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芳纶纸具有优异的电绝缘性和机械性能,耐高温、耐辐射,是一种多功能特种化学纤维纸,广泛应用于航空、航天、国防、电子、通讯、环保、化工和海洋开发等领域,已成为一种重要的基础材料,因此对芳纶纸的研究也逐渐成为国内外的热门之一。
目前我国也已拥有生产芳纶纸的技术,但其技术水平、产品档次及生产能力都与杜邦等国外发达国家公司的产品存在着很大的差距,最大的差距在于纸页强度性能远远低于国外产品。导致国产芳纶纸页强度性能差的原因之一是纤维过长,表面光滑且亲水极性基团含量少,使其在抄纸过程中纤维间的结合力较弱而导致纸页强度性能也较差。
为提高芳纶纸页强度性能,本论文研究在优化确定出芳纶纸页成形的工艺条件为二层层合抄造方式,短切纤维与沉析纤维的质量配比为1∶1,沉析纤维打浆度为45°SR,以PEO为分散剂,用量为0.16%,纤维疏解方式为先将短切纤维疏解1000r,加入沉析纤维后再疏解2000r。热压工艺条件为辊速2m/min,压力140bar,温度240℃,热压次数3次的基础上,主要通过采用Ar低温等离子体改性对芳纶短切纤维进行表面改性处理。通过单因素单水平实验及三因素三水平正交实验优化确定出了影响低温等离子体改性的气体压力、放电功率、放电时间这三个因素的最佳参数。优化确定得到的最佳低温等离子体改性工艺条件为气体压力60Pa,放电时间2min,放电功率80w。在此处理条件下,芳纶纤维的接触角由未改性时的68.12°降到32.87°,未热压纸页的抗张指数由7.04N·m/g提高到13.68N·m/g,撕裂指数由15.04mN·m2/g提高到22.64mN·m2/g,,热压纸页的抗张指数由41.47N·m/g提高到54.31N·m/g,撕裂指数由42.31mN·m2/g提高到57.09mN·m2/g。
通过X射线光电子能谱仪(XPS),原子力显微镜(AFM),多媒体光学显微镜,纤维接触角测量仪,匀度测量仪等测试手段分析比较低温等离子体改性前后纤维表面化学结构和表面形态的变化,从而对低温等离子体改性处理能提高芳纶纸页强度性能的机理进行研究分析。低温等离子体改性处理提高芳纶纸页强度性能的机理为:由于等离子体中的高能粒子对芳纶纤维表面产生的轰击作用,一方面使纤维表面引发生成自由基,随后进行氧化等反应转化为羟基和羧基等极性基团,使得纸页成形过程中纤维间的化学结合力得以提高从而对纸页强度起增强作用;另一方面又构成纤维表面的刻蚀作用,使得表面粗糙程度增加,表面积增大,以通过提高纸页成形过程中纤维间的物理结合力来增强纸页强度性能。