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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 短切纖維不適宜進行打漿,進行適當(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)用于先進復(fù)合材料、防護材料、橡膠增強材料、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材料而備受矚目[325 ] 。針對對位芳綸纖維的打漿工藝進行研究并比較了不同打漿方式對芳綸紙各項性能的影響,以期為芳綸紙的應(yīng)用生產(chǎn)提供指導(dǎo)。
 
1 　實驗

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
（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
（http://njcc0g.cn/pro3/367.html#container）
5、F-Fiber mill 磨纖機
（http://njcc0g.cn/pro3/moxianjixilie/329.html#container）

1. 2 　打漿操作
    磨漿機,芳綸纖維以10 %的濃度在PFI 磨漿機中根據(jù)設(shè)定的不同磨漿轉(zhuǎn)數(shù)進行磨漿,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中加壓(掛1kg 砣) 進行打漿。
 
1. 3 　短切纖維的預(yù)處理
    將對位芳綸短切纖維進行清洗,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 三輥軟壓光機進行熱壓,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,打漿輥左右碰撞來回擺動,磨體產(chǎn)生很大震動,打漿難以正常進行,且對PFI 磨破壞較大。分析其原因不外乎有兩點:一是強度很高,模量很高是短切纖維的固有特點,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 磨的正常運行。因此,短切纖維打漿實驗改在Valley打漿機中進行。
    為了避免短切纖維的強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,芳綸紙強度
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)致紙張強度下降,因此選擇對短切纖維不進行打漿。
 
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)成分有機物,如圖2 (a) 所示。這些有機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,必須除去這些有機油劑。

芳綸打漿機,芳綸打纖機,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,打纖機,芳綸紙強度性能

   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


    另外在實驗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)致物檢紙張強度時紙張無一例外全從褶子強度低處斷裂,并不能代表整個紙張的強度,在紙張其余地方因褶子使得所受溫度壓力未達到預(yù)定值也導(dǎo)致紙張強度無法準(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)運行來打漿。實驗選擇槽式打漿濃度為1 % ,圖4 為Valley 打漿機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,芳綸打漿機,芳綸磨纖機,芳綸打纖機


    在Valley 打漿機打漿過程中,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

 

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    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,這是因為打漿前期,纖維長度較長,保證了紙頁的強度。而隨著打漿度的進一步上升,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)性能有明顯的增強效果。
 
3 　結(jié)論

    芳綸短切纖維不宜進行打漿,用十二烷基苯磺酸鈉溶液對其表面進行預(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)致紙張各項性能無法準(zhǔn)確測量。

    Valley 打漿機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到最高,當(dāng)打漿度為40°SR 左右時,成紙強度較高。


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