一種斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法與流程
2023-08-06 04:19:51
本發明屬於造紙工業與材料工業交叉技術領域，具體涉及一種斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法。
背景技術：
作為高性能纖維的一個重要品種，聚醯亞胺纖維具有優越的絕緣性能、耐高溫性能，良好的力學性能、耐化學腐蝕性、熱氧化穩定性和耐輻射性能等。以聚醯亞胺纖維為原料製備的耐高溫絕緣複合材料，與傳統絕緣材料相比，具有更好的耐高溫、高強度、高絕緣性等，主要應用於電氣絕緣及蜂窩結構增強領域，包括發電設備、輸變電設備、電機、航空航天、軌道交通、牽引機車、電器、電子、家電、通訊和新能源(風能、太陽能和核能)等多個行業。芳綸和芳碸綸漿粕，是芳綸和芳碸綸的差別化產品，它繼承了各自漿粕的高強、高模、耐溫性好的優良特徵，表面呈絨毛狀，微纖叢生，毛羽豐富，具有與植物纖維類似的分絲帚化現象，因此易與同類纖維、水以及醯胺類的複合樹脂形成氫鍵，使得漿粕的纏結能力強，與其他纖維配合製備複合材料時勻度更好，製備的複合材料性能更佳。聚醯亞胺漿粕由聚醯亞胺纖維製備而成，具備了聚醯亞胺纖維的各種優良特徵。
目前國內外聚醯亞胺絕緣紙的製備方法，多為實驗室小試，真正工業化生產尚未見報導。此外，目前市場上出現的絕緣複合材料大多採用了化學添加劑的方式實現複合材料的成型，而添加劑的使用會增加水處理難度，汙染環境，且對產品的介電性能又會產生不利影響。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服聚醯亞胺纖維紙製備過程中漿料濃度低而影響複合材料成型以及化學添加劑的加入對環境汙染及產品介電性能影響的問題，提供一種製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的新方法，採用溼法成型工藝，於斜網成型器中成型，實現了低上網濃度，高產品勻度的目的。
為實現以上目的，本發明採用如下技術方案：本發明是一種斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法，其特點是，包括以下步驟：
（1）將聚醯亞胺短切纖維在分散池中分散得到含有短切纖維的懸浮液，加水稀釋；稀釋用水的電導率為3-10us/cm；所述短切纖維的長度為3mm-10mm；分散時的攪拌時間為0.5h-5h；加水稀釋至聚醯亞胺短切纖維懸浮液濃度為0.5wt‰-6wt‰；
（2）採用打漿機對漿粕進行打漿，然後加入到含有短切纖維的懸浮液中，均勻混合，得漿料懸浮液；所述的漿粕為芳綸漿粕、芳碸綸漿粕或者聚醯亞胺漿粕中的一種或多種；打漿的濃度為0.1%-0.8%，打漿時間為5min-100min；短切纖維佔漿料懸浮液質量百分比為60%－95%；
（3）將漿料懸浮液採用斜網成型工藝得到聚醯亞胺原紙；漿料通過布漿器布漿後經斜網成型器成型，斜網的上網濃度為0.01‰-3‰，漿網速比：0.3-1；出斜網部紙頁的幹度：≥15%；運行車速：10-80m/min；
（4）將原紙進行熱壓處理，冷卻後得到聚醯亞胺紙成品；所述熱壓的溫度為160℃-360℃，所述熱壓的線壓力為50kg/cm2-500kg/cm2，所述熱壓的速度為3m/min-80m/min。
本發明所述的斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法中，其進一步優選的技術方案或者技術特徵是：
1、步驟（3）中，斜網的上網濃度為0.2‰；脫水壓差保持恆定；紙張最終定量：20-90g/m2；流漿箱的類別為滿流式流漿箱或者敞開式流漿箱。
2、步驟（1）所述短切纖維的長度為5mm-7mm；分散時的攪拌時間為1h-3h。
3、步驟（1）中加水稀釋至聚醯亞胺纖維懸浮液濃度為2wt‰-3wt‰。
4、步驟（2）所述漿粕選自芳綸漿粕、芳碸綸漿粕或者聚醯亞胺漿粕中的一種或幾種。
5、步驟（2）所述打漿的濃度為0.4%-0.6%，打漿時間為20min-50min。
6、步驟（2）中短切纖維和漿粕的混合時間為0.5h-4h。
7、步驟（2）中短切纖維佔漿料懸浮液質量百分比為70%－85%。
8、步驟（4）所述熱壓的溫度為200℃-260℃，所述熱壓的線壓力為150kg/cm2-350kg/cm2，所述熱壓的速度為20m/min-50m/min。
與現有技術相比，本發明的有益效果為：
1、本發明以聚醯亞胺纖維和漿粕為原料，採用溼法成型工藝，於斜網成型器中成型製備出聚醯亞胺纖維絕緣紙，然後經熱壓工藝最終製備出了強度和電性能良好的聚醯亞胺纖維絕緣紙。
2、本發明製備過程中採用斜網成型設備實現了低濃成型，改善了產品組織結構均勻性；
3、本發明在加工當中未添加任何助劑，避免了添加劑對產品介電性能的影響，降低了廢水的處理難度及對環境的汙染。
4、本發明方法製得的產品的開發拓寬了耐高溫絕緣複合材料的選擇範圍，滿足高速發展的科學技術對耐高溫絕緣材料的要求。
5、本發明所使用原料之一為聚醯亞胺纖維，纖維較長，表面無連接鍵，且產品在成型過程中漿料的濃度極低，利用傳統的複合材料成型器會由於漿料濃度過低影響材料成型和產品結構組織均勻性，因此本發明採用了斜網紙機成型。斜網紙機與普通長網紙機的不同之處在於：長網紙機的網案幾乎與底軌平行，而斜網紙機則於底軌成一定角度，斜網紙機兼容了長網、圓網的特點，特別適合於抄造長纖維特種紙，斜網成型器上網濃度使長纖維在上網時有足夠的空間保持其懸浮狀態以防止絮聚。由於上網濃度低，這就要求斜網成型器在紙頁成型時大量的脫水，且整個脫水和成型基本同步進行，多次的，長時間的使纖維在充分舒展的情況下成型，不像長網、圓網紙機在短時間內、短距離內成形，這樣就能保證成型後有較好的勻度。
具體實施方式
為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將對本發明的技術方案進行詳細的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所得到的所有其它實施方式，都屬於本發明所保護的範圍。
實施例1，一種斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法：
（1）將聚醯亞胺短切纖維在分散池中分散得到含有短切纖維的懸浮液，加水稀釋；稀釋用水的電導率為3us/cm；所述短切纖維的長度為3mm；分散時的攪拌時間為0.5h；加水稀釋至聚醯亞胺纖維懸浮液濃度為0.5wt‰；
（2）採用打漿機對漿粕進行打漿，然後加入到含有短切纖維的懸浮液中，均勻混合，得漿料懸浮液；所述的漿粕為芳綸漿粕、芳碸綸漿粕或者聚醯亞胺漿粕中的一種或多種；打漿的濃度為0.1%，打漿時間為5min；短切纖維佔漿料懸浮液質量百分比為60%；所述漿粕為芳綸漿粕、芳碸綸漿粕或者聚醯亞胺漿粕中的一種；
（3）將漿料懸浮液採用斜網成型工藝得到聚醯亞胺原紙；漿料通過布漿器布漿後經斜網成型器成型，斜網的上網濃度為0.01‰，漿網速比：0.3；出斜網部紙頁的幹度：15%；運行車速：10m/min；
（4）將原紙進行熱壓處理，冷卻後得到聚醯亞胺紙成品；所述熱壓的溫度為160℃，所述熱壓的線壓力為50kg/cm2，所述熱壓的速度為3m/min。
實施例2，一種斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法：
（1）將聚醯亞胺短切纖維在分散池中分散得到含有短切纖維的懸浮液，加水稀釋；稀釋用水的電導率為10us/cm；所述短切纖維的長度為10mm；分散時的攪拌時間為5h；加水稀釋至聚醯亞胺纖維懸浮液濃度為6wt‰；
（2）採用打漿機對漿粕進行打漿，然後加入到含有短切纖維的懸浮液中，均勻混合，得漿料懸浮液；所述的漿粕為芳綸漿粕、芳碸綸漿粕或者聚醯亞胺漿粕中的一種或多種；打漿的濃度為0.8%，打漿時間為100min；短切纖維佔漿料懸浮液質量百分比為95%；所述漿粕選自芳綸漿粕和芳碸綸漿粕按1：1組成的混合物。
（3）將漿料懸浮液採用斜網成型工藝得到聚醯亞胺原紙；漿料通過布漿器布漿後經斜網成型器成型，斜網的上網濃度為3‰，漿網速比：1；出斜網部紙頁的幹度：18%；運行車速：80m/min；
（4）將原紙進行熱壓處理，冷卻後得到聚醯亞胺紙成品；所述熱壓的溫度為360℃，所述熱壓的線壓力為500kg/cm2，所述熱壓的速度為80m/min。
實施例3，一種斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法：
（1）將聚醯亞胺短切纖維在分散池中分散得到含有短切纖維的懸浮液，加水稀釋；稀釋用水的電導率為6us/cm；所述短切纖維的長度為7mm；分散時的攪拌時間為1h；加水稀釋至聚醯亞胺纖維懸浮液濃度為3wt‰；
（2）採用打漿機對漿粕進行打漿，然後加入到含有短切纖維的懸浮液中，均勻混合，得漿料懸浮液；所述的漿粕為芳綸漿粕、芳碸綸漿粕或者聚醯亞胺漿粕中的一種或多種；短切纖維和漿粕的混合時間為2h得漿料懸浮液；打漿的濃度為0.3%，打漿時間為20min；短切纖維佔漿料懸浮液質量百分比為75%；所述漿粕選自芳綸漿粕和聚醯亞胺漿粕按1：2組成的混合物;
（3）將漿料懸浮液採用斜網成型工藝得到聚醯亞胺原紙；漿料通過布漿器布漿後經斜網成型器成型，斜網的上網濃度為0.2‰，漿網速比：0.6；出斜網部紙頁的幹度：20%；運行車速：40m/min；脫水壓差保持恆定；紙張最終定量：70g/m2；
（4）將原紙進行熱壓處理，冷卻後得到聚醯亞胺紙成品；所述熱壓的溫度為260℃，所述熱壓的線壓力為250kg/cm2，所述熱壓的速度為30m/min。
實施例4，一種斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法，包括以下步驟：
（1）將聚醯亞胺短切纖維在分散池中分散得到含有短切纖維的懸浮液，加水稀釋；稀釋用水的電導率為5us/cm；所述短切纖維的長度為5mm；分散時的攪拌時間為2.5h；加水稀釋至聚醯亞胺纖維懸浮液濃度為2wt‰；
（2）採用打漿機對漿粕進行打漿，然後加入到含有短切纖維的懸浮液中，均勻混合，得漿料懸浮液；所述的漿粕為芳綸漿粕、芳碸綸漿粕或者聚醯亞胺漿粕中的一種或多種；打漿的濃度為0.5%，打漿時間為50min；短切纖維佔漿料懸浮液質量百分比為85%；所述漿粕為芳綸漿粕、芳碸綸漿粕或者聚醯亞胺漿粕按3：2：1組成的混合物。
（3）將漿料懸浮液採用斜網成型工藝得到聚醯亞胺原紙；漿料通過布漿器布漿後經斜網成型器成型，斜網的上網濃度為0.05‰，漿網速比：0.5；出斜網部紙頁的幹度：19%；運行車速30m/min；
（4）將原紙進行熱壓處理，冷卻後得到聚醯亞胺紙成品；所述熱壓的溫度為200℃，所述熱壓的線壓力為100kg/cm2，所述熱壓的速度為35m/min。
實施例5，一種斜網成型法製備聚醯亞胺纖維絕緣紙的工業化方法：
（1）將聚醯亞胺短切纖維在分散池中分散得到含有短切纖維的懸浮液，加水稀釋；稀釋用水的電導率為5us/cm；所述短切纖維的長度為10mm；分散時的攪拌時間為40min；加水稀釋至聚醯亞胺短切纖維懸浮液濃度為2wt‰；
（2）採用打漿機對漿粕進行打漿，然後加入到含有短切纖維的懸浮液中，均勻混合，得漿料懸浮液；所述的漿粕為芳綸漿粕；打漿的濃度為0.7%，打漿時間為45min；短切纖維佔漿料懸浮液質量百分比為95%；
（3）將漿料懸浮液採用斜網成型工藝得到聚醯亞胺原紙；漿料通過布漿器布漿後經斜網成型器成型，斜網的上網濃度為0.5‰，漿網速比：0.6；出斜網部紙頁的幹度：18%；運行車速：40m/min；
（4）將原紙進行熱壓處理，冷卻後得到聚醯亞胺紙成品；所述熱壓的溫度為330℃，所述熱壓的線壓力為400kg/cm2，所述熱壓的速度為65m/min。
經檢驗，製備的聚醯亞胺纖維絕緣紙橫向拉伸強度≥39n/cm，縱向拉伸強度≥13n/cm，同時具備良好的耐高溫性能，可在260℃以下可長期連續使用，還具備極佳的電絕緣性，介電強度≥15kv/mm，介電常數為1.5-2.5，與空氣介電常數接近，在高溫、低溫及潮溼環境下均能保持優良的電絕緣性。聚醯亞胺耐高溫絕緣紙極好的電絕緣性和化學穩定性等可滿足耐高溫絕緣材料領域的需求，隨著科技的高速發展，聚醯亞胺耐高溫絕緣複合材料具有更高的研究和應用價值。
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。