一种添加钛酸钾晶须的聚酰亚胺纤维纸及其制备方法
【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聚酰亚胺纤维纸及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚酰亚胺(Polyimide)纤维，简称PI纤维，是一种高性能合成纤维，主要通过聚酰胺酸溶液纺丝后高温酰亚胺化或者通过聚酰亚胺溶液纺丝或树脂融融过纺丝制备而成。聚酰亚胺分子由于其芳环结构密度大，同时又具有酞酰亚胺结构，因此它不仅具有高强高模的特性，而且还具有耐高温、耐化学腐蚀、阻燃等优越的性能。聚酰亚胺纤维与传统的高强高模量最具代表性的美国杜邦公司研制开发的Kelvlar-49纤维相比，聚酰亚胺纤维具有更高的强度和模量、更高的热氧化稳定性、更高的弹性模量、较低的吸水率、更高的阻燃性、更高的耐水解性以及更高的耐辐射性。因此，聚酰亚胺纤维及聚酰亚胺纤维纸基材料在高温绝缘材料、航空航天和高性能电子器材等领域具有十分广阔的应用前景。聚酰亚胺纤维纸可以用作耐高温绝缘材料、滤波材料、耐高温抗辐射材料以及蜂窝材料。耐高温绝缘材料可用于变压器、电机中线圈绕组，相间、匝间线路终端绝缘材料；滤波材料可用于飞机、导弹、卫星的宽频滤波材料，可以作为雷达纸罩，敌我识别器透波窗口等；耐高温抗辐射材料可用于发动机的隔热材料、火花塞、耐高温等热防护材料、辐射软管的阻热材料等；蜂窝材料可用于特殊结构材料，如机翼、机舱门衬板、地板、隔墙等。
[0003]芳纶纤维呈“梯形结构”，纤维纵向分子间由化学键链接具有很高的强度和模量，横向则由氢键链接，因此其力学各向异性特性十分明显，所以可以通过原纤化制得浆柏纤维，有利于纸页成形。然而，聚酰亚胺纤维的性质十分稳定，表面钝化，且聚酰亚胺纤维由于更高的强度模量以及分子链更高的刚性，课题组前期研宄发现即使经过磨打浆处理也不会产生原纤化现象，因此无法通过沉析法或机械法制得表面活性高、比表面积大的浆柏状或沉析状聚酰亚胺纤维。
[0004]因此，聚酰亚胺纤维纸的工程化制备还面临着一定的关键技术攻关难题，一方面聚酰亚胺长纤维易絮聚、难分散导致成纸匀度差，另一方面缺乏与之性能匹配且表面活性高、比表面积大的“粘结纤维”导致原纸强度差。这就使得聚酰亚胺纤维十分优异的性能难以完全发挥，限制了其在中高端领域的应用。申请号为201210084971.X的发明专利公开了一种聚酰亚胺纤维绝缘纸的制备方法，通过将经过常规开松、梳理和铺网得到聚酰亚胺纤网浸渍于聚酰胺酸溶液中，再通过高温酰亚胺化处理得到聚酰亚胺纤维绝缘纸；申请号为201210334745.2的发明专利公开了聚酰亚胺纤维纸的制备方法，利用聚酰胺酸纤维通过湿法造纸得到聚酰胺酸纤维纸再通过高温酰亚胺化制得聚酰亚胺纤维纸；申请号为201210380828.5的发明专利公开了一种聚酰亚胺纤维纸的制备方法，将利用聚酰胺酸纤维通过湿法造纸得到聚酰胺酸纤维纸浸渍于聚酰亚胺树脂溶液中，再通过高温酰亚胺化处理得到聚酰亚胺纤维纸；申请号为201210264309.2的发明专利公开了一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，将经过碱溶液改性的聚酰亚胺纤维通过湿法成型技术抄造成聚酰亚胺纤维原纸，再经过聚酰胺酸溶液浸渍并酰亚胺化制得改性聚酰亚胺纤维纸。不难发现，上述所述的几个具有代表性的聚酰亚胺纸的发明专利，均是利用聚酰胺酸纤维或聚酰胺酸溶液在高温和高压下发生酰亚胺化从而制得聚酰亚胺纸。这种方式会存在一定的缺陷，第一，聚酰胺酸纤维本身容易分解；第二，酰亚胺化的过程中产生的水分易在聚酰亚胺纤维中造成孔穴；第三，如果温度压力等条件控制不当，会出现酰亚胺化不完全，分子链由于高度取向，分子活动受到限制，使得尚未酰亚胺化的聚酰胺酸纤维难以继续环化，导致分子质量下降；这些问题都会使得经过酰亚胺化处理后的聚酰亚胺纤维及其成纸性能受到很大的影响。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种添加钛酸钾晶须的聚酰亚胺纤维纸及其制备方法，本发明通过添加利用硅烷偶联剂改性处理的钛酸钾晶须，改善聚酰亚胺纤维纸的强度性能；同时通过聚酰亚胺纤维、钛酸钾晶须和对位芳纶浆柏/沉析纤维产生纤维混杂效应，改善聚酰亚胺纤维纸的综合性能，使其能够在耐高温绝缘材料、滤波材料、耐高温抗辐射材料以及蜂窝材料得到更好的应用。
[0006]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0007]一种添加钛酸钾晶须的聚酰亚胺纤维纸，以重量份数计，所述的聚酰亚胺纤维纸构成组分包括:聚酰亚胺纤维:45?60份；对位芳纶纤维:32?49份；改性钛酸钾晶须:6?12份。
[0008]进一步地，所述的对位芳纶纤维为对位芳纶浆柏纤维或对位芳纶沉析纤维中的一种或多种。
[0009]进一步地，所述的聚酰亚胺纤维长度4?7mm，纤度1.0?2.0D,初始热分解温度为560°C ;改性钛酸钾晶须利用硅烷偶联剂对钛酸钾晶须进行改性处理得到的。
[0010]进一步地，所述的钛酸钾晶须为六钛酸钾，性能如下:其水相分散液的pH为7?9，晶须直径为0.8?L 5 μπι，晶须长度为30?100 μm，晶须长宽比为20?125，晶须熔点为 1300 ?1370?。
[0011]一种添加钛酸钾晶须的聚酰亚胺纤维纸的制备方法，包括以下步骤:
[0012]步骤1:将聚酰亚胺纤维利用超声分散处理制得浆料悬浮液(A);
[0013]步骤2:将对位芳纶沉析纤维、对位芳纶浆柏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);
[0014]步骤3:利用硅烷偶联剂对钛酸钾晶须进行改性处理得到改性钛酸钾晶须，干燥备用;
[0015]步骤4:将步骤2制得的浆料悬浮液(B)与步骤3制得的改性钛酸钾晶须混合，疏解分散制得浆料悬浮液(C);
[0016]步骤5:将步骤I制得的浆料悬浮液㈧与经过步骤4制得的浆料悬浮液(C)混合后疏解分散制得浆料悬浮液(D);
[0017]步骤6:将步骤5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聚酰亚胺纤维纸。
[0018]进一步地，步骤I中聚酰亚胺纤维超声分散处理条件是:超声功率:360?700W，超声处理时间:15?lOOmin，处理时的质量浓度:0.25%?2.5%。
[0019]进一步地，步骤3中硅烷偶联剂为KH-570，硅烷偶联剂用量为钛酸钾晶须质量的0.5 ?3.
[0020]进一步地，步骤4中改性钛酸钾晶须与浆料悬浮液(B)混合得到的混合物中，改性钛酸钾晶须的质量浓度为0.5?8%。
[0021]进一步地，步骤5中的浆料悬浮液(D)包括45?60重量份的聚酰亚胺纤维、32?49重量份的对位芳纶纤维和6?12重量份的改性钛酸钾晶须。
[0022]进一步地，一种添加钛酸钾晶须的聚酰亚胺纤维纸的制备方法，包括以下步骤:
[0023]步骤1:将聚酰亚胺纤维利用超声分散处理制得浆料悬浮液(A)，超声处理条件:超声功率:600W，超声处理时间:35min，处理时绝干纤维的质量浓度:0.5%。
[0024]步骤2:将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(B);
[0025]步骤3:利用KH-570硅烷偶联剂对钛酸钾晶须进行改性处理，硅烷偶联剂用量为钛酸钾晶须质量的3 %，得到改性钛酸钾晶须，干燥备用；
[0026]步骤4:将步骤2制得的浆料悬浮液(B)与步骤3制得的改性钛酸钾晶须混合得到混合物，其中钛酸钾晶须的质量浓度为2%，再疏解分散制得浆料悬浮液(C);
[0027]步骤5:将步骤I制得的浆料悬浮液(A)与经过步骤4制得的浆料悬浮液(C)混合，控制聚酰亚胺纤维组分为50重量份，对位芳纶纤维组分为40重量份，改性钛酸钾晶须组分为10重量份，疏解分散制得浆料悬浮液(D);
[0028]步骤6:将步骤5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聚酰亚胺纤维纸。
[0029]与现有技术相比，本发明的有益技术效果是:
[0030]聚酰亚胺纤维的性质十分稳定，表面钝化，且聚酰亚胺纤维由于更高的强度模量以及分子链更高的刚性，课题组前期研宄发现即使经过磨打浆处理也不会产生原纤化现象，因此造成聚酰亚胺纤维十分容易絮聚，难分散。本发明通过超声波分散聚酰亚胺纤维，由超声处理产生的空化效果作用于纤维形态和超微结构，改善其在水中的分散效果，进而提高成纸匀度。
[0031]本发明的另一有益技术效果是:
[0032]钛酸钾晶须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，其强度远超出常用的玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维等。添加利用硅烷偶联剂对钛酸钾晶须进行改性处理，硅烷偶联剂水解生成具有线性结构的低聚硅氧烷化