本发明属于造纸技术领域，具体涉及一种增强型芳纶纸及其制备方法。
背景技术：
近年来，高性能材料的研究和应用迅猛发展，芳纶作为一种高强度、高模量、耐高温性能的新型合成纤维材料也越来越受到人们的重视。由芳纶纤维通过造纸工艺制备的芳纶纸，具有优异的介电性能、机械性能、耐高温性能、耐化学腐蚀性能和灵活的可设计性，广泛应用于高端绝缘、航空航天、轨道交通等领域，是实现超高等级绝缘、轻质高速化的关键材料。芳纶纸与其他树脂的结合得到的高性能芳纶纸基复合材料也在高性能复合材料领域中得到日益广泛的应用。
高性能芳纶纸基材料(芳纶纸)一般是以短切纤维为增强体，浆粕或沉析纤维为基体，通过现代造纸湿法抄造和热压成型工艺制备而成的复合材料，是一种具备优异的绝缘性能、高强度、高模量、轻量化、耐高温、阻燃、抗腐蚀以及透电磁波性能的高性能复合材料，可作为结构材料、绝缘材料、电子材料而广泛应用到航空航天、轨道交通、电子电气、国防军工等高科技领域，市场前景广阔。
相比于间位芳纶纸，对位芳纶纸在模量、强度、热稳定性及回潮率等方面具有明显的优势，尤其是在抗压模量和抗剪切模量方面有很大的提高。以杜邦产品为例，korex@纸蜂窝的抗张强度是norex@的1.6倍，抗压模量和抗剪切模量分别为norex@的2倍和2.7倍，热膨胀系数仅为norex@的25％，而回潮率还不及norex@的50％。但目前关于高端芳纶纸大多还处于理论研究阶段，涉及高端芳纶纸核心技术的芳纶浆粕和沉析纤维等领域的技术能力与国外技术仍有很大差距，已研究报道的性能接近杜邦同类产品的芳纶纸，也仅停留在实验室阶段，产量、性能稳定性以及成本与杜邦等国外高端芳纶纸产品相差较大，尤其是在纸张的均匀度、致密度、吸液率等方面还有很大的差距，因此高端芳纶纸的产业化还任重而道远。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种增强型芳纶纸及其制备方法，先制备传统的短切纤维和浆粕或沉析纤维复合抄造的间位或对位芳纶原纸，再采用压缩空气控制性双面挤压涂布机进行对位芳纶纳米纤维分散液对芳纶原纸的施胶处理，显著增加成纸匀度、提高芳纶纸均匀度、介电性能、机械强度、达到精确控制芳纶纸成纸的吸液率和持胶分布等目的，避免了引入第三种黏结剂对纸页性能带来的负面影响。
本发明所采用的技术方案为：
一种增强型芳纶纸，其原料组分包括组分a、组分b及对位芳纶纳米纤维；按照纤维绝干重量计，组分a与组分b的质量比为10～50：30～70，对位芳纶纳米纤维为组分a与组分b总重的1～20％。
组分a为对位或间位芳纶短切纤维；组分b为间位芳纶浆粕或对位芳纶沉析纤维。
优选的，所述的对位芳纶纳米纤维直径10～200nm。
优选的，所述的芳纶短切纤维长度5～10mm，直径12～15μm。
上述增强型芳纶纸制备方法包括如下步骤：
1)按配比将组分a、组分b混合置入配浆釜中，加入湿强剂后混浆并调整纸浆浓度为0.01％～1％，将配好的浆料采用常规抄造工艺，在斜网纸机上抄造成形，压榨、干燥、热压得到芳纶原纸。
2)用去离子水将对位芳纶纳米纤维分散成分散液，对芳纶原纸进行双面施胶，两面胶量均布，进行热压，得到增强型芳纶纸。
优选的，步骤1)中组分a配浆前，按照以下步骤进行处理：将对位或间位芳纶短切纤维用十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，然后用清水清洗，控制ph7～8；然后利用槽式打浆机将经过洗涤预处理的芳纶短切纤维进行打浆，打浆浓度控制在0.01％～1％，让纤维束充分分散成单根纤维，制成芳纶短切纤维浆料。
优选的，所述的十二烷基苯磺酸钠水溶液体积-摩尔浓度为0.5×10-3～1.5×10-3mol/l。
优选的，芳纶短切纤维洗涤预处理的温度40～90℃，处理时间20～90min。
优选的，步骤1)中组分b配浆前，按照以下步骤进行处理：将间位芳纶浆粕或对位芳纶沉析纤维利用槽打浆机进行打浆处理，打浆浓度在0.1％～2％，打浆度控制在20～60°sr。
步骤1)中湿强剂优选用聚环氧氯丙烷树脂，加入的质量相当于芳纶绝干纤维质量的0.1％；抄造滤网的目数为100～300目。
步骤1)中的压榨、干燥、热压得到芳纶原纸，具体按照以下步骤实施：在2～5mpa压力下压榨；在温度为80～120℃，干燥3～10min，得到芳纶原纸。控制芳纶原纸一定的致密程度，有利于后面涂布工段的进行。
步骤2)中对位芳纶纳米纤维分散液的浓度为0.1％～5％，优选0.1％～1％；上胶总量控制在1％～20％；
优选的步骤2)施胶后成纸水分控制在2％～10％，
优选的，采用压缩空气控制性双面挤压涂布机进行对位芳纶纳米纤维分散液对芳纶原纸的施胶处理。
步骤2)中所述的热压，优选进行高温压光处理，在热压机上进行热压，压力控制在5～15mpa，热压温度在100～300℃，热压次数1次。
其中的对位芳纶纳米纤维分散、挤压施胶、干燥得到芳纶成纸，具体按照以下步骤实施：
将对位芳纶纳米纤维(平均直径10～200nm)加去离子水搅拌分散，配制成0.1％～1％的分散液，作为施胶胶料。采用压缩空气控制性双面挤压涂布机进行对位芳纶纳米纤维分散液对芳纶原纸的施胶处理，通过控制涂布辊压力、分散液浓度等，将上胶量控制在10％～20％，成纸水分控制在2％～10％。原纸在高温热压机上进行热压处理，压力控制在5～15mpa，热压温度在100～300℃，热压次数1次，得到增强型对位芳纶成纸。
本发明的有益效果为：
本发明利用十二烷基苯磺酸钠水溶液对芳纶短切纤维进行洗涤处理，可以清洗掉纤维表面残存的有机溶剂和生产过程中的副产物，减小纤维的憎水性并增加与芳纶浆粕或沉析纤维的分散相容性。
利用槽式打浆机对芳纶浆粕或沉析纤维进行打浆处理，使其原纤化，把纤维沿纵向撕裂，使其产生更大的比表面积和更细长的纤维形态，并呈现出分散更均匀的态势，从而更有利于与短切纤维更好的接触，最终提高了纸张匀度和物理强度。
通过对传统芳纶短切纤维和浆粕所抄制的芳纶纸使用对位芳纶纳米纤维分散液进行施胶法增强处理，可以获得均匀致密度改善(直接提高介电性能)、力学强度提高的增强型芳纶纸。将对位芳纶纳米纤维分散液以挤压施胶的方式复合到传统芳纶纸上，可以最大限度的保留宏观芳纶纤维的高强度、高模量优点，又可以发挥纳米纤维相容性好、填充效果优的特点，填补纸页空隙，增强纤维之间的作用力。挤压施胶的方式高度可控的改善芳纶原纸的持胶量和持胶分布，通过控制涂布辊压力、分散液浓度等，最终控制纳米纤维在芳纶原纸形成的骨架结构中的分布，形成类似钢筋混凝土的纯芳纶纤维复合材料，达到精确控制成纸均匀程度、吸液率、持胶分布等指标，非常适合应用到对纸张均匀程度、介电性能、力学性能和吸液率等因素有很高要求的高端绝缘纸、航空级别芳纶纸蜂窝等行业，具有重大的开创意义。本技术避免了为调整对位芳纶纸致密度、吸液率和综合成纸效果而采取的添加其它综合性能较低的粘合材料，有效保证了芳纶纸的整体性能。
综上所述，本发明采用新工艺、新方法研发生产出高性能芳纶纸，创新性强，应用前景广阔，对推动高新技术产业发展，促进传统产业的升级换代，提升耐高强度特种纸等产品的档次，促进相关产业的发展具有重大的现实意义。
具体实施方式
以下通过实施例形式的具体实施方式，对本发明的上述内容做进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实例。凡基于本发明上述内容所实现的技术均属于本发明的范围。除特殊说明外，以下实施例中均采用常规技术操作完成。
纸样耐压强度采用《gbt1408.1-2006绝缘材料电气强度试验方法第1部分工频下试验》。
本发明以下实施例所采用的对位芳纶短切纤维为市场采购纤维芳纶纤维，对位芳纶纳米纤维制备采用现有技术，尤其可以采用专利《一种对位芳纶纳米纤维的制备方法》(申请号2015106244606)的专利技术。
实施例1
(1)原纸原料的制备：将芳纶短切纤维(5mm)用体积-摩尔浓度为1.2×10-3mol/l，温度为60℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，处理时间为30min，然后用清水洗净，然后利用槽式打浆机对芳纶短切纤维进行打浆，打浆浓度为0.03％，制成芳纶短切纤维浆料。
(2)将对位芳纶浆粕利用槽打浆机进行打浆处理，打浆浓度为1％，打浆度30°sr。
(3)将步骤(1)与(2)处理后原料按绝干质量百分比比例40％：60％进行混合，置入配浆釜中调整纸浆浓度为0.03％，然后加入湿强剂后通过搅拌器混浆均匀。将湿强剂选用聚环氧氯丙烷树脂，加入的质量相当于芳纶绝干纤维质量的0.1％。
(4)将(3)制备的纤维浆液采用斜网湿法抄造形成连续均匀分布的湿纸页，抄造滤网的目数为150目。
(5)采用真空吸移的方式将湿纸页从成型网部分离，转移至压榨部进行压榨脱水。采用双辊双毯三道压榨脱除湿纸页水分，压榨压力依次为2.0mpa、3.0mpa、5.0mpa。
(6)将压榨后纸页采用电加热辊对压榨后的纸页进行干燥，温度为110℃，干燥时长为4min，得到干燥芳纶纸成品。
(7)将对位芳纶纳米纤维(平均直径10～200nm)加去离子水搅拌分散，配制成0.4％的分散液，作为施胶胶料。
(8)采用压缩空气控制性双面挤压涂布机进行(7)分散液对芳纶原纸的施胶处理，通过控制涂布辊压力、分散液浓度等，将上胶量控制在5％，成纸水分控制在4％，得到涂层均匀的芳纶成纸。
(9)将(8)制得纸样，进行高温压光处理，在热压机上进行热压，压力控制在7mpa，热压温度在200℃，热压次数1次，得到增强型芳纶成纸。
实施例2
(1)原纸原料的制备：将芳纶短切纤维(6mm)用体积-摩尔浓度为1.1×10-3mol/l，温度为70℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，处理时间为25min，然后用清水洗净，然后利用槽式打浆机对芳纶短切纤维进行打浆，打浆浓度为0.02％，制成芳纶短切纤维浆料。
(2)将对位芳纶浆粕利用槽打浆机进行打浆处理，打浆浓度为0.5％，打浆度25°sr。
(3)将步骤(1)与(2)处理后原料按质量百分比比例35％：65％进行混合，置入配浆釜中调整纸浆浓度为0.03％，然后加入湿强剂后通过搅拌器混浆均匀。将湿强剂选用聚环氧氯丙烷树脂，加入的质量相当于芳纶绝干纤维质量的0.1％。
(4)将(3)制备的纤维浆液采用斜网湿法抄造形成连续均匀分布的湿纸页，抄造滤网的目数为150目。
(5)采用真空吸移的方式将湿纸页从成型网部分离，转移至压榨部进行压榨脱水。采用双辊双毯三道压榨脱除湿纸页水分，压榨压力依次为3.0mpa、4.0mpa、5.0mpa。
(6)将压榨后纸页采用电加热辊对压榨后的纸页进行干燥，温度为120℃，干燥时长为2min，得到干燥芳纶纸成品。
(7)将对位芳纶纳米纤维(平均直径10～200nm)加去离子水搅拌分散，配制成0.5％的分散液，作为施胶胶料。
(8)采用压缩空气控制性双面挤压涂布机进行(7)分散液对芳纶原纸的施胶处理，通过控制涂布辊压力、分散液浓度等，将上胶量控制在10％，成纸水分控制在4％，得到涂层均匀的芳纶成纸。
(9)将(8)制得纸样，进行高温压光处理，在热压机上进行热压，压力控制在8mpa，热压温度在220℃，热压次数1次，得到增强型芳纶成纸。
实施例3
(1)原纸原料的制备：将芳纶短切纤维(7mm)用体积-摩尔浓度为1.0×10-3mol/l，温度为50℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，处理时间为60min，然后用清水洗净，然后利用槽式打浆机对芳纶短切纤维进行打浆，打浆浓度为0.02％，制成芳纶短切纤维浆料。
(2)将对位芳纶浆粕利用槽打浆机进行打浆处理，打浆浓度为1.5％，打浆度38°sr。
(3)将步骤(1)与(2)处理后原料按质量百分比比例30％：70％进行混合，置入配浆釜中调整纸浆浓度为0.03％，然后加入湿强剂后通过搅拌器混浆均匀。将湿强剂选用聚环氧氯丙烷树脂，加入的质量相当于芳纶绝干纤维质量的0.1％。
(4)将(3)制备的纤维浆液采用斜网湿法抄造形成连续均匀分布的湿纸页，抄造滤网的目数为150目。
(5)采用真空吸移的方式将湿纸页从成型网部分离，转移至压榨部进行压榨脱水。采用双辊双毯三道压榨脱除湿纸页水分，压榨压力依次为1.5mpa、2.0mpa、3.0mpa。
(6)将压榨后纸页采用电加热辊对压榨后的纸页进行干燥，温度为105℃，干燥时长为8min，得到干燥芳纶纸成品。
(7)将对位芳纶纳米纤维(平均直径10～200nm)加去离子水搅拌分散，配制成0.7％的分散液，作为施胶胶料。
(8)采用压缩空气控制性双面挤压涂布机进行(7)分散液对芳纶原纸的施胶处理，通过控制涂布辊压力、分散液浓度等，将上胶量控制在15％，成纸水分控制在4％，得到涂层均匀的芳纶成纸。
(9)将(8)制得纸样，进行高温压光处理，在热压机上进行热压，压力控制在12mpa，热压温度在250℃，热压次数1次，得到增强型芳纶成纸。
实施例4
(1)原纸原料的制备：将芳纶短切纤维(8mm)用体积-摩尔浓度为1.2×10-3mol/l，温度为55℃的十二烷基苯磺酸钠水溶液进行洗涤预处理，处理时间为45min，然后用清水洗净，然后利用槽式打浆机对芳纶短切纤维进行打浆，打浆浓度为0.01％，制成芳纶短切纤维浆料。
(2)将对位芳纶浆粕利用槽打浆机进行打浆处理，打浆浓度为1.8％，打浆度50°sr。
(3)将步骤(1)与(2)处理后原料按质量百分比比例25％：75％进行混合，置入配浆釜中调整纸浆浓度为0.03％，然后加入湿强剂后通过搅拌器混浆均匀。将湿强剂选用聚环氧氯丙烷树脂，加入的质量相当于芳纶绝干纤维质量的0.1％。
(4)将(3)制备的纤维浆液采用斜网湿法抄造形成连续均匀分布的湿纸页，抄造滤网的目数为150目。
(5)采用真空吸移的方式将湿纸页从成型网部分离，转移至压榨部进行压榨脱水。采用双辊双毯三道压榨脱除湿纸页水分，压榨压力依次为1.0mpa、2.5mpa、4.0mpa。
(6)将压榨后纸页采用电加热辊对压榨后的纸页进行干燥，温度为115℃，干燥时长为3min，得到干燥芳纶纸成品。
(7)将对位芳纶纳米纤维(平均直径10～200nm)加去离子水搅拌分散，配制成0.8％的分散液，作为施胶胶料。
(8)采用压缩空气控制性双面挤压涂布机进行(7)分散液对芳纶原纸的施胶处理，通过控制涂布辊压力、分散液浓度等，将上胶量控制在20％，成纸水分控制在4％，得到涂层均匀的芳纶成纸。
(9)将(8)制得纸样，进行高温压光处理，在热压机上进行热压，压力控制在15mpa，热压温度在280℃，热压次数1次，得到增强型芳纶成纸。
对本发明实施例1-4的增强型芳纶成纸样品进行了物理性能及电气绝缘性能的分析检测，采用的检测标准如下：
纸样定量采用gbt451.2-2002《纸和纸板定量的测定》；
纸样厚度采用gbt451.3-2002《纸和纸板厚度的测定》；
纸样拉伸强度及伸长率采用gbt12914-2008《纸和纸板抗张强度的测定》；
纸样撕裂强度采用gb/t455-2002《纸和纸板撕裂度的测定》；
检测结果：
由上述检测数据可知，本发明方法所制备的增强型芳纶纸的各项性能指标均高出普通芳纶纸基材料，性能优异，本发明的芳纶纸及其制备方法非常适合应用到对纸张均匀程度、介电性能、力学性能和吸液率等因素有很高要求的高端绝缘纸、航空级别芳纶纸蜂窝等行业。