晶须的性能如下：其水相分散 液的pH为7~9,晶须直径为0· 8~L 5 μ m，晶须长度为30~100 μ m，晶须长宽比为20~ 125,晶须熔点为1300~1370°C。
3. 根据权利要求1所述的一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸，其特征在于，所述的助留剂 为阳离子聚丙烯酰胺。
4. 一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :将芳纶纤维X，即间位芳纶短切纤维和对位芳纶短切纤维中的任意一种经过疏 解分散制得浆料悬浮液（A); 步骤2 :将芳纶纤维Y，即对位芳纶沉析纤维、对位芳纶浆柏纤维、间位芳纶沉析纤维中 的一种或多种纤维经过原纤化处理并疏解分散制得浆料悬浮液（B); 步骤3 :将钛酸钾晶须与步骤2制得的浆料悬浮液（B)混合得到混合物，然后向此混合 物中加入阳离子聚丙烯酰胺，制得浆料悬浮液（C); 步骤4 :将步骤1制得的浆料悬浮液（A)与经过步骤2、3制得的浆料悬浮液（C)混合 后疏解分散制得浆料悬浮液（D); 步骤5 :将步骤4制得的浆料悬浮液（D)在斜网纸机上抄造成形，压榨、干燥并进一步 在热压机上进行热压得到芳纶纸。
5. 根据权利要求4所述的一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸的制备方法，其特征在于， 步骤3中钛酸钾晶须与浆料悬浮液（B)混合得到的混合物中，钛酸钾晶须的质量浓度为 0· 5 ~8%。
6. 根据权利要求4所述的一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸的制备方法，其特征在于，步 骤3中阳离子聚丙烯酰胺的加入量为浆料悬浮液（B)中纤维绝干重量的0. 02~0. 1%。
7. 根据权利要求4所述的一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸的制备方法，其特征在于，步 骤3中向钛酸钾晶须与浆料悬浮液（B)混合得到的混合物中添加阳离子聚丙烯酰胺时，利 用搅拌器搅拌使不同组分充分混合并均匀分散，搅拌时间为5~60min，搅拌速度控制在 200~2500rpm，制得浆料悬浮液（C)。
8. 根据权利要求4所述的一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸的制备方法，其特征在于，步 骤4中浆料悬浮液（D)包括76~95重量份的芳纶纤维和5~24重量份的钛酸钾晶须，所 述的芳纶纤维为芳纶纤维X和芳纶纤维Y的混合体系，其中，芳纶纤维X和芳纶纤维Y的重 量比为（3~5) : (5~7)。
9. 根据权利要求4所述的一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸的制备方法，其特征在于，包 括以下步骤： 步骤1 :将芳纶纤维X，即对位芳纶短切纤维经过疏解分散制得浆料悬浮液（A); 步骤2 :将芳纶纤维Y，即对位芳纶沉析纤维经过原纤化处理并疏解分散制得浆料悬浮 液⑶； 步骤3 :将钛酸钾晶须与步骤2制得的浆料悬浮液（B)混合得到混合物，其中钛酸钾晶 须的质量浓度为1%，然后向此混合物中加入阳离子聚丙烯酰胺，加入量为浆料悬浮液（B) 中纤维绝干重量的0. 03%，加入阳离子聚丙烯酰胺的过程中利用搅拌器搅拌使不同组分充 分混合并均匀分散，搅拌时间为IOmin,搅拌速度控制在400rpm，制得楽料悬浮液（C); 步骤4 :将步骤1制得的浆料悬浮液（A)与经过步骤2、3制得的浆料悬浮液（C)混合， 控制芳纶纤维组分为90重量份，其中，芳纶纤维X和芳纶纤维Y的重量比为3 : 7,钛酸钾 晶须为10重量份，疏解分散制得浆料悬浮液（D); 步骤5 :将步骤4制得的浆料悬浮液（D)在斜网纸机上抄造成形，压榨、干燥并进一步 在热压机上进行热压得到芳纶纸。
10.根据权利要求4所述的一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸的制备方法，其特征在于，包 括以下步骤： 步骤1 :将芳纶纤维X，即对位芳纶短切纤维经过疏解分散制得浆料悬浮液（A); 步骤2 :将芳纶纤维Y，即对位芳纶沉析纤维、对位芳纶浆柏纤维和间位芳纶沉析纤维 经过原纤化处理并疏解分散制得浆料悬浮液（B); 步骤3 :将钛酸钾晶须与步骤2制得的浆料悬浮液（B)混合得到混合物，其中钛酸钾 晶须的质量浓度为5. 5%，然后向此混合物中加入阳离子聚丙烯酰胺，加入量为浆料悬浮 液（B)中纤维绝干重量的0.04%，加入阳离子聚丙烯酰胺的过程中利用搅拌器搅拌使不同 组分充分混合并均匀分散，搅拌时间为45min，搅拌速度控制在1000 rpm,制得楽料悬浮液 (C)； 步骤4 :将步骤1制得的浆料悬浮液（A)与经过步骤2、3制得的浆料悬浮液（C)混合， 控制芳纶纤维组分为79重量份，其中，芳纶纤维X和芳纶纤维Y的重量比为4 : 6,钛酸钾 晶须为21重量份，疏解分散制得浆料悬浮液（D); 步骤5 :将步骤4制得的浆料悬浮液（D)在斜网纸机上抄造成形，压榨、干燥并进一步 在热压机上进行热压得到芳纶纸。
【专利摘要】本发明公开了一种添加钛酸钾晶须的芳纶纸及其制备方法，通过添加性能优异、价格较低廉的钛酸钾晶须，将钛酸钾晶须与芳纶纤维经过混合疏解分散制成均匀的悬浮液，在斜网纸机上抄造成形，压榨、干燥并进一步在热压机上进行热压得到芳纶纸。可以显著降低芳纶纸生产成本，同时改善芳纶纸力学性能尤其是芳纶纸的耐高温性能和耐磨性；此外，钛酸钾晶须与芳纶纤维混杂使用，产生“纤维—晶须”微小包覆体结构，发挥了纤维的协同、混杂效应，改善了成纸的综合性能，提高纸机车速和生产效率。本发明提供的方法与目前常规芳纶纸生产相比，工艺简单、制备成本低廉，性能优异。
【IPC分类】D21H13-26, D21H17-66, D21H15-10, D21H17-55
【公开号】CN104631199
【申请号】CN201510044190
【发明人】杨斌, 张美云, 陆赵情, 刘毅娟
【申请人】陕西科技大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月28日