【技术·分享】什么是高性能纤维纸?一文让你看明白它的制备与应用!

纺织导报 2020-06-02 09:46:14

高性能纤维纸是指相别于普通纸张、具有特殊的纸张结构,或包含特殊的原料、助剂、涂层等,可用作绝缘、导电、耐热、阻燃、隔热、耐腐蚀、耐化学试剂等特殊领域的纸张。高性能纤维纸针对性和专用性很强,在电子电气、航空航天、军事科技、工业生产和日常生活中用途广泛。

目前常见的用于制备高性能纤维纸的原料有芳纶、碳纤维、聚酰亚胺纤维、聚对苯撑苯并二噁唑纤维(PBO)、聚苯并咪唑纤维(PBI)、碳化硅纤维、聚四氟乙烯纤维、玄武岩纤维等。加工方法主要分为湿法与干法两种:

(1)湿法成形是将短纤维原料、粘结剂(热固性的树脂或是粘合性高的树脂等)加入纸浆中,湿法抄造成形后经热轧工艺制备而成。成纸性能的主要影响因素包括纤维粗细、长度、纤维表面粗糙程度、纤维表面活性基团、分散剂、纸浆、粘结剂、热轧温度、纸厚度等;

(2)干法成形工艺则比较简单,它是利用气流或梳理成网的工艺,首先将原料纤维与粘合剂(热塑性、热固性粘合剂)均匀地铺设成网,制成厚度可控、均匀的非织造布,再经过轧光机热轧、热风穿透干燥工艺制得高性能纤维纸。

1   芳纶纸



芳纶纸,学名聚芳酰胺纤维纸,主要由沉析纤维和短切纤维按一定比例混合打浆后抄造热轧而成。它不但具有优良的物理机械性能,还具有较好的热稳定性、阻燃性、电绝缘性和耐辐射性,是航空、航天、国防、电子、通讯、环保、化工和海洋开发等领域中的重要基础材料。

芳纶纸由美国杜邦公司于1960 年研制成功,主要是以芳纶1313为主要原料的Nomex®系列和以芳纶1414为主要原料的Kevlar®系列。2014年杜邦帝人先进纸(日本)有限公司申请了关于导电芳纶纸及其制备方法的专利,专利主要介绍的导电性芳纶纸,包含芳纶短纤维、芳纶沉析纤维以及含导电性填料的导电性芳纶纸,其抄造的芳纶纸密度为0.45~1.10 g/cm3、拉伸强度为2.5 kN/m以上、表面电阻率为10 ~ 500Ω·m,所制备的导电性芳纶纸具有良好的抗静电功能。

芳纶及芳纶纸的核心制备技术被美国杜邦、日本帝人等少数公司长期垄断,国内自20世纪80年代开始做跟踪研究,其中烟台泰和新材料股份有限公司(原烟台氨纶)联合东华大学经过不断技术攻关,分别于2004年和2008年实现了芳纶1313和芳纶纸的产业化生产,其芳纶和芳纶纸的综合性能达到杜邦和帝人等大公司产品性能的70% ~ 80%。近年来国内外研究学者们对芳纶纸进行了大量研究。


2 碳纤维纸



碳纤维纸是使用100%碳纤维或活性碳纤维,以及碳纤维或活性碳纤维与其它纤维混合后,利用湿法或干法成形的方法抄造而成的。可用作防静电包装纸、面状发热材料、电磁波屏蔽材料、导电纸、质子交换膜燃料电池用气体扩散层材料等,具有广阔的应用前景。

美国底特律一家公司在2007年成功申请了一项关于碳纤维纸的美国专利。该发明用碳纤维纸作为燃料电池的气体扩散介质,以增加燃料电池的耐用性。2005年,日本一家公司也发明了一种用于燃料电池的碳纤维纸。该碳纤维纸比表面积达1.05m2/g以上,具有极好的弹性,更适用于燃料电池的多孔电极基材。

除此之外,其他专家学者也对碳纤维纸进行了大量的科学探究。1988年,美国Stackpole Fibers公司采用短切碳纤维与植物纤维的混合浆料通过湿法造纸的方法制备了具有可控电阻率的碳纤维纸,用作电子设备的电磁屏蔽材料;Masanori等采用湿法造纸工艺制备了碳纳米管(CNT)/纤维素纤维复合导电纸,对于 5~10GHz的电磁波,其屏蔽效能可达50 dB;王虹等对碳纤维分散性及其湿法抄造碳纤维纸进行研究,结果表明,添加分散剂能有效改善碳纤维的分散性,以阴离子聚丙烯酰胺(APAM)和聚氨酯型(PU)分散剂复配使用为最佳,碳纤维越长或分散体系中碳纤维质量百分数越高越难分散,适宜的碳纤维长度为 2~6 mm,用木浆或热熔纤维作粘合纤维能有效提高碳纤维纸的强度。


3 其他高性能纤维纸


除上述介绍的芳纶纸、碳纤维纸外,以PBO、聚苯胺、聚酰亚胺、玄武岩等为原料抄造的高性能纤维纸的研究与开发也日趋火热。

周洋等以植酸(PA)为掺杂剂/共掺杂剂制备聚苯胺,并抄造成聚苯胺的导电阻燃纸,测试结果显示,制备的聚苯胺导电阻燃纸均有较好的导电和阻燃效果,并且具有良好的阻燃环境稳定性;杨军等用苯并噁嗪树脂增强PBO纸基材料,该纸基材料在未完全固化的条件下,其纵、横向的裂断长分别高达7.51 km和6.82 km,并且具有良好的耐热性能;日本宇部兴产(UBE)株式会社通过对聚酰亚胺泡沫进行打浆,发明了一种用于制造聚酰亚胺耐热纸的纤维,该纤维具有多分叉的特点,且纤维的耐热温度很高,制成的纸页经热轧后可获得高强度的聚酰亚胺耐热纸。   

另外,河北工业大学的胡琳娜早在2004年就以30% ~40%的玄武岩纤维与60% ~ 70%的木浆混合成浆,抄制高性能的纸张,其实验结果表明,玄武岩纤维含量越高,混抄纸板的透气性越大,但强度会降低,其最大特点是可降解,对环境无害。


【回顾】往期精品微信:
1【纺纱技术】10种新型花式纱的技术分享,特种原料、特种设备和特殊工艺!
2【导报社评】中国纺织业没那么糟!
3【头条】《纺织导报》入选2015中国“百强报刊”
4【现场】变世界加工厂为时尚策源地 ——聚焦2017(春夏)中国流行面料入围评审!
5【前沿】从ORWM 2016上看户外纺织品最新技术进展!
6【喜大普奔】《纺织导报》入编《中文核心期刊要目总览》第七版



综合整理:《纺织导报》

欢迎转载,请标明出处,谢谢!

《纺织导报》杂志是中国纺织信息中心主办的导向性科技期刊,旨在对纺织技术发展动态进行深度的报道和分析,对科技政策和产业规则进行权威的解读,是政府机构、行业组织科技政策与思路趋向的风向标,是帮助行业与企业决策者把握纺织技术现状以及技术市场脉络的重要窗口。

纺织导报官方网站www.texleader.com.cn

纺织导报新浪微博:搜索“纺织导报”

纺织导报微信:搜索“texleader”或 “纺织导报”

纺织导报iPad电子杂志:Apple Store 搜索“纺织导报”

欢迎订阅《纺织导报》:邮发代号82-908

发行热线:010-85229079

广告垂询:010-85229658 85229713

分享微信点击右上角分享按钮选择发送朋友或朋友圈