芳纶纸

芳纶纸简介原料——芳纶纤维：•芳纶的全称为“芳香族聚酰胺纤维”，我国称为芳纶。芳纶纤维工业化的产品主要有两种：芳纶1313(全称为聚问苯二甲酞问苯二胺纤维，英文简称PMI)和芳纶1414。是一种高模量、高强度、耐磨损、低电导率、尺寸稳定、密度为钢丝1／4的轻质增强和耐高温材料，常被作为制备高性能复合材料的增强物质。芳纶纸的发展和应用•采用芳纶纤维及它与吸波性能优异的碳纤维、宽频透波性能优良的石英纤维等无机纤维混杂制作纸基材料，可以实现结构轻质化的要求。•聚芳酰胺纤维纸是用聚芳酰胺纤维按造纸技术抄造成的纸，再经热压成型制得，简称芳纶纸，英文名Aramidfiberpaper。芳纶纸由两种形态纤维经湿法抄纸工艺成纸，经热压工艺后成型，两种纤维分别为：短切纤维和沉析纤维（芳纶浆粕）。•高性能芳纶纸基复合材料(以下简称芳纶纸)大量使用在航空、航天、船舶、电子等领域内雷达罩、次受力结构部件、绝缘隔热等零部件，在国防材料上占有举足轻重地位。另外也是机电、电子、通讯等领域中的重要材料。2009年那时专家的一些预测近年来全球范围内的需求量增长过快等原因，间位芳纶纸的供应更趋紧张。国内从2002年的680t、2003年的850t，迅速增加到2007年的2000t，业内专家预测我国间位芳纶纸需求量的增长速度将超过20％，到2O12年将达4000t，成为世界最大的间位芳纶纸市场，全球间位芳纶纸需求量到2012年可达到21000t，可见市场容量相当大。芳纶纸的抄造工艺：•纸浆纤维的主要成分为短切纤维和沉析纤维，成纸中短切纤维纵横交替紊乱散布于纸页中，起增强作用，使纸具有较高抗张强度和抗撕性能，但不易进行湿法抄造，是影响造纸工艺性能的主要因素；沉析纤维可单独成纸，赋予纸页以纸的通性，并提高成纸的介电性能，是影响芳纶纸抄纸性能和绝缘性能的关键所在。•沉析纤维的打浆度一般控制在45～50。SR，与打浆后的短切纤维按照一定的比例(1．3～1．5)混合后进行配抄，由于浆料中纤维较长，在流送成形过程中极易絮聚，因此上网浓度较低，控制在0．03％～0．08％。芳纶短切纤维具有强烈的疏水性，在水中不易分散，并且浆料中的纤维较长，使得芳纶纤维在水中极易产生絮聚，从而影响成纸匀度和物理性能。•实验证明，PEO(聚氧化乙烯)是聚烯烃合成纤维的最佳分散剂，为此在浆料中加入适量的PEO作为分散剂来稳定浆水分散体系，使纸页中纤维分布均匀，从而提高纸张的质量和性能。芳纶纸抄造工艺流程图打浆•芳纶短切纤维：离解纤维束（3-5mm）•芳纶沉析纤维：分丝帚化，增加比表面积，以获得纤维间良好的结合性能以及成纸匀度短切纤维沉析纤维（打浆前）沉析纤维（打浆后）纤维分散•机械处理：采取较高强度和较长分散时间•化学改性：增加OH、-NH等活性基团，来增大纤维亲水性；•分散剂：添加多元化学助剂，如PAM、PEO、SA等，减小纤维絮聚程度，增强芳纶纤维悬浮体系稳定性。•物理方法：超声波、低温等离子体处理。芳纶纸性能的改善•在分散剂中加入亲水性高分子PEO作为主要的助剂•(1)PEO最佳用量为0．12％，芳纶纤维纸的主要指标拉伸强度值为35．16N／ram2。比不用PEO时增加了32．1％。产生了很好的作用效果；•(2)PEO最佳用量为0.12％，芳纶纤维纸的主要介电性能耐压强度达到最大值为19．59kV／mm2，而且耐压强度的增幅也最大；•(3)PEO用量不宜过高；•(4)PEO作用机理是使浆料悬浮液的黏度上升：另外•纤维之间的运动轨迹也相对变得简单：纤维的运动速度也下降：降低了纤维之间的摩擦等。抄造•沉析纤维和短切纤维（3-5mm）配比为3:2•PEO用量在0.12%•先分散短切纤维，然后再加入沉析纤维分散•耐压强度主要是由纤维本身性质决定，造纸工艺对其影响不大。热压工艺和机理研究-对成纸强度的影响353637383940411.522.53Speedr/minTensileStrength/N/mm228323640441234PressedTime/TimeTensileStrength/N/mm2343536373839404142200220240260Temperature/℃TensileStrength/N/mm201020304050100120140160Press/barTensileStrength/N/mm2热压转速的影响趋势热压次数的影响趋势热压温度的影响趋势热压压力的影响趋势成纸热压工艺参数•温度与压力成为影响芳纶热压纸机械强度最主要的因素。•辊速2m/min，压力140bar，温度240℃，热压次数3次。原纸热压温度240℃热压温度260℃热压光成纸机理热压前纸页Z向热压后纸页Z向芳纶纸的热轧工艺和设备•不同型号的N0MEX纸，有不同的热轧工艺，芳纶原纸只有经过热轧后，致密度才能提高，力学性能、电绝缘性可大幅上升。热轧机国内还不会生产，温度要求高、机械精度要求高、辊筒材质要求高，对机械制造企业来说是一个技术障碍，需要攻关克服。国产芳纶浆粕和芳纶纸已经取得一些技术上突破，但还要在产品的规模化上、技术成熟度上、产品质量上以及市场占有率上多下功夫，使之稳定健康的发展。芳纶纸的分类•间位芳纶纸分别应用在电气绝缘和蜂窝结构领域，国内市场大多数使用杜邦的ＮＯＭＥＸ纸，尽管国内的烟台美士达（烟台氨纶）、上海圣欧集团实现了间位芳纶的工业化生产，他们的间位芳纶纸生产线已经实现了产业化，但是他们的绝缘纸、蜂窝纸与ＮＯＭＥＸ纸的性能比较，总体上虽然相接近，但还存在一些差距，如表面光洁平滑程度、纸页致密度、产品稳定性和均匀性、强度和模量上都还需要进一步提高，当然国产纸也有一些地理和价格方面的优势。•高性能芳纶纸是目前世界上耐高温、绝缘纸中发展最快的特种化学纤维纸。它不但具有优良的物理机械性能，还具有较好的热稳定性、阻燃性、电绝缘性和耐辐射性，是航空、航天、国防、电子、通讯、环保、化工和海洋开发等领域中的重要基础材料。•芳纶纸的质量对它的后续加工影响很大，对芳纶纸复合材料的质量起着根本性的影响。芳纶纸的质量芳纶纸的后续加工•芳纶绝缘纸：•NMN绝缘纸：由中间一层聚酯薄膜及其两面的Nomex纸组成、耐热等级为F级（155℃）的柔软复合材料.•NHN绝缘纸：由中间一层聚酰亚胺薄膜及其两面的Nomex纸(美国杜邦纸)组成、耐热等级为H级（180℃）的柔软复合材料。•芳纶蜂窝纸：•芳纶纸蜂窝是一种芯材，需要加工成夹心结构才能起承重作用。就是人们常说的三明治结构。通常使用薄的，密度高的材料为表面蒙皮，与轻质的芯材复合成一体。常见的蒙皮材料有铝板，玻璃钢，碳纤维板等。我们也可以按照客户的需求设计制造蜂窝芯材及加设各种材料的蒙皮。•芳纶纸蜂窝通常用拉伸扩展形成。在芳纶纸上用胶水印上胶合线，切割片材并层层堆叠，热压、固化后，拉伸到所需大小的单元，树脂浸渍，烘干固化，把蜂窝块片切成厚度合适的片材，就得到需要复合加工的蜂窝芯材。芳纶绝缘纸的应用•芳纶绝缘纸主要用于：变压器中线圈、绕组层间绝缘材料，绝缘套、部件间、导线及接头用绝缘材料；电机和发电机中线圈绕组、槽间、相间、匝间、线路终端绝缘材料；电缆和导线绝缘、核动力设备的绝缘材料等，代表产品有干式变压器、机车牵引电机、矿山井下电机、微波炉变压器等。•2012年我国干式变压器产量在18607.19万千伏安，是世界上干式变压器产销量最大的国家之一，其中以20~30%为浸渍式干式变压器。干式变压器现已被广泛用于电站、工厂、医院等几乎所有电气上。有关资料介绍，干变（浸渍式）用绝缘纸用量为0.1Kg纸/kVA，每年需Nomex纸约3700吨。•杜邦芳纶绝缘纸的分类•凡是需要电气绝缘的地方，通常就能见到NOMEX®芳香族聚酰胺产品。它具有独特而恰当的性能平衡，多年来被广泛用于变压器、电机、发电机以及其它电气设备以提高电气绝缘的可靠性。•NOMEX®材料系列有多种型号适合不同的应用要求•NOMEX®绝缘纸•T410•是NOMEX®纸的原型，广泛应用于大多数电力设备，其厚度为0.05～0.76mm，比重为0.7～0.2，由于经过压光处理，其固有介电强度，机械特性，柔韧性和弹性都很高。NOMEX®T410几乎可用于所有已知的片状绝缘。•T411•未经压光处理，是NOMEX®T410纸的前身，其厚度为0.13~0.58mm，比重为0.3，电气及机械性能相对较低。此产品多应用于电机相绝缘及变压器线圈绝缘，此处对产品的厚度及适应性要求较高，T411亦比较易渗透饱和。•T418/T419•在制纸过程中添加50%的云母，其厚度为0.08~0.36mm。有更强的绝缘耐压性能及更耐电晕，可应用于电机电线及线圈的绝缘，变压器接地及层间绝缘。•T418是经压光制品，固有介电强度高。T419是未经压光，厚度有0.18及0.33mm，应用于适应性和饱和性要求高的用途。芳纶蜂窝纸的优点•耐高温，因此可在200℃以上的温度下进行热压罐成形；•密度范围广，从24-160千克／立方米，可满足不同的容量结构要求；•具有极高的剪切强度，尤其与泡沫芯材相比，更适合在轻质结构中使用；•高韧性，与其他蜂窝芯材相比，抗损性能高；•阻燃，低烟，低毒性（符合航空最严格的阻燃和烟毒标准）；•优异的蠕变和疲劳性能，可在要求严苛的应用中长期使用；•极高的湿强度，可在高湿度环境中使用；易于加工，降低生产成本；•耐腐蚀，这在芯材要接触碳纤维增强板材的应用中尤为重要，因为碳纤面层与铝总会形成电位差，产生电化学腐蚀。当芯材与层面之间出现密封开裂，芯材会接触水分或者其他腐蚀性介质。这方面，Nomex®蜂窝也表现出优异的耐腐性；•出众的隔热隔音性，相对于金属和玻璃纤维材料而言，在相同的重量下有更好的隔热和隔音性能，更舒适和节能环保；•易成型加工，和金属蜂窝相比，Nomex®蜂窝可弯曲，加工更方便，操作更便捷。芳纶纸蜂窝的应用商用级芳纶蜂窝：•主要应用对强度和刚度有着高要求的场合。如船体的外壳，内壁，家具；列车内饰，家具；陆基雷达；快速部署式掩体；陆上交通工具等。航太级芳纶蜂窝：•现代商业飞机的多处内板使用Nomex®蜂窝结构，包括地板，侧板，行李架，天花板，隔板，厨房和厕所。•用Nomex®蜂窝制作而成的航天飞机货舱门具有重量轻，强度高，刚度高独特性能。Nomex®也可以用来制成航天飞机的外壳和储物箱。•用Nomex®制成的飞机外部蜂窝板可用于整流罩，尾翼，襟翼，副翼，盖板，舱门，外翼，扰流板，进气管道，缝翼，翼端，引擎罩，外挂架和雷达天线罩等。•直九（直升机）：目前国内蜂窝夹层结构用量最大的机种之一，由Nomex蜂窝组成的夹层构件共计280多个，单机Nomex蜂窝用量260平方米，占整机80%的覆盖面积。面板材料包括碳纤维，高强玻璃纤维，凯夫拉纤维，铝合金。•国内长春客车厂阿尔斯通动车组（CRH5），正在使用芳纶纸蜂窝作为高速列车夹层结构材料。