本發(fā)明屬于造紙工業(yè)和絕緣工業(yè)交叉領(lǐng)域，具體涉及一種高密度芳綸絕緣硬紙板的制備方法。
背景技術(shù)：
芳綸絕緣紙板是以間位芳綸纖維為主要原料，通過濕法抄造和層合板壓工藝制備而成的高性能絕緣材料。因其具備突出的機械強度、絕緣特性和耐高溫性能，并且對油和漆有良好的滲透性和相容性，可作為墊片、端圈、撐條、角環(huán)、螺栓、螺桿、壓環(huán)、絕緣筒等成型件和一些油浸設(shè)備的結(jié)構(gòu)件而應(yīng)用到電機、變壓器等電力設(shè)備中，市場前景十分廣闊。
間位芳綸纖維具有高強度、高模量以及優(yōu)異的絕緣性和熱學(xué)穩(wěn)定性，是制備耐高溫絕緣紙板的首選材料。然而由于芳綸纖維的表面惰性強，纖維間難以結(jié)合，同時絕緣紙板的厚度大定量高，采用常規(guī)紙板的制備方法所生產(chǎn)的紙板機械強度和絕緣特性極低，且易于分層，無法滿足實際應(yīng)用的要求，其制備難度較高，目前的專利涉及較少，主要是采用與木材纖維配抄或樹脂浸漬增強的方法。
中國專利CN：201310418332.7提出將20～70％的芳綸漿粕纖維進行接枝改性，再與30～80％的木材纖維混合配抄，采用真空層壓機制得復(fù)合絕緣紙板，有效提高了機械強度，并降低了介電常數(shù)，滿足了特高壓變壓器的使用要求。
中國專利CN：00810718.1采用60～97％的短切纖維和3～40％的間位芳綸漿粕纖維制備芳綸紙，并采用熱固性樹脂進行浸漬后壓板。該方法制備出的芳綸層壓紙板主要應(yīng)用于電路板中，機械強度和介電性能較好。
中國專利CN：200710050007.4提出將含芳雜環(huán)芳綸纖維與熱固性樹脂復(fù)合成膜，再將多層膜疊加熱壓成型，制得的層壓紙板強度大，質(zhì)量輕，阻燃性和絕緣性好，可用于低溫絕緣領(lǐng)域。
上述專利所介紹的絕緣紙板制備方法對其機械強度和絕緣特性起到了一定的增強作用，但也存在著耐熱等級低及相容性差等問題。其中，木材纖維在高溫、水份、氧及油中酸性化合物的共同作用下易于降解，從而極大降低產(chǎn)品使用壽命；而樹脂的存在會引起絕緣紙板的耐熱性下降，同時損害其對油和漆的滲透性和相容性，這嚴(yán)重限制了絕緣紙板的應(yīng)用。因此，采用純間位芳綸纖維制備絕緣紙板成為技術(shù)發(fā)展趨勢。
野崎正興等介紹了將干燥的間位芳綸紙多層疊合后進行高溫高壓，使其局部產(chǎn)生熔融粘合，從而制備出純芳綸絕緣紙板，耐熱性得到大幅改善。但這種方法需要很大的勞動力和時間，所制備的紙板尺寸精度低，層間粘合不充分，表現(xiàn)為在彎曲加工時，內(nèi)側(cè)產(chǎn)生脫層，外側(cè)發(fā)生龜裂。
美國專利US：5089088采用20～95％間位芳綸沉析纖維和5～80％間位芳綸短切纖維制備芳綸濕紙幅，將多層濕紙幅疊合后進行熱壓處理，溫度100～200℃，然后將紙板加濕至含水量5～25％，再進行二次熱壓處理，溫度200～315℃，最后制得密度0.14～0.45g/cc的純芳綸絕緣紙板。該方法所制備的紙板耐熱性好，對油和漆的吸收性突出，減少了層間粘合不足而分層現(xiàn)象，但其密度小，機械強度較低。
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電機、變壓器等設(shè)備朝著小型化、大容量化、安全可靠化的方向發(fā)展，實際應(yīng)用中密度為1.1～1.2g/cc的高密度絕緣硬紙板的需求量逐漸增加，但相關(guān)研究報道較少。而市場上現(xiàn)有的產(chǎn)品一般是采用高溫高壓處理制備而成，由于芳綸纖維本體強度較大，將其機械壓縮成高密度紙板難度極高，不僅資源消耗大、生產(chǎn)成本高，同時厚度尺寸的精度較低。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種高密度芳綸絕緣硬紙板的制備方法，以克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明所制備的芳綸絕緣紙板厚度1.0～10mm，密度1.1～1.2g/cc，尺寸精度高，具備優(yōu)異的機械強度和絕緣特性，耐溫等級高，且對油和漆具有良好相容性。
為達到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
一種高密度芳綸絕緣硬紙板的制備方法，所述芳綸絕緣紙板厚度1.0～10mm，密度1.1～1.2g/cc，包括以下步驟：
(1)取間位芳綸短切纖維、間位芳綸沉析纖維和間位芳綸紙漿在水中疏解后混合；
(2)利用斜網(wǎng)成型器進行濕法抄造成形，上網(wǎng)濃度0.005～0.02％，成型器內(nèi)采用超聲波處理，頻率為50～100kHz；
(3)成形后壓榨干燥，壓榨干燥后經(jīng)過表面涂布處理，再將涂布后紙幅壓榨至含水率30～40％，通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并送入板式熱壓機進行分段熱壓；
(4)降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使紙板含水量達到2～5％，切邊整飾，最終得到芳綸絕緣紙板產(chǎn)品。
進一步地，間位芳綸短切纖維、間位芳綸沉析纖維和間位芳綸紙漿用量分別為：
(a)間位芳綸短切纖維，相對于絕干總質(zhì)量20～60％；
(b)間位芳綸沉析纖維，相對于絕干總質(zhì)量20～60％；
(c)間位芳綸紙漿，相對于絕干總質(zhì)量20～40％。
進一步地，間位芳綸沉析纖維通過多級篩分，且間位芳綸沉析纖維的尺寸組合質(zhì)量比例為≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝0～2：1～3：3～7：1～5。
進一步地，間位芳綸紙漿是將芳綸紙、芳綸廢絲、芳綸邊角料通過機械切割后再經(jīng)水力打漿而制得，平均長度為0.1～0.4mm。
進一步地，間位芳綸紙漿預(yù)先經(jīng)過低溫等離子體處理，處理功率70～120W，壓力50～100Pa。
進一步地，間位芳綸紙漿經(jīng)過低溫等離子體處理后表面O/C比例為150～250％。
進一步地，表面涂布處理是在芳綸紙表面涂覆一層尺寸≤150目的純間位芳綸沉析纖維。
進一步地，分段熱壓工藝包括以下步驟：
(a)第一段：溫度120～150℃，壓力5～10MPa，時間0.5～1h；
(b)第二段：溫度180～240℃，壓力20～30MPa，時間1～3h。
進一步地，第一段熱壓處理后，紙坯的含水量為10～20％。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
本發(fā)明中，間位芳綸沉析纖維的多級篩分重組處理是決定絕緣紙板尺寸精度的重要因素。由于絕緣紙板是將一定定量的紙坯在設(shè)定的壓力和溫度作用下熱壓至一定厚度而成，即絕緣紙板的厚度精度取決于紙坯定量得穩(wěn)定性，而影響紙坯定量穩(wěn)定的主要因素是濕法抄造過程中間位芳綸沉析纖維的尺寸波動性。本發(fā)明通過將間位芳綸沉析纖維進行多級篩分，選取不同目數(shù)的纖維重新組合，即可控制濕法抄造過程中間位芳綸沉析纖維的尺寸保持持續(xù)穩(wěn)定，制備出定量穩(wěn)定的濕紙坯，從而保證絕緣紙板的尺寸精度。
本發(fā)明中，表面涂布處理是提升高密度絕緣硬紙板性能的重要因素。芳綸絕緣紙板的分層現(xiàn)象主要是因為紙張層間結(jié)合強度不足，因而為了提高層間結(jié)合強度，本發(fā)明在芳綸紙張的表面涂覆一層細(xì)小的間位芳綸沉析纖維，使其在高溫條件下產(chǎn)生本體熔融，有效粘附周圍的纖維，顯著提高層間結(jié)合的強度，有效解決了絕緣紙板分層的問題。間位芳綸沉析纖維的尺寸大小是其涂布效果的關(guān)鍵因素，纖維尺寸為≤150目時，間位芳綸沉析纖維易于分散，涂布效果最好。
本發(fā)明中，間位芳綸紙漿的添加是制備高密度絕緣硬紙板的關(guān)鍵技術(shù)。由于傳統(tǒng)方法中芳綸紙坯厚度難以壓縮，本發(fā)明將芳綸紙、芳綸廢絲、芳綸邊角料等通過機械切割，再經(jīng)水力打漿制得間位芳綸紙漿，該紙漿的纖維細(xì)小，能夠填充在纖維間的孔隙中，所制得的紙坯易于壓縮，但該紙漿纖維的表面惰性較高，纖維界面結(jié)合強度較弱，因此采用低溫等離子體處理工藝，增加纖維表面的O/C比例，提高纖維間的結(jié)合力，從而在不影響紙板強度的同時，提高了紙板的密度。該技術(shù)利用了芳綸紙、芳綸廢絲、芳綸邊角料等難以自然降解的化合物材料，保護了生態(tài)環(huán)境，同時有效提高了芳綸紙坯的可壓縮性，大幅地降低了生產(chǎn)成本。
本發(fā)明中，采用分段熱壓工藝制備芳綸絕緣紙板，其中，第一段熱壓溫度120～150℃，壓力5～10MPa，其作用是排除紙坯內(nèi)的自由水，使?jié)窦埮鲗娱g產(chǎn)生一定的機械結(jié)合；第二段熱壓提高了溫度和壓力，其作用是利用溫度和壓力的聯(lián)合作用蒸發(fā)紙坯內(nèi)的水分，使得水分將熱量均勻傳遞至厚紙坯的內(nèi)部，促進纖維間的結(jié)合。其中，第一段熱壓處理后紙坯中的水分含量是影響熱壓效果的重要因素，其最佳含水量為10～20％。含水量太低，水分無法將熱量均勻傳遞至紙板內(nèi)部，降低了紙板的機械強度；含水量太高，水分蒸發(fā)速度較快，無法及時排出，此時高壓水蒸汽容易形成瞬間的沖擊力而導(dǎo)致紙板鼓泡變形。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的工藝流程圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的實施方式做進一步詳細(xì)描述：
一種高密度芳綸絕緣硬紙板的制備方法，其特征在于，所述芳綸絕緣紙板厚度1.0～10mm，密度1.1～1.2g/cc，包括以下步驟：
(1)以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，取20～60％間位芳綸短切纖維、20～60％間位芳綸沉析纖維和20～40％間位芳綸紙漿在水中疏解后混合，其中間位芳綸沉析纖維通過多級篩分，且間位芳綸沉析纖維的尺寸組合質(zhì)量比例為≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝0～2：1～3：3～7：1～5，間位芳綸紙漿是將芳綸紙、芳綸廢絲、芳綸邊角料通過機械切割后再經(jīng)水力打漿而制得，平均長度為0.1～0.4mm，且間位芳綸紙漿經(jīng)低溫等離子體處理，處理功率70～120W，壓力50～100Pa，間位芳綸紙漿經(jīng)過低溫等離子體處理后表面O/C比例為150～250％；
(2)利用斜網(wǎng)成型器進行濕法抄造成形，上網(wǎng)濃度0.005～0.02％，成型器內(nèi)采用超聲波處理，頻率為50～100kHz；
(3)成形后壓榨干燥，壓榨干燥后在芳綸紙表面涂覆一層尺寸≤150目的純間位芳綸沉析纖維，再將涂布后紙幅壓榨至含水率30～40％，通過疊層輥卷取一定定量的濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并送入板式熱壓機進行分段熱壓，分段熱壓工藝包括以下步驟：
(a)第一段：溫度120～150℃，壓力5～10MPa，時間0.5～1h；
(b)第二段：溫度180～240℃，壓力20～30MPa，時間1～3h；
第一段熱壓處理后，紙坯的含水量為10～20％；
(4)降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使紙板含水量達到2～5％，切邊整飾，最終得到芳綸絕緣紙板產(chǎn)品。
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)描述：
實施例1
選取相對絕干總質(zhì)量60％的間位芳綸短切纖維、相對絕干總質(zhì)量20％的間位芳綸沉析纖維和相對絕干總質(zhì)量20％的間位芳綸紙漿在水中疏解；其中間位芳綸沉析纖維經(jīng)過多級篩分后，按照≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝0：1：7：2的尺寸組合而成；間位芳綸紙漿是將芳綸紙、芳綸廢絲、芳綸邊角料等通過機械切割后再經(jīng)水力打漿而制得，平均長度為0.4mm，將其經(jīng)過低溫等離子體處理，功率70W，壓力50Pa，使其表面O/C比例達到150％；將纖維漿料混合均勻，利用斜網(wǎng)成型器進行濕法抄造成形，上網(wǎng)濃度0.005％，成型器內(nèi)采用超聲波處理，頻率為50kHz；壓榨干燥后在芳綸紙表面涂覆一層尺寸≤150目的純間位芳綸沉析纖維，再將涂布后紙幅壓榨至含水率30％；通過疊層輥卷取一定定量的濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并通過送料小車送入熱壓機進行分段熱壓；第一段熱壓溫度120℃，壓力5MPa，時間0.5h，使得紙坯的含水量為20％；第二段溫度180℃，壓力20MPa，時間1h；降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使紙板含水量達到2％，切邊整飾，最終得到厚度1.0mm，密度1.1g/cc的高密度芳綸絕緣硬紙板產(chǎn)品。
實施例2
選取相對絕干總質(zhì)量20％的間位芳綸短切纖維、相對絕干總質(zhì)量60％的間位芳綸沉析纖維和相對絕干總質(zhì)量20％的間位芳綸紙漿在水中疏解；其中間位芳綸沉析纖維經(jīng)過多級篩分后，按照≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝2：3：4：1的尺寸組合而成；間位芳綸紙漿是將芳綸紙、芳綸廢絲、芳綸邊角料等通過機械切割后再經(jīng)水力打漿而制得，平均長度為0.3mmmm，將其經(jīng)過低溫等離子體處理，功率90W，壓力80Pa，使其表面O/C比例達到200％；將纖維漿料混合均勻，利用斜網(wǎng)成型器進行濕法抄造成形，上網(wǎng)濃度0.005％，成型器內(nèi)采用超聲波處理，頻率為80kHz；壓榨干燥后在芳綸紙表面涂覆一層尺寸≤150目的純間位芳綸沉析纖維，再將涂布后紙幅壓榨至含水率35％；通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并通過送料小車送入熱壓機進行分段熱壓；第一段熱壓溫度120℃，壓力7MPa，時間0.5h，使得紙坯的含水量為15％；第二段溫度200℃，壓力25MPa，時間2h；降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使紙板含水量達到3％，切邊整飾，最終得到厚度2.0mm，密度1.15g/cc的高密度芳綸絕緣硬紙板產(chǎn)品。
實施例3
選取相對絕干總質(zhì)量30％的間位芳綸短切纖維、相對絕干總質(zhì)量40％的間位芳綸沉析纖維和相對絕干總質(zhì)量30％的間位芳綸紙漿在水中疏解；其中間位芳綸沉析纖維經(jīng)過多級篩分后，按照≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝1：3：4：2的尺寸組合而成；間位芳綸紙漿是將芳綸紙、芳綸廢絲、芳綸邊角料等通過機械切割后再經(jīng)水力打漿而制得，平均長度為0.3mm，將其經(jīng)過低溫等離子體處理，功率90W，壓力75Pa，使其表面O/C比例達到200％；將纖維漿料混合均勻，利用斜網(wǎng)成型器進行濕法抄造成形，上網(wǎng)濃度0.01％，成型器內(nèi)采用超聲波處理，頻率為75kHz；壓榨干燥后在芳綸紙表面涂覆一層尺寸≤150目的純間位芳綸沉析纖維，再將涂布后紙幅壓榨至含水率35％；通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并通過送料小車送入熱壓機進行分段熱壓；第一段熱壓溫度140℃，壓力8MPa，時間0.5h，使得紙坯的含水量為15％；第二段溫度200℃，壓力25MPa，時間2h；降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使紙板含水量達到3％，切邊整飾，最終得到厚度3.2mm，密度1.15g/cc的高密度芳綸絕緣硬紙板產(chǎn)品。
實施例4
選取相對絕干總質(zhì)量30％的間位芳綸短切纖維、相對絕干總質(zhì)量30％的間位芳綸沉析纖維和相對絕干總質(zhì)量40％的間位芳綸紙漿在水中疏解；其中間位芳綸沉析纖維經(jīng)過多級篩分后，按照≤30目：30～50目：50～100目：100～150目＝1：1：3：5的尺寸組合而成；間位芳綸紙漿是將芳綸紙、芳綸廢絲、芳綸邊角料等通過機械切割后再經(jīng)水力打漿而制得，平均長度為0.1mm，將其經(jīng)過低溫等離子體處理，功率120W，壓力100Pa，使其表面O/C比例達到250％；將纖維漿料混合均勻，利用斜網(wǎng)成型器進行濕法抄造成形，上網(wǎng)濃度0.02％，成型器內(nèi)采用超聲波處理，頻率為100kHz；壓榨干燥后在芳綸紙表面涂覆一層尺寸≤150目的純間位芳綸沉析纖維，再將涂布后紙幅壓榨至含水率40％；通過疊層輥卷取濕紙幅，切斷后在輸送機上展開，形成濕紙坯，并通過送料小車送入熱壓機進行分段熱壓；第一段熱壓溫度150℃，壓力10MPa，時間1h，使得紙坯的含水量為10％；第二段溫度240℃，壓力30MPa，時間3h；降溫后卸板進入半成品室平衡處理，使紙板含水量達到5％，切邊整飾，最終得到厚度10mm，密度1.2g/cc的高密度芳綸絕緣硬紙板產(chǎn)品。
以本發(fā)明實施例3制成的高強度芳綸絕緣紙板主要性能指標(biāo)與同類產(chǎn)品相比較，如表1所示。
表1實施例3與同類產(chǎn)品性能指標(biāo)對比
從表1中數(shù)據(jù)可以看出，按照本發(fā)明制備的高密度芳綸絕緣硬紙板在機械強度和絕緣性能方面具有顯著優(yōu)勢，同時其制造難度較小，生產(chǎn)成本較低，有利于為電氣絕緣和電子電工領(lǐng)域提供了高品質(zhì)新型材料。