一种芳纶复合纸及其制备方法与应用与流程

本发明涉及芳纶纸，尤其是一种芳纶复合纸及其制备方法与应用。

背景技术：

1、芳纶纸是以芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维为原料，经成型、压榨、干燥后热压制得，这种经湿法抄造生产的芳纶纸，具有优异的机械性、绝缘性、阻燃性、耐辐射性等特点，在航空航天、船舶、轨道交通、电气绝缘、军事等领域已成为了迫切需要发展的新型材料。

2、一方面，芳纶纸在制备过程中，由于芳纶短切纤维的纤维过长，容易在纸机成型过程中发生絮聚，生产出的纸张匀度不理想，影响其机械和电气性能。另一方面，芳纶纸作为绝缘材料缠绕在变压器绕组上，被应用于变压器领域中，由于芳纶纸的运行环境是被绝缘油包裹的密封环境，当变压器绕组出现故障发生局部过热等情况，破坏芳纶纸的绝缘性能时，无法打开及时进行监测，可能酿成更大的事故。

3、因此，一种可以识别局部过热问题，及时监测变压器局部过热情况的芳纶纸具有重要意义。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种芳纶复合纸及其制备方法与应用。

2、为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：一种芳纶复合纸，所述芳纶复合纸包括3层纤维结构层依次层叠，第一层纤维结构层包含芳纶短切纤维和聚苯硫醚浆粕，第二层纤维结构层包含植物纤维，第三层纤维结构层包含芳纶沉析纤维和聚酰亚胺纤维。

3、优选地，所述第一层纤维结构层、第二层纤维结构层、第三层纤维结构层绝干质量比为第一层纤维结构层：第二层纤维结构层：第三层纤维结构层＝(30-35)：(30-40)：(30-35)。

4、优选地，所述第一层纤维结构层中芳纶短切纤维和聚苯硫醚浆粕的绝干质量比为1：(1-3)；所述芳纶短切纤维浆料的打浆度为40-60°sr，打浆前芳纶短切纤维的平均长度为5-7mm，所述聚苯硫醚浆粕的打浆度为40-60°sr，打浆前聚苯硫醚浆粕的平均直径4-10μm。

5、优选地，所述第二层纤维结构层中植物纤维为针叶木纤维、阔叶木纤维、麻纤维、竹纤维、草纤维中的至少一种；优选地，所述第二层纤维结构层浆料的打浆度为20-30°sr，打浆前植物纤维平均长度0.7-1.5mm。

6、优选地，所述麻纤维包括马尼拉麻、苎麻、大麻、黄麻、剑麻中的至少一种。

7、优选地，所述第三层纤维结构层中聚酰亚胺纤维和芳纶沉析纤维的绝干质量比为1：(1-3)；所述芳纶沉析纤维浆料的打浆度为60-80°sr，打浆前芳纶沉析纤维的平均长度0.5-1.1mm，所述聚酰亚胺纤维浆料打浆度为40-60°sr，打浆前聚酰亚胺纤维的平均长度为2-6mm。

8、本发明第一层纤维结构层包含芳纶短切纤维和聚苯硫醚浆粕，短切纤维的微观形貌是一种刚性圆柱状，两端粗细一致，表面光滑，表面有极少部分的黏粘物，是通过干法、湿法纺丝而来。聚苯硫醚浆粕可由聚苯硫醚超细纤维无纺布打浆处理获得。第三层纤维结构层包含芳纶沉析纤维和聚酰亚胺纤维，芳纶沉析纤维的微观形貌呈薄膜状褶皱结构。

9、本发明芳纶复合纸的三层结构从宏观和微观两个角度强化芳纶复合纸的致密性和匀度，从而增强了机械和电气强度。主要表现为：第三层中含有酰胺结构的聚酰亚胺纤维和芳纶沉析纤维形成有序的氢键网络，从微观角度增强了分子间的结合力，从微观角度改善芳纶纸机械强度；第一层中聚苯硫醚在热压印后具有良好的粘结性，热压后铺展在第二层植物纤维的表面和孔洞中，改善纸张匀度，减少纸张孔洞，从宏观角度改善芳纶纸机械和电气强度。第二层的植物纤维在受到局部过热温度时降解为糠醛、甲醇等小分子物质溶解于绝缘油中，通过对绝缘油检测，即可得知是否存在过热。本发明特定的三层纤维结构相互搭配，特定的包含芳纶短切纤维和聚苯硫醚浆粕的第一层纤维结构层和特定的包含芳纶沉析纤维和聚酰亚胺纤维的第三层纤维结构层分别从宏观和微观角度改善芳纶纸机械和电气强度，同时特定的第一层和第三层的特定选择，可以更好的与第二层纤维结构层协同，加强芳纶复合纸的局部过热识别功能，在保持原芳纶纸优异的电气绝缘性和耐热性的基础上，解决现有芳纶复合纸匀度不理想、无法识别局部过热的问题。

10、优选地，所述3层纤维结构层对应的浆料制备方法如下：

11、s1、所述芳纶短切纤维浆料打浆处理：将芳纶短切纤维在打浆机中进行打浆和充分的分散处理，其中，打浆转数为3000-5500转/min，打浆浓度为3.0-5.0％，打浆度为30-60°sr，得到芳纶短切纤维悬浮液。

12、s2、所述聚苯硫醚浆粕打浆处理：将聚苯硫醚超细纤维无纺布剪碎后打浆处理，打浆时间30-60min，打浆转数为3000-5500转/min，打浆浓度为2.0-5.0％，打浆度为30-60°sr，制得湿浆粕，再真空干燥得到聚苯硫醚超细纤维浆粕。

13、s3、所述植物纤维打浆处理：将植物纤维进行磨浆，控制其打浆度和纤维长度，得到植物纤维浆料b；其中，打浆前植物纤维平均长度0.7-1.5mm，打浆度20-80°sr。

14、s4、所述芳纶沉析纤维打浆处理：芳纶沉析纤维的打浆转数为5000-7500转/min，打浆浓度为2.0-5.0％，打浆度为40-70°sr，得到芳纶层析纤维悬浮液。

15、s5、所述聚酰亚胺纤维处理：将聚酰亚胺纤维进行打浆，打浆时间30-60min，打浆转数为3000-5500转/min，打浆浓度为2.0-5.0％，打浆度为30-60°sr，得到聚酰亚胺纤维悬浮液。

16、此外，本发明提供了所述的芳纶复合纸的制备方法，所述制备方法如下：

17、(1)将s1、s2中得到的浆料混合后，加入消泡剂和分散剂，得到浆料a；将s4、s5中得到的浆料混合后，加入消泡剂和分散剂，得到浆料c；

18、(2)将3层纤维结构层对应的浆料a、浆料b、浆料c分别流送上网成型、干燥处理，得到初纸样a、初纸样b和初纸样c，再按顺序将初纸样a、初纸样b和初纸样c叠在一起后进行热压处理得到所述芳纶复合纸。

19、优选地，所述消泡剂为聚醚酯类消泡剂，所述消泡剂稳定性好、耐高温，同时表面张力较低易于分散和乳化，在纸张成型过程中消泡效果。所述分散剂包括聚氧化乙烯、阴离子聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素中的至少一种。分散剂可以增加纤维的分散性，提高芳纶纸匀度，提高芳纶纸的性能。

20、优选地，所述消泡剂在浆料a中的质量百分含量为0.01％-0.06％，消泡剂在浆料c中的质量百分含量为0.01％-0.06％，分散剂在浆料a中的质量百分含量为0.2％-0.5％，分散剂在浆料c中的质量百分含量为0.2％-0.5％。

21、优选地，所述热压处理的条件为：热压温度为250-270℃，热压压力为6.0-10.0mpa，热压时间为0.5-1.0h。

22、进一步地，本发明提供了所述的芳纶复合纸在变压器领域中的应用。

23、相对于现有技术，本发明的有益效果为：本发明芳纶复合纸的三层结构从宏观和微观两个角度强化绝缘纸的致密性和匀度，从而增强了机械和电气强度。主要表现为：第三层中含有酰胺结构的聚酰亚胺纤维和芳纶沉析纤维形成有序的氢键网络，从微观角度增强了分子间的结合力，从微观角度改善芳纶纸机械强度；第一层中聚苯硫醚在热压印后具有良好的粘结性，热压后铺展在第二层植物纤维的表面和孔洞中，改善纸张匀度，减少纸张孔洞，从宏观角度改善芳纶纸机械和电气强度。