试验研究
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对位芳纶是一类以高强度、高弹性模量、耐热性好为特征的高性能合成纤维，全称为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，国内又称为芳纶1414[1,?2]。对位芳纶的比强度是钢丝的6倍，玻璃纤维的3倍，主要应用在先进复合材料、防护材料、橡胶增强材料、缆绳和光缆、工业织物、建筑结构加固材料、摩擦材料和密封材料等领域[3~5]。尤其以芳纶纤维制备高性能芳纶纸复合材料可广泛用作高性能电气绝缘材料、印刷线路板及电磁波防护材料等而备受瞩目。
1.1 原料与仪器
原料：对位芳纶、间位芳纶，由国内某化学纤维有限公司提供，对位芳纶纤维细度1.5d ，平均长度6mm ，间位沉析纤维平均长度0.5~3.0mm ；十二烷基苯磺酸钠。
仪器：
ERNSTHAAGE?BBS -3纸页成形器，Dp2003三辊软压光机，ZQS 12-100肖伯尔打浆度测试仪，Valley 打浆机，多媒体显微镜，L&WSE -062电脑自动抗张强度测定仪，爱利门道夫撕裂度仪。
1.2 实验方法
1.2.1 对位芳纶浆粕的打浆
取300g （绝干）对位芳纶浆粕，采用Valley 打浆机进行打浆，用ZQS 12-100肖伯尔打浆度测试仪适时测打浆度，分别在打浆度为25°SR 、30°SR 、35°SR 、40°SR 、45°SR 、50°SR 时取样备用。
1.2.2 短切纤维的预处理
将对位芳纶短切纤维进行清洗，采用1.2×10-3?mol·L -1的十二烷基苯磺酸钠溶液搅拌清洗30min ，溶液温度60℃，取出清洗，干燥备用。
1.2.3 芳纶纸的抄造、热压及物理检测
将对位芳纶短切纤维与对位芳纶浆粕纤维按照7:3的质
量比混合，再加入不同质量分数的间位芳纶沉析纤维，经疏解稀释后采用BBS -3纸页成形器抄造芳纶纸。
将抄得的芳纶纸通过Dp2003三辊软压光机热压，热压温度260℃，压力12~16MPa 。
按照国家标准检测方法测定热压芳纶纸的定量、厚度、抗张指数、撕裂指数及耐压强度。
2.1 对位芳纶短切纤维的预
处理及浆粕的打浆
短切纤维在合成纺丝过程中需要大量的溶剂、凝固剂和各种其他有机试剂以及化学反应的副产物等物质和纤维表面接
对位芳纶纤维纸的增强工艺
●李?涛，张美云
(陕西科技大学造纸工程学院，陕西省造纸技术及特种纸品开发重点实验室，陕西西安?710021）
摘要：对位芳纶纤维具有的刚性分子链结构以及表面化学惰性导致其力学机械性能较差。研究发现：芳纶浆粕的打浆能改善芳纶纸的成纸性能，间位芳纶沉析纤维本身具有较高的机械强度和较好的电绝缘性能，添加间位芳纶沉析纤维作为粘结纤维可有效改善对位芳纶纤维纸的抄造性能，当沉析纤维含量为30%左右时，纸张经过热压机高温高压作用，两种纤维更易熔粘，使纸张产生较高的物理性能和电气性能。关键词：对位芳纶；沉析纤维；打浆；热压
中图分类号：TS761.2 文献标识码：A 文章编号：1001-6309(2011)04-0028-03
基金项目：国家自然科学基金资助项目（50873057）；陕西科技大学研究生创新基金。
作者简介：李涛先生（1984-），在读硕士研究生，主要从事高性能加工纸与特种纸的研究；联系电话：136********，
E-mail ：l1tao@https://www.doczj.com/doc/e010456538.html, 。
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Paper and Paper Making Vol.30 No.4 Apr. 2011
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触，所以在成品纤维表面一定存在少量的非纤维化学成分有机物，如图1（a ）所示。这些有机油剂大都是憎水物质，它为纤维与水的浸润设置了障碍，增加了纤维的憎水性。此外，芳纶短切纤维的密度比水大，纤维在水中应下沉。但是由于表面有机油剂的存在，浆料在搅拌过程中纤维表面极易吸附小气泡而上浮，不利于纤维的分散。所以，必须除去这些有机油剂。
前期大量试验表明，用十二烷基苯磺酸钠（LAS ）热溶液洗涤的芳纶短切纤维效果最好[如图1（b ）所示]，纤维表面不再吸附水中小气泡而上浮，所抄纸张匀度也较未处理纤维纸
张匀度有较大改善。因
此，确定芳纶短切纤维表面预处理方法为十二烷基苯磺酸钠热水溶液洗涤。
芳纶浆粕的强度及弹性模量均不及短切纤维高，浆粕的形态也决定了其结晶度较低，比表面积大。结晶度低使得水分子更易进入纤维内部，促使纤维润胀，有利于打浆比表面积大，使得浆粕与水的接触面积大，降低了纤维的憎水性，使得其在水介质中的分散性远比短切纤维好。图2为不同打浆度下对位芳纶浆粕的显微镜照片。
由于芳纶纤维分子呈刚性伸直状，分子之间只有很少量的氢键存在，纤维之间的结合力很小，所以芳纶纸的抗张强度主
要靠纤维之间的物理交织，随着芳纶浆粕比表面积的提
高，与纤维之间的物理交织点增多，纸张强度提高，但
是当这种物理结合
力增加到一定程度，影响芳纶纸抗张强度的主要因素变为纤维的平均长度和本身的强度。在短切纤维长度一定的情况下，打浆度过高，势必影响浆粕本身强度，使纸张强度下降。
如表1所示，芳纶纸的抗张强度及撕裂度随着打浆度的上升先上升后下降，打浆度为40°SR 左右时，纸张抗张强度和撕裂度较高，表明在一定范围内，浆粕打浆对纸张有明显的增强效果。
2.2 沉析纤维的添加对对位
热压芳纶纸性能的影响
前期研究表明，芳纶短纤维自身不具有结合力，同时芳纶短纤维无明显的熔融温度，即使通过热轧方式将其轧制在一起也较难形成强度好的纸页。芳纶1313沉析纤维具有较高的机械强度和较好的电绝缘性能，耐腐蚀性也较好，可在较复杂的环境中使用。本实验经过大量前期试验和理论研究后发现，加入适量的芳纶1313沉析纤维作为粘结纤维配合短切纤维及浆粕进行抄造，可有效地改善芳纶纸页匀度，使得其在热压过程中能较好地将芳纶纤维粘结起来，获得较好的物理强度和介电强度。
热压是芳纶纸生产的一个关键工艺过程，间位芳纶玻璃化温度较低，结晶度较低，纤维可塑性强，在热压时容易发生纤维的熔融和变形，熔融的芳纶浆粕
图2 不同打浆度下对位芳纶浆粕形态
（a ）浆粕打浆度25°SR×400?
（b ）浆粕打浆度35°SR×400
（c ）浆粕打浆度40°SR×400（d ）浆粕打浆度
50°SR×400
图1 短切纤维处理前后表面对比?
（b ）处理后芳纶1414短切纤维表面（×400）
（a ）未处理芳纶1414
短切纤维表面（×400）
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粘结对位芳纶纤维，一起形成了
“钢筋混凝土结构”[6]
。沉析纤
维的熔融和外在压力条件使得纸张结晶度提高，分子链排列更加规整有序，芳纶浆粕形变和迁移的结果使得纤维间空隙变小和变少，纤维间结合面积更大，纤维结合更紧密，使成纸抗张指数和撕裂指数大幅度提高。由表2可知，随着沉析纤维含量的提高，纸张的抗张指数呈明显增大趋势，当沉析纤维含量为30%时，抗张强度是46.2N·cm -1，与不添加沉析纤维纸张相比提高了98.7%，增幅相当明显。同时，纸张的撕裂指数在沉析纤维添加量为20%时比不加沉析纤维提升了16%。但随着沉析纤维含量的进一步增加，纸张的物理强度又有所降低，这可能是因为对位芳纶短切纤维做为“钢筋混凝土”中的“钢筋”部分含量过低，其高强、高模性能
不能很好地发挥而导致整个结构强度下降，甚至出现收缩变形。
耐压强度反映在电场作用范围内材料最弱处的局部性能，因而材料不均匀性的影响变得十分明显。芳纶纸和其他的纸张一样，都属于疏松多孔结构，只不过芳纶纸相对而言更致密一些罢了[8]
。当纸张中沉析纤维越多，热压后纸张紧度更高，在纸张结构中纤维分布也越均匀，纤维间孔隙越少而且越小。然而当纸张的均匀性达到一定程度后纸张的击穿强度变化趋势会明显趋缓，这是因为芳纶纸的介电击穿性能主要依赖于材料本身的性质。从表2看出，随着沉析纤维含量的增加，纸张耐压强度变化不是很大。
3.1 打浆能促进对位芳纶浆粕在水溶液中的分散，随着打浆度的上升，纸张匀度有所改善。当打浆度为40°SR 左右时，纸张的抗
张指数和撕裂指数均又所提高。3.2 以间位芳纶沉析纤维作为粘结纤维与对位芳纶纤维混抄，可明显提升纸张的各项物理性能，但用量过高则会使纸张强度反而下降，甚至出现收缩变形。而在纸张匀度达到一定程度后，沉析纤维含量对纸张的耐压强度关系不大。
参考文献：
[1]李金宝，张美云，吴养育．对位芳纶纤维结构形态及造纸性能[J].中国造纸，2003，22(10)：54-57.
[2]陆赵情，张美云，吴养育，等．聚芳酰胺纤维纸的研制开发[J].中华纸业，2004，25(12)：34-37.
[3]李金宝，张美云．间位与对位芳纶纤维造纸性能比较[J].纸和造纸，2005，24(5):76-79.
[4]张美云，俞锦红，陆赵情．低温等离子体处理增强芳纶1313纸的机理[J].中国造纸学报，2006，21(3)：72-76.[5]胡健，王宜，曾靖山，等．芳纶纸基复合材料的研究进展[J].中国造纸，2004，23(1)：43-46.
[6]赵会芳，张美云，路金杯．芳纶1313浆粕结构形态及其对成纸性能的影响[J].中国造纸，2010，29(1)：1-5.
[8]李长明．高分子绝缘材料化学基础[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007：218-232.
Strengthening Technology of Para-Aramid Paper
LI Tao, ZHANG Mei-yun
（College of Pulp and Paper Engineering ，Shaanxi University of Science & T echnology ，
Key Laboratory of Paper T echnology and Specialty Paper Development of Shaanxi, Xi'an, 710021 China ）
Abstract: Beating can improve the performance of para-aramid paper. Meta-aramid has a higher mechanical strength and better electricity properties, adding aramid fiber as the adhesion fiber can effectively improve the papermaking properties of aramid paper. When the addition of meta-aramid fiber is 30%, after the process of high temperature and pressure with hot-pressing machine, the two kind of fiber more easily to adhesion which made the paper has a higher physical and electrical performance.
Keywords: aramid 1414; aramid1313; beating; hot-pressing
收稿日期：2011-01-07