CN117966512B - 一种特种纸、制备方法及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种特种纸、制备方法及应用,属于特种纸技术领域,所述特种纸包括至少两种纤维,含有相对特种纸总重量的10~80wt%的浆粕纤维,并且含有相对于特种纸总质量的10~90wt%的短切纤维;所述浆粕纤维采用闪蒸纺丝制备,50%以上所述浆粕纤维在1mm长度上具有至少两个分支,经切断、磨浆和打浆后,打浆度为10~80°SR,所述短切纤维长度为3~10mm,纤维旦数为1~3D,混合后通过湿法抄造、压榨烘干和热压处理制得所述特种纸。通过将闪蒸纺丝制备的浆粕纤维与短切纤维两者进行有机结合,制备出抗剥离强度和耐穿刺强度高的特种纸。
Description
技术领域
本发明属于特种纸技术领域,具体涉及一种特种纸、制备方法及应用。
背景技术
与植物纤维相比,聚合物纤维不仅具有更高的力学性能,同时具有聚合物本体特性,如阻燃、绝缘、耐腐蚀、抗菌、耐高温、耐候等性能。聚合物纤维造纸如壁纸、证券纸、绝缘纸、过滤纸、无尘纸等,应用广泛。
目前用聚合物纤维制备浆粕的方法主要有纤维打浆法、相转换法。如熔体纺丝或溶液纺丝制得聚合物纤维,长纤维切断制得短切纤维,短切纤维经过机械磨浆处理,纤维发生分丝帚化,得到浆粕纤维;树脂溶液注入到凝固浴中,经过高速离心剪切后沉析制备得到的沉析纤维。短纤维磨浆法制备的纤维打浆度低,分散较差,使用时需要打浆处理,成纸后力学性能差。相转换法对设备转速、溶液性质、沉析剂性质要求严苛,此方法制备的纤维均匀性较差,结晶度低,成纸后热收缩率大,含有未“成膜”的小结点或小硬块。
聚合物纤维的表面缺乏亲水官能团,导致其表面能低,在水溶液中分散性能差,湿法抄造性能差。
闪蒸纺丝技术是聚合物和溶剂在高温高压下形成纺丝液,纺丝液经过减压喷头后溶剂迅速闪蒸,得到纤维的纺丝技术。闪蒸纺丝纤维为连续长纤维,直径较细且直径分布范围大,约0.1-10um,结晶度高,但是闪蒸纺丝纤维为无端连续长纤维,长纤维难以直接通过湿法抄造技术制备纸或无纺布片材。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供了一种特种纸、制备方法及应用。通过将闪蒸纺丝制备的浆粕纤维与短切纤维两者进行有机结合,制备出抗剥离强度高、耐穿刺强度高的特种纸。
为了实现上述目的,本发明所采用的技术方案如下:
本发明提供一种特种纸,所述特种纸包括至少两种纤维,含有相对特种纸总重量的10~80wt%的浆粕纤维,并且含有相对于特种纸总质量的10~90wt%的短切纤维;所述浆粕纤维采用闪蒸纺丝制备,50%以上所述浆粕纤维在1mm长度上具有至少两个分支,经切断、磨浆和打浆后,打浆度为10~80°SR,所述短切纤维长度为3~10mm,纤维旦数为1~3D,混合后通过湿法抄造、压榨烘干和热压处理制得所述特种纸。
进一步的,所述浆粕纤维的直径范围为0.1~18µm,其中80%的直径范围处于5~10µm,切断后的长度为0.1~20.0mm,所述浆粕纤维粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=(1~8):(1~8):1。
进一步的,所述浆粕纤维的异形度为20%~80%。
进一步的,所述浆粕纤维与短切纤维的质量比为1:(1.2~1.5)。
进一步的,所述短切纤维的异形度为30~80%。
本发明提供上述特种纸的制备方法,包括如下步骤:制备浆粕纤维浆料;制备短切纤维浆料;分别将浆粕纤维浆料以及短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
进一步的,制备浆粕纤维浆料包括:将聚合物和溶剂R1加入反应釜中,控制反应釜温度达到上临界溶解温度以上保持至少1min,然后以至少5℃/min的降温速度将温度降低至上临界溶解温度以下保持1~600s,以至少5℃/min的升温速度将温度升高至上临界溶解温度以上保持6~600s,重复降温和升温过程,并保持压力至少3Mpa,通过闪蒸方式制备出闪蒸纺丝纤维;
或将聚合物和溶剂R1加入反应釜中,控制反应釜压力达到浊点压力以上保持至少1min,然后以至少0.05MPa/min的降压速度将压力降低至浊点压力以下保持60~2000s,以至少0.05MPa/min的升压速度将压力升高至浊点压力以上保持60~2000s,重复降压和升压过程,并保持温度至少上临界溶解温度以上,通过闪蒸方式制备出闪蒸纺丝纤维;
将所述闪蒸纺丝纤维切断至0.1~20mm,经过打浆处理,使得浆粕纤维的打浆度为10~80°SR;干燥后,对所述浆粕纤维进行亲水处理即得。
进一步的,所述打浆处理工艺为:加去离子水疏解5~50min,磨浆时的浆料浓度0.01~0.1wt%,下重刀,疏解1~10min,下轻刀,疏解30~200min。
进一步的,所述的聚合物包括有熔点的聚烯烃、聚酯、聚醚醚酮、聚酮,也包括无熔点的间位芳纶、对位芳纶、聚芳酯、聚对苯撑苯并二噁唑、聚酰亚胺;所述的溶剂R1为水、醇、酸、胺、酯、醚、酮、腈、酰胺、卤代烃、脂肪烃、脂环烃、芳烃、不饱和烃中的一种或几种;通过辅助气体和加热系统冷却系统控制反应釜内的温度和压力,所述的辅助气体为氮气、氩气、氦气、二氧化碳、氖气中的一种或多种。
进一步的,所述闪蒸方式为将聚合物纺丝液通过闪蒸纺丝设备的减压喷头喷出进入50~500℃的氮气中;或,所述闪蒸方式为将聚合物纺丝液通过闪蒸纺丝设备的减压喷头喷出进入聚合物的良溶剂与不良溶剂的混合物,其中良溶剂占30~70wt%。
进一步的,将所述闪蒸纺丝纤维切断至0.1~20mm包括:将闪蒸纺丝纤维切断,得到长度范围分别为0.1~0.4mm、2.5~3.5mm、9.5~10.5mm和18~20mm的四种长度纤维,将相同质量的四种长度的闪蒸纺丝短切纤维混合。
进一步的,制备短切纤维浆料包括:将长度为3~10mm、纤维旦数为1~3D以及异形度为30~80%的短切纤维进行亲水处理。
进一步的,所述亲水处理为将纤维的表面能提高到至少38 mN/m。
进一步的,所述亲水处理为电晕处理,所述电晕处理工艺为:电晕处理的电压为4000~16000V,频率12~26KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为1~10mm,空气的流量为300~6000m3/h;或所述亲水处理为等离子体处理,所述等离子体处理工艺为:电离功率为200~500W,处理时间1~6min,高纯氧气体积流量为0.008~0.02L/min。
进一步的,将浆粕纤维浆料与短切纤维浆料分别加入去离子水进行疏解制浆,得到浓度为0.01~0.1wt%的浆料水溶液;所述浆粕纤维浆料粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=(1~8):(1~8):1;按照浆粕纤维浆料:10~80wt%,短切纤维浆料:10~90wt%的比例,将浆粕纤维浆料与短切纤维浆料的水溶液混合。
进一步的,湿法抄造时上浆质量浓度为0.001~0.05wt%;热压采用预热和热轧相结合的方式,预热温度为熔点以下,车速为2~80m/min,线压力0~40N/mm,预热次数1~5次;热轧温度为熔点范围内,无熔点的聚合物热轧温度为200-400℃,车速为2~100m/min,线压力10~100N/mm,热轧次数1~5次。
本发明提供上述浆粕纤维的应用,所述浆粕纤维应用于造纸、耐磨填料、绝缘包装、过滤行业、水泥浆料领域。
本发明提供上述特种纸的应用,所述特种纸应用于绝缘包装、蜂窝芯材、印刷包装、建筑防水、地面覆盖、医用灭菌包装、复合材料增强、锂电池隔膜等领域。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果包括:
(1)采用闪蒸纺丝制备的纤维具有高的结晶度,相较于现有技术手段生产的纤维其结晶度提高至少5%,经切断和打浆后高度分裂和细纤维化,高的结晶度可以提高特种纸的强度和热稳定性,经过切断和打浆后使得纤维高度分裂和细化,其在特种纸内部可以形成有效的三维互穿网状结构,增加了特种纸的剥离强度,具体的,本申请通过闪蒸纺丝制备的纤维直径范围为0.1~20µm,其中80%的纤维直径范围在5~10µm之间,在该范围内的纤维经过后续打浆处理,可以使得所制备的纤维细化后,分叉多,单个纤维分叉至少在5以上,呈团状,且由于其结晶度高,具有较高的韧性,因此在特种纸中呈现三维互穿网状结构,充分与短切纤维粘合,增加两者之间的结合强度;其次,本发明所制备的浆粕纤维,50%以上所述浆粕纤维在1mm长度上具有至少两个分支,可以大大提高制成的特种纸各方向的抗拉强度,提高特种纸的制成概率。相较于现有技术所制备的特种纸,采用本发明所制备的特种纸剥离强度可提高10%以上,耐穿刺强度提高10%以上。
(2)本发明对浆粕纤维的粒径配比进行限定,总体上看大于10目的比例不超过三分之一,小于等于100目的比例大于10%,小粒径的纤维打浆后分叉少,但自由度较高,容易弯曲,粒径较大的纤维自由度较低,但打浆后分叉多,只有小粒径、中粒径和大粒径相互配合才能使得三维网状结构在产品的空间结构上分布均匀,不容易引起团聚或偏聚,力学性能均一。
(3)采用造纸工艺制备特种纸,短切纤维可以贯穿整个纸页厚度,浆粕纤维可以有效的互相搭接,长纤维贯穿整个特种纸厚度方向,解决了其剥离强度低的问题。在制浆过程中通过磨浆、表面处理、分散剂等手段,有效提高特种纸结构均匀性。造纸工艺,纤维均匀滤水后纸页内部保留了微细空隙,提高了特种纸的透气性能和湿气透过率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的聚乙烯闪蒸纺丝纤维的偏光显微图片;
图2为本发明实施例1制备的聚乙烯浆粕纤维的偏光显微图片;
图3为本发明实施例1制备的聚乙烯特种纸的SEM图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步地详细描述。
本发明实施例公开了一种特种纸,所述特种纸包括至少两种纤维,含有相对特种纸总重量的10~80wt%的浆粕纤维,并且含有相对于特种纸总质量的10~90wt%的短切纤维;所述浆粕纤维采用闪蒸纺丝制备,50%以上所述浆粕纤维在1mm长度上具有至少两个分支,经切断、磨浆和打浆后,打浆度为10~80°SR,所述短切纤维长度为3~10mm,纤维旦数为1~3D,混合后通过湿法抄造、压榨烘干和热压处理制得所述特种纸。
本发明中采用闪蒸纺丝制备的纤维具有高的结晶度,相较于现有技术手段生产的纤维其结晶度提高至少5%,经切断和打浆后高度分裂和细纤维化,高的结晶度可以提高特种纸的强度,经过切断和打浆后使得纤维高度分裂和细化,其在特种纸内部可以形成有效的三维互穿网状结构,增加了特种纸的抗剥离强度,具体的,本申请通过闪蒸纺丝制备的纤维直径范围为0.1~18µm,其中80%的纤维直径范围在5~10µm之间,在该范围内的纤维经过后续打浆处理,可以使得所制备的纤维细化后,分叉多,单个纤维分叉至少在5以上,呈团状,且由于其结晶度高,具有较高的韧性,因此在特种纸中呈现三维互穿网状结构,充分与短切纤维粘合,增加两者之间的结合强度;其次,本发明所制备的浆粕纤维,50%以上所述浆粕纤维在1mm长度上具有至少两个分支,可以大大提高制成的特种纸各方向的抗拉强度,提高特种纸的制成概率。相较于现有技术所制备的特种纸,采用本发明所制备的特种纸剥离强度可提高10%以上,耐穿刺强度提高10%以上。
需要指出的是,50%以上所述浆粕纤维在1mm长度上具有至少两个分支,即选定多个浆粕纤维,通过光镜对其进行观察,在1mm长度尺寸范围内观察分支数量,若同一浆粕纤维分支数量超过两个则计入在内,最后计算计入在内的数量与总浆粕纤维数量之比,为了检测结果准确,本发明通过对至少50个浆粕纤维进行观察统计。
具体的,所述浆粕纤维的直径范围为0.1~18µm,其中80%的直径范围处于5~10µm,切断后的长度为0.1~20.0mm,所述浆粕纤维粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=(1~8):(1~8):1。本发明通过闪蒸纺丝制备的浆粕纤维的直径范围为0.1~18µm,且为了达到较好的制浆以及在特种纸内部形成有效的三维互穿网状结构,对浆粕纤维的短切长度和粒径配比进行限定,具体的,且切断后的长度在0.1~20mm之间,合适的尺寸长度可以保证打浆后的细化纤维在产品中可以形成有效的网状结构,提高产品的综合力学性能,如提高剥离强度,耐穿刺强度,切断长度较长对于浆料匀度产生负面影响,长度较短提高了制浆均匀性,但降低了产品的综合力学性能;最后对浆粕纤维的粒径配比进行限定,总体上看大于10目的比例不超过三分之一,小于等于100目的比例大于10%,小粒径的纤维打浆后分叉少,但自由度较高,容易弯曲,粒径较大的纤维自由度较低,但打浆后分叉多,只有小粒径、中粒径和大粒径相互配合才能使得三维网状结构在产品的空间结构上分布均匀,不容易引起团聚或偏聚,力学性能均一。
具体的,所述浆粕纤维的异形度为20%~80%。采用闪蒸纺丝制备的浆粕纤维的结晶度较高,相较于其他技术,其结晶度相对于现有技术提高至少5%,但结晶度不超过90%,结晶度合适,过高使得纤维的强度偏大,所制备的产品各向力学性能易不均匀;其次,非定型的浆粕纤维更容易与其他纤维产生包裹性,采用闪蒸纺丝制备的浆粕纤维既能够保证力学性能均一性又能保证两种纤维的粘结强度。异形度的计算公式采用现有的计算方式,即:截面异形系数=(R2~r0 2)/R2,式中r0为异形纤维实际截面等面积复圆后的半径,R为异形纤维外接圆半径。一般情况下,异形度越高,则特种纸抗拉强度等力学性能更好,但异形度过高,则在后续打浆过程中出现部分纤维缠结产生线绳的情况,无法实现较佳的网状结构,因此本发明对异形度的程度进行了限定。
具体的,所述浆粕纤维与短切纤维的质量比为1:(1.2~1.5)。短切纤维可以贯穿整个纸页厚度,浆粕纤维具有较多的分支,与短切纤维三维搭接,长纤维贯穿整个特种纸厚度方向,当两者处于上述范围内时,可以实现最佳的性能。
具体的,所述短切纤维的异形度为30~80%。短切纤维主要提供骨架作用,提高产品的力学性能,短切纤维的异形度越大与其他纤维的结合强度越高。
本发明还提出了上述特种纸的制备方法,包括如下步骤:
S1.制备浆粕纤维浆料。
将聚合物和溶剂R1加入反应釜中,控制反应釜温度达到上临界溶解温度以上保持至少1min,然后以至少5℃/min的降温速度将温度降低至上临界溶解温度以下保持1~600s,以至少5℃/min的升温速度将温度升高至上临界溶解温度以上保持6~600s,重复降温和升温过程,并保持压力至少3Mpa,通过闪蒸方式制备出闪蒸纺丝纤维。
或将聚合物和溶剂R1加入反应釜中,控制反应釜压力达到浊点压力以上保持至少1min,然后以至少0.05MPa/min的降压速度将压力降低至浊点压力以下保持60~2000s,以至少0.05MPa/min的升压速度将压力升高至浊点压力以上保持60~2000s,重复降压和升压过程,并保持温度至少上临界溶解温度以上,通过闪蒸方式制备出闪蒸纺丝纤维。
本发明中“重复降温和升温过程”可以为0次,即仅经过一次降温和升温过程,可以重复降温和升温过程多次。通过多次重复降温和升温过程,可以使得制备的闪蒸纺丝纤维分支更多,性能提升较大。
通过以上临界溶解温度为基准,采用较高的升温和降温速度,可以细化析出的纤维。具体的,降温后,析出较细的纤维后,通过升温,对部分纤维进行溶解,从而形成更多的纤维晶核,通过反复重复多次,晶核数量增多,在后续闪蒸纺丝过程中,使得制备的浆粕纤维50%以上在1mm的长度上具有至少两个分支。
本发明中“重复降压和升压过程”可以为0次,即仅经过一次降压和升压过程,可以重复降压和升压过程多次。通过多次重复降压和升压过程,可以使得制备的闪蒸纺丝纤维分支更多,性能提升较大。
通过以浊点压力为基准,采用较高的升压和降压速度,可以细化析出的纤维。具体的,降压后,析出较细的纤维后,通过升压,对部分纤维进行溶解,从而形成更多的纤维晶核,通过反复重复多次,晶核数量增多,在后续闪蒸纺丝过程中,使得制备的浆粕纤维50%以上在1mm的长度上具有至少两个分支。
由于采用“上临界溶解温度”与“浊点压力”具有类似的效果,本申请中以上临界溶解温度为标准进行详细阐述。
所述的聚合物包括有熔点的聚烯烃、聚酯、聚醚醚酮、聚酮,也包括无熔点的间位芳纶、对位芳纶、聚芳酯、聚对苯撑苯并二噁唑、聚酰亚胺;所述的溶剂R1为水、醇、酸、胺、酯、醚、酮、腈、酰胺、卤代烃、脂肪烃、脂环烃、芳烃、不饱和烃中的一种或几种。
通过辅助气体和加热系统冷却系统控制反应釜内的温度和压力,所述的辅助气体为氮气、氩气、氦气、二氧化碳、氖气中的一种或多种。
所述闪蒸方式为将聚合物纺丝液通过闪蒸纺丝设备的减压喷头喷出进入50~500℃的氮气中;或,所述闪蒸方式为将聚合物纺丝液通过闪蒸纺丝设备的减压喷头喷出进入聚合物的良溶剂与不良溶剂的混合物,其中良溶剂占30~70wt%。
需要指出的是,上临界溶解温度、浊点压力、良溶剂和不良溶剂所采用的判断标准为本领域公知常识,此处不再进行赘述。
将所述闪蒸纺丝纤维切断至0.1~20mm,经过打浆处理,使得浆粕纤维的打浆度为10~80°SR。
将所述闪蒸纺丝纤维切断至0.1~20mm包括:将闪蒸纺丝纤维切断,得到长度范围分别为0.1~0.4mm、2.5~3.5mm、9.5~10.5mm和18~20mm的四种长度纤维,将相同质量的四种长度的闪蒸纺丝短切纤维混合。只要四种长度分别在上述五个范围中取值即可,通过上述纤维的长度限定,提高了不同长度纤维之间的物理搭接,使得所制备的特种纸具有良好的耐剥离强度。
所述打浆处理工艺为:加去离子水疏解5~50min,磨浆时的浆料浓度0.01~0.1wt%,下重刀,疏解1~10min,下轻刀,疏解30~200min。
需要指出的是,所谓下重刀,就是加大比压,调整飞刀辊(上刀)和底刀的间隙小至0.5-1.0mm,强力切断纤维,使之拥有适合造纸机抄造的纤维长度;所谓下轻刀,就是减弱比压,调整飞刀辊(上刀)和底刀的间隙大至1.5-3.0mm,充分疏解纤维,尽量使浆料中的纤维单纤维化,并得到润涨和分丝帚化,使之拥有适合造纸机抄造的纤维形态。下重刀时,打浆压力为10-20kg,下轻刀时,打浆压力为1-5kg。
打浆结束后,浆粕纤维的打浆度为10~80°SR,下重刀打浆压力大时间短,使得纤维膨胀,内聚力下降,纤维内部的组织变得松弛,有效增加了接触面积,提高了后续特种纸的强度,但打浆时间不宜超过10min,长时间使用较大的打浆压力会降低特种纸的透气性;下轻刀打浆压力小,打浆时间长,纤维纵向产生分裂,两端帚化,纤维表面分丝起毛,大大增加了纤维的比表面积,促进了氢链结合。
干燥后,对所述浆粕纤维进行亲水处理即得。
S2.制备短切纤维浆料。
将长度为3~10mm、纤维旦数为1~3D以及异形度为30~80%的短切纤维进行亲水处理。
本发明所使用的短切纤维在使用前采用表面活性剂和去离子水清洗以去掉表面污渍,表面活性剂可采用现有技术中的离子型表面活性剂(包括阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、两性表面活性剂)、非离子型表面活性剂、复配表面活性剂、其他表面活性剂等。本发明采用的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
S3.分别将浆粕纤维浆料以及短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将浆粕纤维浆料与短切纤维浆料分别加入去离子水进行疏解制浆,得到浓度为0.01~0.1wt%的浆料水溶液。所述浆粕纤维浆料粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=(1~8):(1~8):1。
按照浆粕纤维浆料:10~80wt%,短切纤维浆料:10~90wt%的比例,将浆粕纤维浆料与短切纤维浆料的水溶液混合。湿法抄造时上浆质量浓度为0.001~0.05wt%;热压采用预热和热轧相结合的方式,预热温度为熔点以下,车速为2~80m/min,线压力0~40N/mm,预热次数1~5次;热轧温度为熔点范围内,无熔点的聚合物热轧温度为200-400℃,车速为2~100m/min,线压力10~100N/mm,热轧次数1~5次。
例如聚乙烯的熔点范围为85-136℃,则预热温度为85℃以下,而热轧温度在85-136℃之间取值。对位芳纶无熔点,热轧温度在200-400℃之间取值。
本发明所述的热轧工艺通过热轧辊实现,热轧辊为金属辊、表面具有图案的花辊或弹性辊,具体尺寸参数可以基于实际生产情况进行确定。
本发明的亲水处理为将纤维的表面能提高到至少38mN/m。可以采用现有技术对纤维的表面进行处理提高表面能。本申请优选采用电晕处理和等离子处理。
当亲水处理为电晕处理,所述电晕处理工艺为:电晕处理的电压为4000~16000V,频率12~26KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为1~10mm,空气的流量为300~6000m3/h。
当亲水处理为等离子体处理,所述等离子体处理工艺为:电离功率为200~500W,处理时间1~6min,高纯氧气体积流量为0.008~0.02L/min。
本发明提供上述浆粕纤维的应用,所述浆粕纤维应用于造纸、耐磨填料、绝缘包装、过滤行业及水泥浆料领域。
本发明提供上述特种纸的应用,所述特种纸应用于绝缘包装、蜂窝芯材、印刷包装、建筑防水、地面覆盖、医用灭菌包装、复合材料增强及锂电池隔膜领域。
为了更好的说明本发明的实施方式,下面通过具体的实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
本发明实施例提供了一种聚乙烯特种纸的制备方法,包括;
S1.制备聚乙烯浆粕纤维浆料。
聚乙烯浆粕纤维浆料的制备:将聚乙烯(独山子石化5502XA)、二氯甲烷加入反应釜内,以30℃/min升温速率到200℃保温1min,以20℃/min降温速率降低到140℃保温5s,以20℃/min的升温速率升温到200℃保温6s,通过氮气控制釜内压力达到15MPa,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚乙烯闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.5-20um;纤维强度3.5g/d,纤维的结晶度65%,异形度为20%,所制备的聚乙烯闪蒸纺丝纤维如图1所示。
独山子石化5502XA的性能指标如下:2.16kg原料,采用ISO1133,测出其熔体流动速率为0.2g/10min;采用ISO1872/1测出其密度为954kg/m3;采用ISO R527/2D测出其抗拉强度为26MPa,断裂伸长率大于300%。
将聚乙烯闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.1mm、3mm、10mm和20mm的聚乙烯闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度聚乙烯闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解5min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解10min,下轻刀,疏解100min;纤维经过滤水,干燥,将绝干聚乙烯浆粕纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为4000V,频率20KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为8mm,空气的流量为1000m3/h;得到聚乙烯浆粕纤维浆料,浆粕打浆度为48°SR,所制备的聚乙烯浆粕纤维如图2所示。
S2.制备超高分子量聚乙烯短切纤维浆料。
将横截面为蚕豆形、异形度为30%、纤度2D超高分子量聚乙烯纤维切断成6mm,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的超高分子量聚乙烯短切纤维进行氧等离子体处理,氧等离子体处理设置电离功率为300W,处理时间1min,高纯氧气体积流量为0.02L/min。
S3.分别将聚乙烯浆粕纤维浆料以及超高分子量聚乙烯短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将聚乙烯浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=2:7:1混合,将混合后的聚乙烯浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚乙烯浆粕纤维浆料水溶液。
将超高分子量聚乙烯短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.01wt%的超高分子量聚乙烯短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以浆粕纤维的绝干重量为60wt%,超高分子量聚乙烯短切纤维的绝干重量为40wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.001wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为85℃,车速为2m/min,线压力40N/mm,预热次数2次;热轧温度为125℃,车速为2m/min,线压力100N/mm,热轧次数2次,得到聚乙烯特种纸,聚乙烯特种纸的定量为40g/m2,厚度为115um,所制备的聚乙烯特种纸如图3所示。
实施例2
本发明实施例提供了一种聚乙烯特种纸的制备方法,包括;
S1.制备聚乙烯浆粕纤维浆料。
聚乙烯浆粕纤维浆料的制备:将聚乙烯(独山子石化5502XA)、二氯甲烷加入反应釜内,以5℃/min升温速率到200℃保温2min,以5℃/min降温速率降低到140℃保温1s,以5℃/min的升温速率升温到200℃保温6s,通过氮气控制釜内压力达到3MPa,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚乙烯闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.5-20um;纤维强度3.5g/d,纤维的结晶度63%,异形度为22%。
将聚乙烯闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.2mm、2.5mm、9.5mm和18mm的聚乙烯闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度聚乙烯闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解50min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解1min,下轻刀,疏解30min;纤维经过滤水,干燥,将绝干聚乙烯浆粕纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为4000V,频率12KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为10mm,空气的流量为300m3/h;得到聚乙烯浆粕纤维浆料,浆粕打浆度为11°SR。
S2.制备超高分子量聚乙烯短切纤维浆料。
将横截面为蚕豆形、异形度为30%、纤度2D超高分子量聚乙烯纤维切断成3mm,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的超高分子量聚乙烯短切纤维进行氧等离子体处理,氧等离子体处理设置电离功率为200W,处理时间1min,高纯氧气体积流量为0.008L/min。
S3.分别将聚乙烯浆粕纤维浆料以及超高分子量聚乙烯短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将聚乙烯浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=8:1:1混合,将混合后的聚乙烯浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚乙烯浆粕纤维浆料水溶液。
将超高分子量聚乙烯短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.01wt%的超高分子量聚乙烯短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以浆粕纤维的绝干重量为90wt%,超高分子量聚乙烯短切纤维的绝干重量为10wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.001wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为85℃,车速为2m/min,线压力0N/mm,预热次数2次;热轧温度为120℃,车速为2m/min,线压力100N/mm,热轧次数2次,得到聚乙烯特种纸,聚乙烯特种纸的定量为40g/m2,厚度为115um。
实施例3
本发明实施例提供了一种聚乙烯特种纸的制备方法,包括;
S1.制备聚乙烯浆粕纤维浆料。
聚乙烯浆粕纤维浆料的制备:将聚乙烯(独山子石化5502XA)、二氯甲烷加入反应釜内,以10℃/min升温速率到200℃保温1min,以20℃/min降温速率降低到140℃保温600s,以20℃/min的升温速率升温到200℃保温600s,通过氮气控制釜内压力达到5MPa,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚乙烯闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.5-20um;纤维强度3.5g/d,纤维的结晶度60%,异形度为20%。
将聚乙烯闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.4mm、3.5mm、10.5mm和20mm的聚乙烯闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度聚乙烯闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解5min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解10min,下轻刀,疏解200min;纤维经过滤水,干燥,将绝干聚乙烯浆粕纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为16000V,频率26KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为8mm,空气的流量为6000m3/h;得到聚乙烯浆粕纤维浆料,浆粕打浆度为78°SR。
S2.制备超高分子量聚乙烯短切纤维浆料。
将横截面为蚕豆形、异形度为30%、纤度2D超高分子量聚乙烯纤维切断成10mm,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的超高分子量聚乙烯短切纤维进行氧等离子体处理,氧等离子体处理设置电离功率为500W,处理时间6min,高纯氧气体积流量为0.02L/min。
S3.分别将聚乙烯浆粕纤维浆料以及超高分子量聚乙烯短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将聚乙烯浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=1:8:1混合,将混合后的聚乙烯浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚乙烯浆粕纤维浆料水溶液。
将超高分子量聚乙烯短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.1wt%的超高分子量聚乙烯短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以浆粕纤维的绝干重量为30wt%,超高分子量聚乙烯短切纤维的绝干重量为70wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.001wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为85℃,车速为80m/min,线压力40N/mm,预热次数2次;热轧温度为125℃,车速为100m/min,线压力100N/mm,热轧次数2次,得到聚乙烯特种纸,聚乙烯特种纸的定量为40g/m2,厚度为115um。
实施例4
与实施例1不同的是,本发明实施例中,本实施例的S3中,将上述浆料水溶液,以聚乙烯浆粕纤维的绝干重量为46wt%,超高分子量聚乙烯短切纤维的绝干重量为54wt%进行混合。
实施例5
与实施例1不同的是,本发明实施例中,本实施例的S3中,将上述浆料水溶液,以聚乙烯浆粕纤维的绝干重量为40wt%,超高分子量聚乙烯短切纤维的绝干重量为60wt%进行混合。
实施例6
本发明实施例提供了一种聚酯特种纸的制备方法,包括;
S1.制备聚酯浆粕纤维浆料。
聚酯浆粕纤维浆料的制备:将聚酯(仪征化纤FC510)、正己烷、三氯甲烷加入反应釜内(正己烷与三氯甲烷的质量比为1:2),以30℃/min升温速率到250℃保温2min,以20℃/min降温速率降低到200℃保温60s,以20℃/min的升温速率升温到250℃保温60s,以5℃/min降温速率降低到220℃保温6s,以10℃/min的升温速率升温到250℃保温10s,通过氮气控制釜内压力达到14MPa,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚酯闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.1-20um;纤维强度4.5g/d,纤维的结晶度56%,异形度为20%。
将聚酯闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.1mm、3mm、10mm和20mm的聚酯闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度聚酯闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解5min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解1min,下轻刀,疏解30min;纤维经过滤水,干燥,将绝干短纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为5000V,频率20KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为5mm,空气的流量为1000m3/h;得到聚酯浆粕纤维浆料,浆粕打浆度为20°SR。
S2.制备聚酯短切纤维浆料。
将异形度为30%、纤度1.9D聚酯纤维切断成6mm,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的聚酯短切纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为14000V,频率20KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为10mm,空气的流量为600m3/h。
S3.分别将聚酯浆粕纤维浆料以及聚酯短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将聚酯浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=1:8:1混合,将混合后的聚酯浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚酯浆粕纤维浆料水溶液。
将聚酯短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚酯短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以聚酯浆粕纤维的绝干重量为90wt%,聚酯短切纤维的绝干重量为10wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.001wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为185℃,车速为10m/min,线压力30N/mm,预热次数2次;热轧温度为215℃,车速为10m/min,线压力100N/mm,热轧次数2次,得到聚酯特种纸,聚酯特种纸的定量为70g/m2,厚度为100um。
实施例7
本发明实施例提供了一种间位芳纶1313特种纸的制备方法,包括;
S1.制备间位芳纶1313浆粕纤维浆料。
间位芳纶1313浆粕纤维浆料的制备:将间位芳纶1313、N,N-2-甲基乙酰胺、二氯乙酸、氯化锂加入反应釜内(N,N-2-甲基乙酰胺、二氯乙酸的质量比为2:1,氯化锂添加量为聚合物重量的0.5%),以30℃/min升温速率到150℃保温1min,以20℃/min降温速率降低到80℃保温10s,以20℃/min的升温速率升温到150℃保温9s,通过氮气控制釜内压力达到8MPa,得到聚合物质量浓度20wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,经过300℃热氮气,进入由甘油和N,N-2-甲基乙酰胺构成的凝固浴中,其中N,N-2-甲基乙酰胺的含量为50wt%,在凝固浴中得到间位芳纶闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.1-20um;纤维强度6.5g/d,纤维的结晶度50%,异形度为50%。
将间位芳纶闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.1mm、3mm、10mm和20mm的间位芳纶闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度间位芳纶闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解5min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解1min,下轻刀,疏解30min;纤维经过滤水,干燥,将绝干短纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为4000V,频率20KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为1mm,空气的流量为1000m3/h;得到间位芳纶1313浆粕纤维浆料,浆粕打浆度为25°SR。
S2.制备间位芳纶1313短切纤维浆料。
将异形度为40%、纤度2D间位芳纶1313纤维切断成8mm,异形度为30%和纤度1D间位芳纶纤维经过切断成3mm,两种纤维按照相同质量混合,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的间位芳纶1313短切纤维进行氧等离子体处理,氧等离子体处理设置电离功率为300W,处理时间1min,高纯氧气体积流量为0.02L/min。
S3.分别将浆粕纤维浆料以及间位芳纶1313短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将间位芳纶1313浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=5:5:1混合,将混合后的浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的浆粕纤维浆料水溶液。
将间位芳纶1313短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚酯短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以间位芳纶1313浆粕纤维的绝干重量为90wt%,间位芳纶1313短切纤维的绝干重量为10wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.001wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为250℃,车速为20m/min,线压力150N/mm,预热次数2次;热轧温度为300℃,车速为10m/min,线压力200N/mm,热轧次数2次,得到间位芳纶1313特种纸,间位芳纶1313特种纸的定量为41g/m2,厚度为50um。
实施例8
本发明实施例提供了一种聚醚醚酮特种纸的制备方法,包括;
S1.制备聚醚醚酮浆粕纤维浆料。
聚醚醚酮纤维浆料的制备:将聚醚醚酮(VICOTE 709Victrex Plc)、二氯乙酸加入反应釜内,以30℃/min升温速率到220℃保温1min,以20℃/min降温速率降低到180℃保温7s,以20℃/min的升温速率升温到220℃保温7s,通过氮气控制釜内压力达到14MPa,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚醚醚酮闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.1-20um;纤维强度5.5g/d,纤维的结晶度30%,异形度为56%。
将聚醚醚酮闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.1mm、5mm、10mm和15mm的聚醚醚酮闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度聚醚醚酮闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解5min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解5min,下轻刀,疏解10min;纤维经过滤水,干燥,将绝干短纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为16000V,频率18KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为3mm,空气的流量为3000m3/h,得到聚醚醚酮浆粕纤维浆料,浆粕打浆度为45°SR。
S2.制备聚醚醚酮短切纤维浆料。
将异形度为60%、纤度2.2D聚醚醚酮纤维切断成6mm,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的聚醚醚酮短切纤维进行氧等离子体处理,氧等离子体处理设置电离功率为300W,处理时间1min,高纯氧气体积流量为0.02L/min。
S3.分别将聚醚醚酮浆粕纤维浆料与聚醚醚酮短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将聚醚醚酮浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=8:1:1混合,将混合后的浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的浆粕纤维浆料水溶液。
将聚醚醚酮短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚醚醚酮短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以聚醚醚酮浆粕纤维的绝干重量为90wt%,聚醚醚酮短切纤维的绝干重量为10wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.001wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为120℃,车速为50m/min,线压力30N/mm,预热次数2次;热轧温度为200℃,车速为50m/min,线压力120N/mm,热轧次数2次,得到聚醚醚酮特种纸,聚醚醚酮特种纸的定量为36g/m2,厚度为40um。
实施例9
本发明实施例提供了一种聚乳酸特种纸的制备方法,包括;
S1.制备聚乳酸浆粕纤维浆料。
聚乳酸纤维浆料的制备:聚乳酸(岱罡PLLA)、六氟异丙醇加入反应釜内,以5℃/min升温速率到100℃保温1min,以5℃/min降温速率降低到30℃保温5s,以5℃/min的升温速率升温到100℃保温10s,通过氩气控制釜内压力达到10MPa,得到聚合物质量浓度30wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚乳酸闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.1-20um;纤维强度2.8g/d,纤维的结晶度40%,异形度为50%。
本发明的岱罡PLLA为端羟基左旋聚乳酸OH-PLLA-OH,结晶型聚合物,类白色到浅黄色不规整颗粒或粉末。玻璃化转变温度:60~65℃,熔点:170~180℃。干燥失重(%)≤0.5,灼烧残渣(%)≤0.5,重金属总含量(ppm)≤10,催化剂残留(ppm)≤200,单体残留(%)≤1。
将聚乳酸闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.1mm、3mm、10mm和15mm的聚乳酸闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度聚乳酸闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解5min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解2min,下轻刀,疏解200min;纤维经过滤水,干燥,将绝干短纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为6000V,频率12KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为5mm,空气的流量为6000m3/h,得到聚乳酸浆粕纤维浆料,浆粕打浆度38°SR。
S2.制备聚乳酸短切纤维浆料。
将异形度为70%、纤度2D聚乳酸纤维切断成5mm,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的聚乳酸短切纤维进行氧等离子体处理,氧等离子体处理设置电离功率为200W,处理时间1min,高纯氧气体积流量为0.008L/min。
S3.分别将聚乳酸浆粕纤维浆料与聚乳酸短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将聚乳酸浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=1:1:1混合,将混合后的浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的浆粕纤维浆料水溶液。
将聚乳酸短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚酯短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以浆粕纤维的绝干重量为50wt%,聚乳酸短切纤维短切纤维的绝干重量为50wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.05wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为95℃,车速为60m/min,线压力40N/mm,预热次数2次;热轧温度为175℃,车速为60m/min,线压力80N/mm,热轧次数2次,得到聚乳酸特种纸,聚乳酸特种纸的定量为150g/m2,厚度为250um。
实施例10
本发明实施例提供了一种聚芳酯特种纸的制备方法,包括;
S1.制备聚芳酯浆粕纤维浆料。
聚芳酯纤维浆料的制备:将聚芳酯、N-甲基吡咯烷酮,以5℃/min升温速率到180℃保温1min,以6℃/min降温速率降低到130℃保温5s,以5℃/min的升温速率升温到180℃保温6s,通过氩气控制釜内压力达到10MPa,得到聚合物质量浓度30wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚芳酯闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.1-20um;纤维强度5.3g/d,纤维的结晶度40%,异形度为60%。
所述聚芳酯纤维基于文献[Lu H R, Li D S, Zhang Y, et al. Design of lowdielectric constant and high 58 transparent polyarylate containing spiralring [J]. Polymer, 2021, 228: 123948.]所公开的方法制备。
将聚芳酯闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.1mm、3mm、10mm和20mm的聚芳酯闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度聚芳酯闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解5min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解2min,下轻刀,疏解200min;纤维经过滤水,干燥,将绝干短纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为6000V,频率20KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为1mm,空气的流量为1000m3/h,得到聚芳酯浆粕纤维浆料,浆粕打浆度为25°SR。
S2.制备聚芳酯短切纤维浆料。
将异形度为45%、纤度2D聚芳酯纤维切断成5mm,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的聚酯短切纤维进行氧等离子体处理,氧等离子体处理设置电离功率为300W,处理时间1min,高纯氧气体积流量为0.02L/min。
S3.分别将聚芳酯浆粕纤维浆料与聚芳酯短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将聚芳酯浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=1:8:1混合,将混合后的聚芳酯浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚芳酯浆粕纤维浆料水溶液。
将聚芳酯短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.1wt%的聚芳酯短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以聚芳酯浆粕纤维的绝干重量为30wt%,聚芳酯短切纤维的绝干重量为70wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.001wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为200℃,车速为10m/min,线压力50N/mm,预热次数2次;热轧温度为225℃,车速为10m/min,线压力100N/mm,热轧次数1次,得到聚芳酯特种纸,聚芳酯特种纸的定量为100g/m2,厚度为130um。
实施例11
本发明实施例提供了一种聚对苯撑苯并二噁唑特种纸的制备方法,包括;
S1.制备聚对苯撑苯并二噁唑浆粕纤维浆料。
聚对苯撑苯并二噁唑纤维浆料的制备:将聚对苯撑苯并二噁唑、甲基磺酸加入反应釜内,以5℃/min升温速率到180℃保温1min,以5℃/min降温速率降低到130℃保温7s,以5℃/min的升温速率升温到180℃保温10s,通过氩气控制釜内压力达到10MPa,得到聚合物质量浓度30wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚对苯撑苯并二噁唑闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.1-20um;纤维强度6.3g/d,异形度为50%。
将聚对苯撑苯并二噁唑闪蒸纺丝纤维用切刀切断,得到长度分别为0.1mm、3mm、10mm和20mm的聚对苯撑苯并二噁唑闪蒸纺丝短切纤维,将相同重量的四种长度聚对苯撑苯并二噁唑闪蒸纺丝短切纤维混合,同时进行制浆处理,加去离子水疏解5min,打浆时的浆料质量浓度0.01wt%,下重刀,疏解2min,下轻刀,疏解200min;纤维经过滤水,干燥,将绝干短纤维进行电晕处理,电晕处理的电压为7000V,频率26KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为8mm,空气的流量为1000m3/h;得到聚芳酯浆粕纤维浆料,浆粕打浆度为27°SR。
S2.制备聚对苯撑苯并二噁唑短切纤维浆料。
将异形度为60%、纤度2D聚对苯撑苯并二噁唑纤维切断成5mm,采用十二烷基苯磺酸钠溶液和去离子水洗掉表面油剂,过滤干燥,将绝干的聚酯短切纤维进行氧等离子体处理,氧等离子体处理设置电离功率为500W,处理时间1min,高纯氧气体积流量为0.02L/min。
S3.分别将聚对苯撑苯并二噁唑浆粕纤维浆料与聚对苯撑苯并二噁唑短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸。
将聚对苯撑苯并二噁唑浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=1:5:1混合,将混合后的浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的浆粕纤维浆料水溶液。
将聚对苯撑苯并二噁唑短切纤维浆料进行机械疏解,调浓得到质量浓度为0.1wt%的聚对苯撑苯并二噁唑短切纤维浆料水溶液。
将上述浆料水溶液,以聚对苯撑苯并二噁唑浆粕纤维的绝干重量为90wt%,聚对苯撑苯并二噁唑短切纤维的绝干重量为10wt%进行混合,采用斜网纸机,抄造时纸机的上浆质量浓度为0.05wt%;经过压榨烘干得到,预热温度为200℃,车速为20m/min,线压力150N/mm,预热次数2次;热轧温度为280℃,车速为20m/min,线压力200N/mm,热轧次数1次,得到聚对苯撑苯并二噁唑特种纸,聚对苯撑苯并二噁唑特种纸的定量为200g/m2,厚度为280um。
实施例12
与实施例1不同的是,本实施例的S1中,纺丝液采用“浊点压力”为标准。
聚乙烯浆粕纤维浆料的制备:将聚乙烯(独山子石化5502XA)、二氯甲烷加入反应釜内,通过氮气控制釜内压力达到13MPa保持5min,以0.1MPa/min降压速率降低到6MPa保压300s,以0.05MPa/min的升压速率升压到12MPa保压60s,控制釜内温度达到200℃,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚乙烯闪蒸纺丝纤维,纤维直径范围0.5-20um;纤维强度3.7g/d,纤维的结晶度64%,异形度为20%。
对比例1
与实施例1不同的是,本对比例的S1中,将聚乙烯(独山子石化5502XA)、二氯甲烷加入反应釜内,以30℃/min升温速率到200℃,通过氮气控制釜内压力达到15MPa,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚乙烯闪蒸纺丝纤维。
对比例2
与实施例1不同的是,本对比例的S1中,将聚乙烯(独山子石化5502XA)、二氯甲烷加入反应釜内,以3℃/min升温速率到200℃保温1min,以3℃/min降温速率降低到140℃保温5s,以3℃/min的升温速率升温到200℃保温6s,通过氮气控制釜内压力达到15MPa,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚乙烯闪蒸纺丝纤维。
对比例3
与实施例1不同的是,本对比例的S3中,将上述浆料水溶液,以聚乙烯浆粕纤维的绝干重量为8wt%,超高分子量聚乙烯短切纤维的绝干重量为92wt%进行混合。
对比例4
与实施例1不同的是,本对比例的S3中,将上述浆料水溶液,以聚乙烯浆粕纤维的绝干重量为92wt%,超高分子量聚乙烯短切纤维的绝干重量为8wt%进行混合。
对比例5
与实施例1不同的是,本对比例的S3中,将聚乙烯浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=9:8:1混合,将混合后的聚乙烯浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚乙烯浆粕纤维浆料水溶液。
对比例6
与实施例1不同的是,本对比例的S3中,将聚乙烯浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=1:1:1.1混合,将混合后的聚乙烯浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚乙烯浆粕纤维浆料水溶液。
对比例7
与实施例1不同的是,本对比例的S3中,将聚乙烯浆粕纤维浆料按照粒径配比为≤100目:10~100目:≥10目=8:9:1混合,将混合后的聚乙烯浆粕纤维浆料和去离子水进行机械分散,调浓得到质量浓度为0.01wt%的聚乙烯浆粕纤维浆料水溶液。
对比例8
与实施例12不同的是,本对比例的S1中,将聚乙烯(独山子石化5502XA)、二氯甲烷加入反应釜内,通过氮气控制釜内压力达到13MPa保持5min,以0.01MPa/min降压速率降低到6MPa保压300s,以0.001℃/min的升压速率升压到12MPa保温60s,控制釜内温度达到200℃,得到聚合物质量浓度10wt%的纺丝液,纺丝液经过减压喷头喷出,得到聚乙烯闪蒸纺丝纤维。
对实施例1~12和对比例1~8所制备的特种纸的性能进行检测,检测标准:将特种纸进行恒温恒湿处理后,定量测量标准为GB/T451.2~2002;厚度测量标准为GB/T451.3~2002;抗张强度和伸长率测量标准为GB/T12914~2008;撕裂度测量标准为GB/T455~2002;耐破度测量标准为ISO 2758 (01);gurley透气度测量标准TAPPI T460;静水压测量标准DIN EN20811 (1992) ;剥离强度检测标准FZ/T 80007.1-2006;耐穿刺强度检测标准ASTM D3420。检测得到的结果如表1所示。
表1 物理性能检测结果
通过对比实施例1、对比例1和2所制备的聚乙烯特种纸的性能,可知,通过以上临界溶解温度为基准,采用较高的升温和降温速度,可以细化析出的纤维,提高了所制备聚乙烯特种纸的性能。
通过对比实施例12、对比例8所制备的聚乙烯特种纸的性能,通过以浊点压力为基准,采用较高的升压和降压速度,可以细化析出的纤维,提高了所制备聚乙烯特种纸的性能。
通过对比实施例1和对比例3可知,当聚乙烯浆粕纤维的含量较少时,聚乙烯浆粕纤维难以与超高分子量聚乙烯短切纤维形成紧密的三维结构,导致性能较差;对比实施例1和对比例4可知,当具有较多的聚乙烯浆粕纤维时,可以提高纤维之间的三维贯穿性以及搭接强度,但由于超高分子量聚乙烯短切纤维含量较少,所制备的聚乙烯特种纸的性能较差。
通过对比实施例1和对比例5、6、7可知,最后对聚乙烯浆粕纤维的粒径配比进行限定,总体上看大于10目的比例不超过三分之一,小于等于100目的比例大于10%,小粒径的纤维打浆后分叉少,但自由度较高,容易弯曲,粒径较大的纤维自由度较低,但打浆后分叉多,只有小粒径、中粒径和大粒径相互配合才能使得三维网状结构在产品的空间结构上分布均匀,不容易引起团聚或偏聚,力学性能均一,因此实施例1比对比例5-7所制备的聚乙烯特种纸性能优良。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种特种纸,其特征在于,所述特种纸包括至少两种纤维,含有相对特种纸总重量的10~80wt%的浆粕纤维,并且含有相对于特种纸总质量的10~90wt%的短切纤维;
所述浆粕纤维采用闪蒸纺丝制备,50%以上所述浆粕纤维在1mm长度上具有至少两个分支,经切断、磨浆和打浆后,打浆度为10~80°SR,所述短切纤维长度为3~10mm,纤维旦数为1~3D,混合后通过湿法抄造、压榨烘干和热压处理制得所述特种纸,制备浆粕纤维的聚合物为:有熔点的聚烯烃或聚酯,或者无熔点的聚芳酯或聚对苯撑苯并二噁唑;
所述浆粕纤维的直径范围为0.1~18µm,其中80%的直径范围处于5~10µm,切断后的长度为0.1~20.0mm,所述浆粕纤维粒径配比为:≤100目:10~100目:≥10目=(1~8):(1~8):1;
所述浆粕纤维的异形度为20%~80%,结晶度不超过90%;
所述短切纤维的异形度为30~80%。
2.根据权利要求1所述的特种纸,其特征在于,所述浆粕纤维与短切纤维的质量比为1:(1.2~1.5)。
3.根据权利要求1~2任一所述的特种纸的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
制备浆粕纤维浆料;
制备短切纤维浆料;
分别将浆粕纤维浆料与短切纤维浆料制浆并按照比例混合,经过湿法抄造、压榨烘干和热压处理得到所述特种纸;
制备浆粕纤维浆料包括:
将聚合物和溶剂R1加入反应釜中,控制反应釜温度达到上临界溶解温度以上保持至少1min,然后以至少5℃/min的降温速度将温度降低至上临界溶解温度以下保持1~600s,以至少5℃/min的升温速度将温度升高至上临界溶解温度以上保持6~600s,重复降温和升温过程,并保持压力至少3Mpa,通过闪蒸方式制备出闪蒸纺丝纤维;
或将聚合物和溶剂R1加入反应釜中,控制反应釜压力达到浊点压力以上保持至少1min,然后以至少0.05MPa/min的降压速度将压力降低至浊点压力以下保持60~2000s,以至少0.05MPa/min的升压速度将压力升高至浊点压力以上保持60~2000s,重复降压和升压过程,并保持温度至少上临界溶解温度以上,通过闪蒸方式制备出闪蒸纺丝纤维;
将所述闪蒸纺丝纤维切断至0.1~20mm,经过打浆处理,使得浆粕纤维的打浆度为10~80°SR;
干燥后,对所述浆粕纤维进行亲水处理即得;
制备短切纤维浆料包括:
将长度为3~10mm、纤维旦数为1~3D以及异形度为30~80%的短切纤维进行亲水处理。
4.根据权利要求3所述的特种纸的制备方法,其特征在于,所述打浆处理工艺为:加去离子水疏解5~50min,磨浆时的浆料浓度0.01~0.1wt%,下重刀,疏解1~10min,下轻刀,疏解30~200min。
5.根据权利要求3所述的特种纸的制备方法,其特征在于,所述的溶剂R1为水、醇、酸、胺、酯、醚、酮、腈、酰胺、卤代烃、脂肪烃、芳烃中的一种或几种;
通过辅助气体和加热系统冷却系统控制反应釜内的温度和压力,所述的辅助气体为氮气、氩气、氦气、二氧化碳、氖气中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的特种纸的制备方法,其特征在于,所述闪蒸方式为将聚合物纺丝液通过闪蒸纺丝设备的减压喷头喷出进入50~500℃的氮气中;
或,所述闪蒸方式为将聚合物纺丝液通过闪蒸纺丝设备的减压喷头喷出进入聚合物的良溶剂与不良溶剂的混合物,其中良溶剂占30~70wt%。
7.根据权利要求3所述的特种纸的制备方法,其特征在于,将所述闪蒸纺丝纤维切断至0.1~20mm包括:将闪蒸纺丝纤维切断,得到长度范围分别为0.1~0.4mm、2.5~3.5mm、9.5~10.5mm和18~20mm的四种长度纤维,将相同质量的四种长度的闪蒸纺丝短切纤维混合。
8.根据权利要求3所述的特种纸的制备方法,其特征在于,所述亲水处理为将纤维的表面能提高到至少38 mN/m。
9.根据权利要求8所述的特种纸的制备方法,其特征在于,所述亲水处理为电晕处理,所述电晕处理工艺为:电晕处理的电压为4000~16000V,频率12~26KHz,电极棒与绝干聚合物纤维的距离为1~10mm,空气的流量为300~6000m3/h;
或所述亲水处理为等离子体处理,所述等离子体处理工艺为:电离功率为200~500W,处理时间1~6min,高纯氧气体积流量为0.008~0.02L/min。
10.根据权利要求3所述的特种纸的制备方法,其特征在于,将浆粕纤维浆料与短切纤维浆料分别加入去离子水进行疏解制浆,得到浓度为0.01~0.1wt%的浆料水溶液;
所述浆粕纤维浆料粒径配比为:≤100目:10~100目:≥10目=(1~8):(1~8):1;
按照浆粕纤维浆料:10~80wt%,短切纤维浆料:10~90wt%的比例,将浆粕纤维浆料与短切纤维浆料的水溶液混合。
11.根据权利要求10所述的特种纸的制备方法,其特征在于,湿法抄造时上浆质量浓度为0.001~0.05wt%;热压采用预热和热轧相结合的方式,预热温度为熔点以下,车速为2~80m/min,线压力0~40N/mm,预热次数1~5次;热轧温度为熔点范围内,无熔点的聚合物热轧温度为200-400℃,车速为2~100m/min,线压力10~100N/mm,热轧次数1~5次。
12.一种根据权利要求1~2任一项所述特种纸或采用权利要求3-11任一所述的制备方法所制备的特种纸的应用,其特征在于,所述特种纸应用于绝缘包装、蜂窝芯材、印刷包装、建筑防水、地面覆盖、医用灭菌包装、复合材料增强及锂电池隔膜领域。
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