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技術(shù)專區(qū)

打漿方式對紙基芳綸纖維性能及紙張強(qiáng)度的影響
時間: 2021-04-13  來源: 廣東弗艾博纖維技術(shù)研究有限公司   作者: 小編

[摘　要] 　主要研究了槽式打漿和PFI 打漿對芳綸1414 纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)及成紙性能的影響。研究表明:芳綸1414 短切纖維不適宜進(jìn)行打漿,進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理可以改善其在水溶液中的分散性能,漿粕纖維槽式打漿效果優(yōu)于PFI 打漿,當(dāng)打漿度為40°SR 左右時,紙張強(qiáng)度較未打漿有較大提高。

    對位芳綸纖維是全芳香族聚酰胺纖維的通稱,是20 世紀(jì)六七十年代由美國杜邦公司率先研制開發(fā)的一種合成纖維[ 1 ,2 ] 。它是一種采用高分子液晶紡絲工藝生產(chǎn)的合成纖維,其大分子結(jié)構(gòu)符合伸直鏈模型,具有高結(jié)晶度和取向度。因其具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異性能,對位芳綸纖維被廣泛應(yīng)用于先進(jìn)復(fù)合材料、防護(hù)材料、橡膠增強(qiáng)材料、纜繩和光纜、工業(yè)織物、建筑結(jié)構(gòu)加固材料、摩擦材料和密封材料等領(lǐng)域。尤其以制備高性能芳綸紙復(fù)合材料用作高性能電氣絕緣材料、印刷線路板及電磁波防護(hù)材料而備受矚目[325 ] 。針對對位芳綸纖維的打漿工藝進(jìn)行研究并比較了不同打漿方式對芳綸紙各項(xiàng)性能的影響,以期為芳綸紙的應(yīng)用生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
 
1 　實(shí)驗(yàn)

1. 1 　原料與儀器
原料:對位芳綸短切纖維細(xì)度1. 5d ,平均長度6mm ;對位芳綸漿粕平均長度0. 5～3. 0mm ;十二烷基苯磺酸鈉。儀器應(yīng)用:
1、F-Fiber sheet former 紙頁成型器
（http://njcc0g.cn/pro1/tanzuxianweichengxing/365.html#container）
2、F-Fiber HTP高溫輥壓壓光機(jī)
（http://njcc0g.cn/pro4/368.html#container）
3、F-Fiber 肖伯爾打漿度測試儀
（http://njcc0g.cn/pro6/xianweifensanyiqi/375.html#container）
4、F-Fiber Beating  纖維打纖機(jī)
（http://njcc0g.cn/pro3/367.html#container）
5、F-Fiber mill 磨纖機(jī)
（http://njcc0g.cn/pro3/moxianjixilie/329.html#container）

1. 2 　打漿操作
    磨漿機(jī),芳綸纖維以10 %的濃度在PFI 磨漿機(jī)中根據(jù)設(shè)定的不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)進(jìn)行磨漿,適時測量打漿度。槽式打漿,芳綸纖維以1 %的濃度在槽式打漿機(jī)中加壓(掛1kg 砣) 進(jìn)行打漿。
 
1. 3 　短切纖維的預(yù)處理
    將對位芳綸短切纖維進(jìn)行清洗,采用1. 2 ×10 - 3 mol/ L 的十二烷基苯磺酸鈉溶液攪拌清洗30min ,溶液溫度60 ℃,取出清洗,干燥備用。
 
1. 4 　芳綸紙的抄造、熱壓及物理檢測將對位芳綸纖維與對位芳綸漿粕纖維以7 ∶3 的質(zhì)量比混合,再加入不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的間位芳綸沉析纖維,經(jīng)疏解稀釋后采用德國ERNST2
    HAA GE BBS23 紙頁成型器抄造芳綸紙。將抄造得到的芳綸紙通過芬蘭DT2science的Dp2003 三輥軟壓光機(jī)進(jìn)行熱壓,熱壓溫度為260 ℃,壓力12～16MPa 。
    按照國家標(biāo)準(zhǔn)檢測方法測定熱壓芳綸紙的定量、厚度、抗張指數(shù)、撕裂指數(shù)及耐壓強(qiáng)度。
 
2 　結(jié)果與討論

2. 1 　芳綸短切纖維打漿
    短切纖維在PFI 磨中加壓打漿時,打漿輥?zhàn)笥遗鲎瞾砘財(cái)[動,磨體產(chǎn)生很大震動,打漿難以正常進(jìn)行,且對PFI 磨破壞較大。分析其原因不外乎有兩點(diǎn):一是強(qiáng)度很高,模量很高是短切纖維的固有特點(diǎn),在打漿時比普通纖維發(fā)生形變要困難得多,導(dǎo)致打漿輥和打漿室與纖維之間產(chǎn)生的應(yīng)力很大,才會造成震動。二是纖維較長,在PFI磨中打漿濃度又較高,一般為10 %左右,纖維很難沿打漿室內(nèi)壁均勻分散,在突然加壓的情況下,未分散均勻的漿料會造成打漿應(yīng)力的波動,從而產(chǎn)生震動。以上兩個方面是同時影響PFI 磨的正常運(yùn)行。因此,短切纖維打漿實(shí)驗(yàn)改在Valley打漿機(jī)中進(jìn)行。
    為了避免短切纖維的強(qiáng)度在打漿過程中損傷較大,打漿比壓不宜太大,而短切纖維的強(qiáng)度又很高,在同時保證打漿對纖維處理的效果時,打漿比壓又不能太小,所以采用2. 5～7. 5kgF 打漿比壓,打漿時間不宜超過30min 。

 

芳綸纖維性能,芳綸打纖機(jī),芳綸紙強(qiáng)度
a 短切纖維打漿前　　　             　　b 短切纖維打漿后
                  圖1 　短切纖維打漿前后對比

    打漿后觀察纖維形態(tài)發(fā)現(xiàn),如圖1 ,隨著打漿比壓和打漿時間的增加,短切纖維損傷程度增加很快,局部出現(xiàn)分絲帚化現(xiàn)象,接近于芳綸漿粕纖維。因此短切纖維的強(qiáng)度會大大降低,短切纖維與漿粕纖維在紙張中一起形成的“鋼筋混凝土”結(jié)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞,導(dǎo)致紙張強(qiáng)度下降,因此選擇對短切纖維不進(jìn)行打漿。
 
2. 2 　芳綸短切纖維的化學(xué)預(yù)處理
    短切纖維在合成紡絲過程中需要大量的溶劑、凝固劑和各種其他有機(jī)試劑以及化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物等物質(zhì)和纖維表面接觸,所以在成品纖維表面一定存在少量的非纖維化學(xué)成分有機(jī)物,如圖2 (a) 所示。這些有機(jī)油劑大都是憎水物質(zhì),它為纖維與水的浸潤設(shè)置了障礙,增加了纖維的憎水性。此外,芳綸短切纖維的密度比水大,纖維在水中應(yīng)下沉。但是由于表面有機(jī)油劑的存在,漿料在攪拌過程中纖維表面極易吸附小氣泡而上浮,不利于纖維的分散。所以,必須除去這些有機(jī)油劑。

芳綸打漿機(jī),芳綸打纖機(jī),芳綸紙性能

   a 　未處理芳綸1414 短切纖維表面 b. 處理后芳綸1414 短切纖維表面
                     圖2 　短切纖維處理前后表面對比


    前期大量試驗(yàn)表明,用十二烷基苯磺酸鈉(LAS) 熱溶液洗滌的芳綸短切纖維效果最好,如圖2 ( b) 所示,纖維表面不再吸附水中小氣泡而上浮,所抄紙張勻度也較未處理纖維紙張勻度有較大改善。因此,確定芳綸短切纖維表面預(yù)處理方法為十二烷基苯磺酸鈉熱水溶液洗滌。

2. 3 　芳綸漿粕的PFI 磨漿

     漿粕纖維在PFI 磨中打漿時,由于漿粕纖維耐壓能力較弱,纖維在通過打漿輥與打漿室內(nèi)壁時,由于瞬間產(chǎn)生的高壓使得部分纖維發(fā)生熔化。熔化后的纖維會粘結(jié)周圍的其他纖維形成纖維熔融體,這時候纖維熔融體的尺寸比一般纖維大。當(dāng)纖維熔融體再次在打漿輥和打漿室內(nèi)壁之間通過時,其被打漿輥和打漿室內(nèi)壁擠壓的幾率更大,而且承受的壓力也更大,會形成尺寸更大的纖維熔融體,如圖3 所示。纖維熔融體為纖維熔化后的粘結(jié)塊,因此不能疏解分散。

 

芳綸打漿機(jī),打纖機(jī),芳綸紙強(qiáng)度性能

   a. 漿粕纖維熔融體( ×100) 　　b. 漿粕纖維熔融體( ×400)
             圖3 　漿粕PFI 打漿過程中產(chǎn)生的纖維熔融體


    另外在實(shí)驗(yàn)室抄手抄片試樣的過程中,明顯可以看出漿粕纖維用PFI 磨打漿后手抄片勻度很差,而且手感疲塌。后續(xù)熱壓工藝研究也表明,所抄紙張熱壓時,纖維熔融體尺寸較周圍紙張厚度大許多,承受了熱壓輥的大部分壓力而首先熔化透明,出現(xiàn)縱向褶子。褶子的產(chǎn)生導(dǎo)致物檢紙張強(qiáng)度時紙張無一例外全從褶子強(qiáng)度低處斷裂,并不能代表整個紙張的強(qiáng)度,在紙張其余地方因褶子使得所受溫度壓力未達(dá)到預(yù)定值也導(dǎo)致紙張強(qiáng)度無法準(zhǔn)確測量。所以漿料中纖維熔融體應(yīng)盡量除去。但是纖維熔融體尺寸有大有小,在篩選時,無法把很小的纖維熔融體篩選干凈,所以不能徹底解決問題。研究表明漿粕纖維在Valley 打漿機(jī)中打漿時,上述問題可以得到有效避免。
 
2. 4 　芳綸漿粕的槽式打漿

    槽式打漿主要是利用飛刀旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的力推動漿料在漿槽中循環(huán)運(yùn)行來打漿。實(shí)驗(yàn)選擇槽式打漿濃度為1 % ,圖4 為Valley 打漿機(jī)打漿所得不同打漿度下多媒體顯微鏡觀察到的漿粕纖維形態(tài)。

 

 

芳綸磨漿機(jī),芳綸打漿機(jī),芳綸磨纖機(jī),芳綸打纖機(jī)


    在Valley 打漿機(jī)打漿過程中,潤脹、剪切、扭曲和壓潰同時作用于纖維,使纖維的高取向皮層脫落,芯層的微原纖抽出,形成毛絨狀的分絲盤繞在主干周圍[6 ] 。從圖4 可以看到,隨著打漿度的上升,芳綸漿粕纖維的切斷越來越嚴(yán)重,纖維分絲帚化程度提高,纖維長度下降。對不同打漿度的漿粕與處理過的短切纖維以7 ∶3 的比例混抄成紙張,紙張性能測試結(jié)果見表1

 

芳綸打纖機(jī),芳綸打漿機(jī),芳綸磨漿機(jī),芳綸磨纖機(jī)

  
    從表1 可以看到,抗張指數(shù)和撕裂指數(shù)隨著打漿度的上升均呈現(xiàn)出先增大后減小的現(xiàn)象,這是因?yàn)榇驖{前期,纖維長度較長,保證了紙頁的強(qiáng)度。而隨著打漿度的進(jìn)一步上升,纖維切斷扭曲嚴(yán)重,長度下降,導(dǎo)致抄造的紙頁力學(xué)性能也隨之下降。打漿度為40°SR 左右時,紙張抗張強(qiáng)度和撕裂度較未打漿有較大幅度提高,表明在一定范圍內(nèi),漿粕打漿對紙張力學(xué)性能有明顯的增強(qiáng)效果。
 
3 　結(jié)論

    芳綸短切纖維不宜進(jìn)行打漿,用十二烷基苯磺酸鈉溶液對其表面進(jìn)行預(yù)處理可改善其在水溶液中的分散性能。芳綸漿粕使用PFI 磨磨漿容易形成纖維熔融體,使成紙表面不平整,在紙張熱壓過程受熱受力不均產(chǎn)生褶子,導(dǎo)致紙張各項(xiàng)性能無法準(zhǔn)確測量。

    Valley 打漿機(jī)可減少對纖維的損傷且有效避免纖維熔融體的產(chǎn)生,且使纖維分絲帚化程度達(dá)到最高,當(dāng)打漿度為40°SR 左右時,成紙強(qiáng)度較高。


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