一种低成本纯间位芳纶绝缘复合纸的制造方法与流程

1.本发明涉及芳纶纸制备技术领域，尤其是涉及一种低成本纯间位芳纶绝缘复合纸的制造方法。


背景技术：

2.间位芳纶纸是以间位芳纶短切纤维和间位芳纶沉析纤维为原料，采用湿法抄造和热轧成型制造的纸状耐高温材料，其中短切纤维提供机械强度，沉析纤维提供粘结，同时在绝缘应用中提供介电性能。
3.间位芳纶纸因其具备轻质高强、耐高温、阻燃、抗腐蚀以及优异介电性能，可作为绝缘材料和蜂窝芯材而广泛应用于航空航天、轨道交通、电气电子绝缘等领域。其中应用在绝缘领域的间位芳纶纸分为两大类：复合纸(a)和纯纸。复合纸一般是将其与聚酯薄膜(简称m)、聚酰亚胺薄膜(简称h或k)或者聚苯硫醚(简称p)复合后使用，形成结构am二层结构或ama三层结构复合材料。应用于电机的槽绝缘、匝间绝缘、衬垫绝缘和变压器线圈包扎绝缘等，目前已有完整的柔软复合材料标准规范jb/4061.1-1995。美国杜邦公司在该领域的典型产品型号为t464。
4.在柔软复合材料应用中，芳纶复合纸主要承担耐高温、抗撕、耐磨和增加挺度等作用，而对其绝缘作用的要求相对较低，t464/0.05mm介电强度10kv/mm-12kv/mm已经基本满足使用要求，相比较纯纸t410/0.05mm介电强度17.3kv/mm，差距也比较大。同时，柔软复合材料的应用很广，需求量比较大，为了在激烈的市场竞争中立足，将此类产品定位为中性能和低成本，因此在保持一定性能的基础上，进行降本增效成为研发的重点。
5.在芳纶纸制造过程中，一般是通过将短切纤维和沉析纤维按一定比例混合在水介质中，然后在网上沉积，抄造形成原纸；再利用芳纶材料玻璃化转变原理，将原纸经过高温热轧，形成成品纸。因此抄造速度和热轧速度是降低复合纸成本的关键。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种低成本纯间位芳纶绝缘复合纸的制造方法，以解决现有技术中芳纶复合纸成本高的技术问题。
7.本发明提供一种低成本纯间位芳纶绝缘复合纸的制造方法，包括如下步骤：
8.sp1：原料的制备，包括5-40重量份的芳纶短切纤维，以及60-95重量份的芳纶沉析纤维；
9.sp1-1：所述芳纶短切纤维是长度为6-10mm、细度为1-3旦的间位芳纶纤维；
10.sp1-2：所述芳纶沉析纤维的制备包括如下步骤：
11.sp1-2-1：准备低温间位芳纶聚合物；
12.sp1-2-2：配制凝固液；
13.sp1-2-3：将所述间位芳纶聚合物通过喷嘴进入沉析机与所述凝固液混合，进行高速剪切搅拌，混合均匀，获得沉析纤维产物；
14.sp1-2-4：对所述产物进行固化处理，再进行洗浆，获得所述芳纶沉析纤维；
15.sp2：两层斜网抄造；
16.sp2-1：将上述芳纶短切纤维原料在水中分散疏解，制成质量浓度为0.3-0.8％的芳纶短切纤维浆料；
17.sp2-2：将上述芳纶沉析纤维原料在水中分散疏解，盘磨直至叩解度为50-650sr，制成质量浓度为1-2％的芳纶沉析纤维浆料；
18.sp2-3：将芳纶短切纤维浆液和芳纶沉析纤维浆液在配料池中混合均匀后，使其浓度为0.01-0.02％，经调节浆液上网压头，通过中心布浆器横向布浆、匀整浆流.将速度一致、纤维分散的浆料上网进入斜网流浆箱，浆液被均匀分布到两层成型网上，多余浆液经溢流至白水池，当浆液沿成形网运行时，借助脱水压差的作用，水从纸浆中滤出，形成湿纸页，再经过纸机烘缸得到毛纸；
19.sp3：网纹辊涂水；
20.sp3-1：准备去离子水；
21.sp3-2：选择适配的网纹辊，网纹辊一面与去离子水充分接触，保证辊面能吸附去离子水；
22.sp3-3：将毛纸贴在网纹辊另一面，在移动中涂水；
23.sp4：热轧；
24.sp4-1：将涂水后的毛纸通过平轧的方式进行热轧：
25.sp4-2：通过平轧的毛纸再进行背辊压。
26.进一步，所述芳纶沉析纤维的制备中，所述喷嘴设置为方形，所述喷嘴的孔型设置为两种，制备丝状芳纶沉析纤维时，在所述喷嘴表面开设细圆孔；制备片膜状芳纶沉析纤维时，在所述喷嘴表面开设狭缝孔。现有技术下，国内外各生产厂家均有各自的沉析纤维生产方法，但从技术路径来看，由于其沉析机均采用大口径圆形喷嘴，在剪切作用下，生产出来的沉析纤维均为丝状纤维和片膜状沉析的混合物，并且粗细不均，而片膜状沉析纤维又比较影响抄造速度，本发明中，通过改进喷嘴的孔型，将圆形树脂喷嘴改为方型，并在方型喷嘴上再次细化，制作丝状沉析纤维时用细圆孔，数量较多，保证抄造速度，若将细圆孔改为狭缝孔，则能固定产出片膜状沉析纤维，即使在沉析机中有湍流存在，仍然可以保证绝大多数沉析纤维的膜状特性。
27.进一步，所述芳纶沉析纤维的制备中，所述低温间位芳纶聚合物浓度为4-8％，相对粘度为0.8-1.3，温度控制在0-20℃。
28.进一步，所述芳纶沉析纤维的制备中，配制的凝固液为酰胺类溶剂与水的混合物，其中，酰胺类溶剂为二甲基乙酰胺，所述凝固液中所述酰胺类溶剂的含量为20-35％，所述凝固液的温度为0-20℃，所述低温间位芳纶聚合物与所述凝固液的质量比为1：10-30。
29.进一步，所述芳纶沉析纤维的制备中，高速搅拌的转速为4000-7000rpm。
30.进一步，所述芳纶沉析纤维的制备中，所述固化处理为将所述产物进行盘磨机处理。经过盘磨机处理的沉析纤维，能够使得所述产物进一步舒展、固化。
31.进一步，所述网纹辊涂水中，网纹辊涂水速度为80-100m/min，且湿度范围为10-30％。
32.进一步，所述热轧中，平轧工步下，热轧线压力为1-5mpa，轧辊表面温度为180-230
℃，轧速为15-20m/min。
33.进一步，所述热轧中，背辊轧工步下，辊间压力为0-4mpa，辊面温度为170-220℃，轧速为20-30m/min。本发明的热轧工艺采用平轧 背辊轧的双温双压区工，在平轧过程中，沉析纤维在高温下受热熔融软化，压区中的水促使柔软的沉析纤维有效地铺张和包裹在短切纤维表面，热应力迫使纤维分子间的距离变短，无定形区沿着一定的取向规整排列而进入结晶区，致使芳纶纸的结晶度提高；而背辊轧的目的是将平轧后的芳纶纸在略低的温度进行进一步的规整修复，使得其内部结构更加紧密，纸面更加光滑平整。
34.与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
35.其一，现有技术下，在保证芳纶复合纸的基本性能达标的情况下，由于其市场定位为中性能和低成本，因此，进行降本增效成为研发的重点，而抄造速度和热轧速度是降低复合纸成本的有效方法，针对此类问题，本发明设计了一种低成本纯间位芳纶绝缘复合纸的制造方法，依次通过原料的制备，两层斜网抄造，网纹辊涂水和热轧，得到成品芳纶复合纸，进行原料的制备时，短切纤维纤度一般为2d、1.5d和1d，长度一般为6mm，其比表面积较小，对抄速影响较小，而沉析纤维则选用丝状沉析纤维，尽管用丝状沉析纤维生产的的芳纶纸的结构较为疏松，介电强度也相对较低，一般在9-12kv/mm，但是该档次介电强度已基本能达到复合用芳纶纸的应用需求，且其比表面积相对片膜状沉析纤维较小，在抄造时滤水快，抄造车速也较快，能够大大提高抄造速度；而为了保证纸页的匀度，本发明采用超低浓度浆液，这就要求成型网部脱水量大，传统工艺中，一般采用增设真空脱水箱或增加成型区间的总长度的方式来实现，一般选择多圆网、多斜网和多长网进行抄造，但网数增加后，会给操作控制带来难度，且成本也会增加，而本发明选择双叠网，在0.01％-0.02％的上浆浓度下，2层斜网纸机来抄造复合纸也能保证脱水量足够，保证了复合纸的质量，通过两层成形网的设计，使得斜网成形器具备低浓度大流量脱水成形能力，极大的提高了斜网抄造速度，也为纸页良好匀度及横幅定量创造了良好的工艺条件保证；另一方面，传统的热轧工艺中，多采用干轧的方法，由于芳纶纸热传导系数较低，热轧辊的温度设置较高，一般在275℃-295℃，虽然在高温区间情况下，沉析纤维熔融较好，但宽幅纸面的边沿收缩较大，会产生边沿起皱，同时白度下降，影响产品外观，若分切除去起皱纸边，则损耗增加，成本增加，而在相对低温区间情况下，虽然产品白度增加，但沉析纤维熔融不充分，纸面容易起毛，而本发明采用湿轧的方法进行热轧，将毛胚纸用去离子水增湿，然后将该湿胚纸进行热轧，水份作为一种塑化剂，可以降低芳纶纸的玻璃化转变温度tg，在热轧时，沉析纤维熔融充分，纸面强度高，并且较为光滑。
36.其二，现有技术下，国内外各生产厂家均有各自的沉析纤维生产方法，但从技术路径来看，由于其沉析机均采用大口径圆形喷嘴，在剪切作用下，生产出来的沉析纤维均为丝状纤维和片膜状沉析的混合物，并且粗细不均，而片膜状沉析纤维又比较影响抄造速度，本发明中，通过改进喷嘴的孔型，将圆形树脂喷嘴改为方型，并在方型喷嘴上再次细化，制作丝状沉析纤维时用细圆孔，数量较多，保证抄造速度，若将细圆孔改为狭缝孔，则能固定产出片膜状沉析纤维，即使在沉析机中有湍流存在，仍然可以保证绝大多数沉析纤维的膜状特性。
37.其三，本发明中，热轧工艺采用平轧 背辊轧的双温双压区工，在平轧过程中，沉析纤维在高温下受热熔融软化，压区中的水促使柔软的沉析纤维有效地铺张和包裹在短切纤
维表面，热应力迫使纤维分子间的距离变短，无定形区沿着一定的取向规整排列而进入结晶区，致使芳纶纸的结晶度提高；而背辊轧的目的是将平轧后的芳纶纸在略低的温度进行进一步的规整修复，使得其内部结构更加紧密，纸面更加光滑平整。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。
39.图1为本发明的流程示意图；
40.图2为本发明中丝状沉析纤维喷嘴结构示意图；
41.图3为本发明中热轧工艺的示意图。
42.附图标记：
43.1、细圆孔；2、狭缝孔；3、剪切刀。
具体实施方式
44.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
45.通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。
46.基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
47.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
48.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
49.下面结合图1至图3所示，本发明实施例提供了一种低成本纯间位芳纶绝缘复合纸的制造方法，包括如下步骤：
50.sp1：原料的制备，包括5-40重量份的芳纶短切纤维，以及60-95重量份的芳纶沉析纤维；
51.sp1-1：芳纶短切纤维是长度为6-10mm、细度为1-3旦的间位芳纶纤维；
52.sp1-2：芳纶沉析纤维的制备包括如下步骤：
53.sp1-2-1：准备低温间位芳纶聚合物；
54.sp1-2-2：配制凝固液；
55.sp1-2-3：将间位芳纶聚合物通过喷嘴进入沉析机与凝固液混合，进行高速剪切搅拌，混合均匀，获得沉析纤维产物；
56.sp1-2-4：对产物进行固化处理，再进行洗浆，获得芳纶沉析纤维；
57.sp2：两层斜网抄造；
58.sp2-1：将上述芳纶短切纤维原料在水中分散疏解，制成质量浓度为0.3-0.8％的芳纶短切纤维浆料；
59.sp2-2：将上述芳纶沉析纤维原料在水中分散疏解，盘磨直至叩解度为50-650sr，制成质量浓度为1-2％的芳纶沉析纤维浆料；
60.sp2-3：将芳纶短切纤维浆液和芳纶沉析纤维浆液在配料池中混合均匀后，使其浓度为0.01-0.02％，经调节浆液上网压头，通过中心布浆器横向布浆、匀整浆流.将速度一致、纤维分散的浆料上网进入斜网流浆箱，浆液被均匀分布到两层成型网上，多余浆液经溢流至白水池，当浆液沿成形网运行时，借助脱水压差的作用，水从纸浆中滤出，形成湿纸页，再经过纸机烘缸得到毛纸；
61.sp3：网纹辊涂水；
62.sp3-1：准备去离子水；
63.sp3-2：选择适配的网纹辊，网纹辊一面与去离子水充分接触，保证辊面能吸附去离子水；
64.sp3-3：将毛纸贴在网纹辊另一面，在移动中涂水；
65.sp4：热轧；
66.sp4-1：将涂水后的毛纸通过平轧的方式进行热轧：
67.sp4-2：通过平轧的毛纸再进行背辊压。
68.现有技术下，在保证芳纶复合纸的基本性能达标的情况下，由于其市场定位为中性能和低成本，因此，进行降本增效成为研发的重点，而抄造速度和热轧速度是降低复合纸成本的有效方法，针对此类问题，本发明设计了一种低成本纯间位芳纶绝缘复合纸的制造方法，依次通过原料的制备，两层斜网抄造，网纹辊涂水和热轧，得到成品芳纶复合纸，进行原料的制备时，短切纤维纤度一般为2d、1.5d和1d，长度一般为6mm，其比表面积较小，对抄速影响较小，而沉析纤维则选用丝状沉析纤维，尽管用丝状沉析纤维生产的的芳纶纸的结构较为疏松，介电强度也相对较低，一般在9-12kv/mm，但是该档次介电强度已基本能达到复合用芳纶纸的应用需求，且其比表面积相对片膜状沉析纤维较小，在抄造时滤水快，抄造车速也较快，能够大大提高抄造速度；而为了保证纸页的匀度，本发明采用超低浓度浆液，这就要求成型网部脱水量大，传统工艺中，一般采用增设真空脱水箱或增加成型区间的总长度的方式来实现，一般选择多圆网、多斜网和多长网进行抄造，但网数增加后，会给操作控制带来难度，且成本也会增加，而本发明选择双叠网，在0.01％-0.02％的上浆浓度下，2层斜网纸机来抄造复合纸也能保证脱水量足够，保证了复合纸的质量，通过两层成形网的设计，使得斜网成形器具备低浓度大流量脱水成形能力，极大的提高了斜网抄造速度，也为纸页良好匀度及横幅定量创造了良好的工艺条件保证；另一方面，传统的热轧工艺中，多采用干轧的方法，由于芳纶纸热传导系数较低，热轧辊的温度设置较高，一般在275℃-295℃，
虽然在高温区间情况下，沉析纤维熔融较好，但宽幅纸面的边沿收缩较大，会产生边沿起皱，同时白度下降，影响产品外观，若分切除去起皱纸边，则损耗增加，成本增加，而在相对低温区间情况下，虽然产品白度增加，但沉析纤维熔融不充分，纸面容易起毛，而本发明采用湿轧的方法进行热轧，将毛胚纸用去离子水增湿，然后将该湿胚纸进行热轧，水份作为一种塑化剂，可以降低芳纶纸的玻璃化转变温度tg，在热轧时，沉析纤维熔融充分，纸面强度高，并且较为光滑。
69.具体的，芳纶沉析纤维的制备中，喷嘴设置为方形，喷嘴的孔型设置为两种，制备丝状芳纶沉析纤维时，在喷嘴表面开设细圆孔1；制备片膜状芳纶沉析纤维时，在喷嘴表面开设狭缝孔2。现有技术下，国内外各生产厂家均有各自的沉析纤维生产方法，但从技术路径来看，由于其沉析机均采用大口径圆形喷嘴，在剪切作用下，生产出来的沉析纤维均为丝状纤维和片膜状沉析的混合物，并且粗细不均，而片膜状沉析纤维又比较影响抄造速度，本发明中，通过改进喷嘴的孔型，将圆形树脂喷嘴改为方型，并在方型喷嘴上再次细化，制作丝状沉析纤维时用细圆孔1，数量较多，保证抄造速度，若将细圆孔1改为狭缝孔2，则能固定产出片膜状沉析纤维，即使在沉析机中有湍流存在，仍然可以保证绝大多数沉析纤维的膜状特性。
70.具体的，芳纶沉析纤维的制备中，低温间位芳纶聚合物浓度为4-8％，相对粘度为0.8-1.3，温度控制在0-20℃。
71.具体的，芳纶沉析纤维的制备中，配制的凝固液为酰胺类溶剂与水的混合物，其中，酰胺类溶剂为二甲基乙酰胺，凝固液中酰胺类溶剂的含量为20-35％，凝固液的温度为0-20℃，低温间位芳纶聚合物与凝固液的质量比为1：10-30。
72.具体的，芳纶沉析纤维的制备中，高速搅拌的转速为4000-7000rpm。
73.具体的，芳纶沉析纤维的制备中，固化处理为将产物进行盘磨机处理。经过盘磨机处理的沉析纤维，能够使得产物进一步舒展、固化。
74.具体的，网纹辊涂水中，网纹辊涂水速度为80-100m/min，且湿度范围为10-30％。
75.具体的，热轧中，平轧工步下，热轧线压力为1-5mpa，轧辊表面温度为180-230℃，轧速为15-20m/min。
76.具体的，热轧中，背辊轧工步下，辊间压力为0-4mpa，辊面温度为170-220℃，轧速为20-30m/min。本发明的热轧工艺采用平轧 背辊轧的双温双压区工，在平轧过程中，沉析纤维在高温下受热熔融软化，压区中的水促使柔软的沉析纤维有效地铺张和包裹在短切纤维表面，热应力迫使纤维分子间的距离变短，无定形区沿着一定的取向规整排列而进入结晶区，致使芳纶纸的结晶度提高；而背辊轧的目的是将平轧后的芳纶纸在略低的温度进行进一步的规整修复，使得其内部结构更加紧密，纸面更加光滑平整。
77.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。