PEO用量對高性能纖維云母紙基物理性能的影響

趙麗君 ，劉 文 ，2，周立春 ，3

（1.中國制漿造紙研究院衢州分院，浙江 衢州 324000；2.中國制漿造紙研究院，北京 100102；3.龍游縣特種紙科技創新管理服務中心，浙江 龍游 324400）

芳綸的全稱是聚苯二甲酰苯二胺，最具實用價值的品種有2個：一是間位芳綸纖維，我國稱之為芳綸1313；二是對位芳綸纖維，我國稱之為芳綸1414。1313芳綸紙強度高、介電性能和化學穩定性好，但耐電暈性差。而云母紙耐電暈性能好，但需玻璃布和黏膠劑補強，這會影響其性能。芳綸云母紙兼具耐高溫、耐電暈和優異的強度性能[1-4]。我國市場現有云母紙和芳綸紙，而芳綸云母紙沒有工業化，只處在研究階段。

高性能纖維云母紙主要用作高壓電機等高端電氣絕緣材料，主要原料有芳綸1313短切纖維、芳綸1313沉析纖維、云母粉。芳綸1313短切纖維和芳綸1313沉析纖維不同于植物纖維，屬于疏水纖維，在水溶液里容易上浮導致成紙勻度差。因此可以添加聚氧化乙烯（PEO）提高其分散性能，PEO可以增加水溶液的黏度，增加芳綸1313短切纖維和芳綸1313沉析纖維的運動阻力，從而提高其分散性能。同時，PEO也可以提高云母粉的留著率。

本研究主要探討了PEO用量對高性能纖維云母紙基物理性能的影響，旨在為芳綸1313短切纖維、芳綸1313沉析纖維和云母粉經濕法成形的高性能纖維云母紙提供理論支持。

1 實驗

1.1 原料

芳綸1313短切纖維和芳綸1313沉析纖維，均產自江蘇某化纖廠。云母粉，40～80目，產自河北某廠。

聚氧化乙烯（PEO）分散劑，非離子型，相對分子質量630萬～650萬，約7萬元/t，產自山東某化工廠。

1.2 實驗儀器

本實驗用主要設備儀器見表1。

表1 設備儀器

1.3 高性能纖維云母絕緣紙基的制備

（1）稱取芳綸短切纖維和沉析纖維，疏解2 min。

（2）加入質量分數為50%的云母粉，繼續疏解1 min。

（3）將漿料放入紙頁成形器中，加入適量的PEO，攪拌均勻后迅速成形。

（4）濕紙經壓榨機壓榨2 min，壓力為400 kPa。

（5）然后進行干燥，制成高性能纖維云母紙基。

1.4 分析測試

1.4.1 纖維形態分析

將樣品充分分散成單根纖維，然后放在載玻片上，采用CDM-201顯微鏡進行高倍顯微鏡觀察。

1.4.2 掃描電鏡觀察

將云母粉貼到樣品臺上，然后噴金進行掃描電鏡觀察，儀器為KYKY-2800B。

1.4.3 物理性能測定

參照GB/T 451.2—2002《紙和紙板定量的測定》、GB/T 453—2002《紙和紙板抗張強度的測定》、GB/T 455—2002《紙和紙板撕裂度的測定》和GB/T 5453—1997《紡織品織物透氣性的測定》分別測定紙基的定量、抗張強度、撕裂強度和透氣率。

2 結果與討論

2.1 芳綸1313和云母粉的形態分析

圖1為芳綸1313短切纖維的顯微鏡放大照片。

圖1 芳綸1313短切纖維的顯微鏡放大照片

由圖1可以看出，芳綸1313短切纖維細長、較圓滑，受剪切的作用出現溶體的現象，其長度為5 mm。

圖2為芳綸1313沉析纖維的顯微鏡放大照片。

從圖2可以看出，芳綸1313沉析纖維呈彎曲飄帶狀，帶狀較輕薄，纖維長短不一，易卷曲纏繞，纖維分絲帚化程度高，形似植物纖維。

圖3為云母粉的掃描電鏡照片。

從圖3可以看出，云母粉顆粒的形狀和大小不均一，呈鱗片狀。

圖2 芳綸1313沉析纖維的顯微鏡放大照片

圖3 云母粉的掃描電鏡照片

2.2 PEO用量對高性能纖維云母紙基物理性能的影響

在抄紙時分別加入質量分數為0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%（以絕干漿計，下同）的PEO，抄紙后，測試紙張的抗張強度、撕裂強度和透氣率，評價PEO用量對高性能纖維云母紙基物理性能的影響。

2.2.1 PEO用量對高性能纖維云母紙基抗張強度的影響

圖4為PEO用量對高性能纖維云母紙基抗張強度的影響。

圖4 PEO用量對高性能纖維云母紙基抗張強度的影響

從圖4可以看出，隨著PEO用量的增加，高性能纖維云母紙基的抗張強度先增加后減小，最后趨于平穩。PEO用量為質量分數1.0%時，高性能纖維云母紙基的抗張強度最大，最大值為1.16 kN/m。

2.2.2 PEO用量對高性能纖維云母紙基伸長率的影響

圖5為PEO用量對高性能纖維云母紙基伸長率的影響。

圖5 PEO用量對高性能纖維云母紙基伸長率的影響

從圖5可以看出，PEO用量為質量分數1.0%前，高性能纖維云母紙基的伸長率變化較小，大于質量分數1.0%之后，高性能纖維云母紙基的伸長率大幅增加，PEO用量為質量分數1.5%時，高性能纖維云母紙基的伸長率為4.57%；當PEO用量大于質量分數1.5%時，高性能纖維云母紙基的伸長率趨于平穩。

2.2.3 PEO用量對高性能纖維云母紙基撕裂強度的影響

圖6為PEO用量對高性能纖維云母紙基撕裂強度的影響。

圖6 PEO用量對高性能纖維云母紙基撕裂強度的影響

從圖6可以看出，隨著PEO用量的增加，高性能纖維云母紙基的撕裂強度先緩慢增加，后快速下降。當PEO用量達到質量分數1.0%時，高性能纖維云母紙基的撕裂強度達到最大值286.45 mN。

2.2.4 PEO用量對高性能纖維云母紙基透氣率的影響

圖7為PEO用量對高性能纖維云母紙基透氣率的影響。

圖7 PEO用量對高性能纖維云母紙基透氣率的影響

從圖7可以看出，隨著PEO用量的增加，高性能纖維云母紙基的透氣率先減小、后緩慢增加。當PEO用量達到質量分數1.0%時，高性能纖維云母紙基的透氣率最小，為2.34 mm/s。

3 結論

通過評價PEO用量對高性能纖維云母紙基物理性能的影響，得出結論如下：

（1）芳綸1313短切纖維細長、較圓滑，而芳綸1313沉析纖維呈現彎曲飄帶狀，帶狀較輕薄，纖維長短不一。

（2）云母粉顆粒的形狀和大小不均一，呈鱗片狀。

（3）PEO用量為質量分數1.0%時，高性能纖維云母紙基的抗張強度和撕裂強度最大，分別為1.16 kN/m和286.45 mN，透氣率最小，為2.34 mm/s。PEO用量為質量分數1.5%時，高性能纖維云母紙基的伸長率最大，為4.57%。