[發明專利]一種芳綸納米纖維原位增強紙基材料性能的方法

有效

• 申請號: 202010105210.2
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111304955B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 宋順喜;甄曉麗;張美云;羅延薇;楊斌;張帥
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: D21H17/55
• 分類號: D21H17/55;D21H21/18
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發明公開了一種芳綸納米纖維原位增強紙基材料性能的方法，通過采用不同濃度的芳綸溶解液對不同的芳綸紙基復合材料進行處理，可在很大程度上改善紙基復合材料的強度性能與擊穿性能，此方法對于紙基復合材料性能的提升可取得滿意效果，操作方便簡單，實現了無膠增強，有益于材料在復雜條件下使用，該方法適用性強，具有較好的應用前景。

技術領域

本發明屬于紙基復合材料領域，具體涉及一種芳綸納米纖維原位增強紙基材料性能的方法。

背景技術

紙基復合材料由于其優異的耐熱、輕質、柔性、多功能化等特點，在日常生活、航空航天、軌道交通、電力電器等方面具有廣闊的應用前景。伴隨著我國基礎設施的高速發展，對各類紙基復合材料的要求尤其是強度方面的要求也越來越高。由于紙基復合材料在成形過程中形成的孔隙結構，導致其強度以及其他性能的提升達到了一個瓶頸階段。

目前，提升紙基復合材料強度一般可通過調整纖維配比、纖維種類、采用增強劑以及對紙基復合材料的后續加工處理(如熱壓)等思路。在制備芳綸紙時，沉析纖維或者漿粕纖維作用增強組分，可有效提高紙張強度性能，但該組分添加量過多時，濕紙幅在成形過程中濾水過慢，導致紙幅水分過大，易發生斷紙，從而降低紙機運行性和生產效率，提高了生產成本。為了不破壞芳綸紙的熱穩定性，目前也有通過向漿料中添加芳綸納米纖維來提高芳綸紙強度的報道，但由于納米纖維尺寸小，采用現有濕法成形方法會導致納米纖維組分流失大的問題。當添加量過多時也會降低濾水性能，影響紙機運行性。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種芳綸納米纖維原位增強紙基材料性能的方法，以克服現有技術存在的問題，本發明通過對已經成形、壓榨、干燥后的原紙經過處理，將芳綸納米纖維原位生長在原紙內部和表面，大大降低紙張孔隙率，從而顯著提高紙張強度等性能，同時不破壞紙張原有的耐熱性。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種芳綸納米纖維原位增強紙基材料性能的方法，包括以下步驟：

(1)采用濕法成形或者泡沫成形的方法制備原紙；

(2)以芳綸纖維為原料，采用DMSO/H₂O/KOH體系溶解芳綸纖維，以形成均相的芳綸纖維溶解液作為溶解終點；

(3)將步驟(1)中已制備好的原紙浸漬于步驟(2)中得到的芳綸纖維溶解液中；

(4)將步驟(3)中浸漬后的紙張轉移到水中浸泡，使已經吸附在紙張表面和內部的芳綸纖維溶解液發生質子化還原反應，在紙張內部形成芳綸納米纖維增強網絡，在紙張表面形成芳綸納米纖維薄膜；

(5)將步驟(4)得到的納米纖維增強后的紙張干燥，得到芳綸納米纖維增強的紙基復合材料。

進一步地，步驟(1)中濕法成形指的以水為介質對纖維進行分散，經脫水成形、壓榨、干燥制成的多孔薄張材料的抄造方法；泡沫成形指的是在漿料混合液中加入表面活性劑，采用機械沖擊、鼓泡或攪拌方式產生泡沫，經真空抽濾、壓榨、干燥后制成多孔材料的抄造方法。

進一步地，步驟(1)中所述的原紙為間位芳綸纖維紙基復合材料。

進一步地，步驟(2)中芳綸纖維為對位芳綸短切纖維或間位芳綸短切纖維。

進一步地，步驟(2)中芳綸纖維溶解液是由間位或對位芳綸短切纖維制備的質量濃度為0.25％～3％的DMSO/H₂O/KOH分散液，在DMSO/H₂O/KOH體系中，DMSO與H₂O的體積比為25∶1，KOH的用量為芳綸纖維絕干質量的1.5倍。

進一步地，步驟(3)中所述的浸漬時間以為紙基復合材料完全被芳綸纖維溶解液浸潤作為浸漬時間終點。

與現有技術相比，本發明具有以下有益的技術效果：