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芳纶1313纤维,全称为聚间苯二甲酰间苯二胺纤维,英文简称PMIA。芳纶1313纤维具有超高强度、高模量、耐高温、耐酸耐碱等优良性能。由芳纶1313纤维生产的后加工产品芳纶绝缘纸,具有良好的机械性能和绝缘性能,是一种高附加值的特种纤维纸,广泛应用于高温过滤材料、高温防护服、电气绝缘和蜂窝结构材料等领域,是目前世界上发展最快的耐高温绝缘材料。
本课题组开发的芳纶1313纤维纸已能作为低端产品使用,与杜邦同类产品相比仍然存在很大差距,为了使产品质量接近NOMEX纸,本论文系统地对国内外芳纶1313纤维及纸进行了对比研究。利用AFM、FT-IR、DCS、多媒体显微镜和元素分析仪等观察测试手段,对国内外芳纶1313纤维纸所用纤维原料的物理化学结构进行检测;然后通过各种检测仪器检测出国内外芳纶1313纸张的物理强度与电气绝缘性能;利用多媒体显微镜、SEM、FT-IR等测试手段,结合纤维原料的特性,分析出国内芳纶1313纤维纸性能不及杜邦同类产品的原因。
研究结果表明:国产芳纶1313短切纤维的物理强度不及杜邦Nomex短切纤维,多媒体显微镜观察得到短切纤维物理表观性能相差不大,但通过AFM观察,其表面更为粗糙FT-IR与元素分析得到两种纤维化学分子结构基本一致;由于合成纤维的物理化学结构决定了纤维的物理性能,引起两种纤维物理性能的差别是由于纤维中大分子链构象、取向度、结晶度不同,杜邦纤维的结晶度大于国产纤维,故其强度高。
自制芳纶1313原纸的匀度不及杜邦的NOMEX411纸,定量相差不大的自制芳纶1313绝缘纸的匀度也较杜邦NOMEX410纸张的匀度差。自制原纸经热压后匀度变差的原因有两方面:其一,热压过程中纸内外受热存在梯度,纸内外纤维受热热收缩不均匀。其二,热压过程中纸内纤维所受摩擦力也存在梯度,导致纤维间产生相对滑动。
自制芳纶1313绝缘纸的抗张强度不及杜邦NOMEX410;通过试验分析证明主要因为热压工艺缺陷导致芳纶1313纤维的优异物理性能在纸中未能得到发挥,而且还可以推测出杜邦热压工艺中压力与温度不如自制芳纶1313绝缘纸的大。
从红外光谱分析得到,杜邦公司在生产NOMEX411纸时没有添加助剂或者添加量较少以致于红外光谱检测不到;热压后纸变黄不是因为纸中纤维产生了新的化学结构导致有新的发色基团产生,而是由于纤维的物理结构发生改变,结晶度与取向度的变化导致光的折射发生改变而使纸张变黄。
优化自制芳纶1313绝缘纸的热压工艺要从加热方式入手,加热方式要使纸张内外纤维受热均匀,温度不宜过大,可考虑在热压前添加一个红外加热装置或电磁加热装置,且两热压辊之间的压力也不宜过大。