[发明专利]一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于造纸工业和化学工业交叉技术领域，具体涉及一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺作为一种特殊的高分子材料，由于其具有低吸水率、耐高温、耐化学腐蚀、耐水解、耐辐照、良好的电绝缘性和优异的耐热氧化稳定性等特点，已广泛应用于电工、电子、影像技术、航空航天、原子能、通信、工程塑料及医学等领域。

聚酰亚胺纤维作为聚酰亚胺的一种重要产品，拥有超高的稳定性，其热分解温度一般在500℃以上，同时还是一种典型的高强高模纤维，其模量可达280~340GPa，强度最高可达5.8~6.3GPa，与传统的聚芳香酰胺纤维（典型代表是美国杜邦公司的Kevlar-49纤维）相比，聚酰亚胺纤维具有明显的优势。随着科学技术的高速化发展，各行各业对耐高温绝缘纸的性能提出了更高的要求，而传统的芳纶纸的长期使用温度一般在200℃左右，已经不能很好地满足一些领域对其耐高温性能的要求，鉴于聚酰亚胺纤维优异的性能，国外一些发达国家已经将聚酰亚胺纤维应用到造纸领域，聚酰亚胺纤维纸是未来耐高温绝缘纸发展的新方向。

由于聚酰亚胺纤维性质稳定，表面钝化，且经过磨打浆处理也不会产生分丝帚化，导致经过湿法成型得到的原纸强度较低。为了提高纸张的强度性能，一般的方法是用聚酰亚胺树脂溶液或聚酰亚胺前体（聚酰胺酸）溶液浸渍聚酰亚胺纤维纸，再经过热压处理得到成纸，这能够在一定程度上改善纸张的强度并保证纸张的耐高温性能。纸张经过聚酰亚胺树脂或聚酰胺酸溶液浸渍后，虽然抗张强度有一定提高，但是提高的程度很有限，且纸张的韧性降低，脆性增加，撕裂强度急剧下降，如何增强粘结剂对纤维的粘结作用，在较低的浸渍量下保证纸张韧性的同时提高纸张的抗张强度是开发高强度性能聚酰亚胺纤维纸的关键。

虽然聚酰亚胺纤维的性质较稳定，但是其耐碱水解性能较差，将聚酰亚胺在特定工艺下用碱溶液处理和质子化处理后，聚酰亚胺分子结构中的酰亚胺环会发生开环反应，提高分子的亲水性和活性。在后续的热处理过程中，聚酰胺酸发生脱水环化反应的同时与纤维表面的活性基团产生化学交联反应，增强了粘结剂对纤维的粘结作用，从而达到改善纸张强度性能的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，解决了现有方法制备出的聚酰亚胺纤维纸纸张的韧性低，脆性增加，撕裂强度下降的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种改性聚酰亚胺纤维纸的制备方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：将聚酰亚胺纤维进行碱溶液改性；

步骤2：在步骤1得到的改性后的聚酰亚胺纤维中添加聚氧化乙烯、阳离子聚丙烯酰胺和丁苯胶乳，通过湿法成型技术将经过改性的聚酰亚胺纤维制备成聚酰亚胺纤维原纸；

步骤3：通过浸渍或喷涂的方式将聚酰胺酸溶液均匀的分布在步骤2得到的聚酰亚胺纤维原纸的表面，将得到的纸张在30~100℃的温度下干燥，直至溶剂完全挥发；

步骤4：最后将步骤3得到的纸张在平板硫化机中处理，待聚酰胺酸的热酰亚胺化反应进行彻底后取出纸样并冷却，得到改性聚酰亚胺纤维纸。

本发明的特点还在于，

其中的步骤1中的碱溶液改性，具体按照以下步骤实施：在浓度为0.1~10mol/L的KOH溶液中处理5~60min，处理结束后用水将纤维表面残余的碱溶液清洗干净，用0.01~1mol/L的乙酸对纤维进行质子化处理，处理时间1~30min。

其中的步骤2中的聚氧化乙烯的添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的0.02~0.12%。

其中的步骤2中的阳离子聚丙烯酰胺的添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的0.1~1%。

其中的步骤2中的丁苯胶乳添加量为相对聚酰亚胺纤维绝干量的2~10%。

其中的步骤3中的聚酰胺酸溶液的质量浓度为1~10%。

其中的步骤4中将纸张在平板硫化机中处理，温度为150~300℃，压力为1~15MPa，时间为1~10min。

本发明的有益效果是，

本发明将经过碱溶液改性的聚酰亚胺纤维通过湿法成型技术抄造成聚酰亚胺纤维原纸，原纸再经过聚酰胺酸溶液的浸渍或喷涂处理、热酰亚胺化处理，得到了强度性能较好的纸张，其强度较由未经过改性的聚酰亚胺纤维抄造的纸张高30~50%。

本发明通过对纤维的改性，增加纤维表面的活性基团，使聚酰胺酸发生脱水环化反应的同时与纤维表面的活性基团产生化学交联反应，增强了粘结剂对纤维的粘结作用，大幅度的提高了纸张的强度性能，满足了其在特殊领域的应用要求。