二次熱處理對(duì)芳綸紙蜂窩高度變化趨勢(shì)及影響因素分析

孫 達(dá)，許光群，皮志超

（蕪湖創(chuàng)聯(lián)新材料科技有限公司，安徽 蕪湖 241000）

芳綸紙蜂窩重量輕、強(qiáng)度高，且具有優(yōu)良的阻燃性、介電性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通和體育器材等領(lǐng)域[1]。在芳綸紙蜂窩表面鋪貼膠膜、預(yù)浸料，在一定溫度和壓力下固化可制成芳綸紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是芳綸紙蜂窩的常用使用方式。調(diào)查表明，夾層結(jié)構(gòu)在固化成型后容易出現(xiàn)在高度方向收縮的現(xiàn)象。對(duì)芳綸紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的原材料（膠膜、復(fù)合材料、芳綸紙蜂窩）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)膠膜和復(fù)合材料尺寸、形態(tài)不易受溫度和壓力影響，而芳綸紙蜂窩芯材由于芳綸紙張的吸水性強(qiáng)，尺寸容易受高溫環(huán)境的影響。

芳綸紙蜂窩是使用芳綸紙、芯條膠和酚醛樹(shù)脂經(jīng)涂膠、裁切、鋪疊、熱壓、拉伸、定型、浸膠和固化等工序制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)[2]。芯條膠和酚醛樹(shù)脂性能穩(wěn)定，不容易受熱收縮；芳綸分子是由酰胺鍵相互連接的芳基所構(gòu)成的線型大分子[3]，因?yàn)轷０锋I具有易吸水的性質(zhì)，芳綸紙?jiān)诃h(huán)境中容易吸水膨脹，推測(cè)芳綸紙的吸水特性可能是導(dǎo)致夾層結(jié)構(gòu)尺寸問(wèn)題的重要原因。

本文通過(guò)研究溫度處理對(duì)芳綸紙尺寸變化的影響，分析芳綸紙蜂窩在不同溫度下的收縮規(guī)律和原因，對(duì)芳綸紙蜂窩的生產(chǎn)應(yīng)用過(guò)程具有理論指導(dǎo)意義。

1 實(shí)驗(yàn)材料及方法

1.1 烘干處理對(duì)芳綸紙尺寸變化的影響

芳綸紙采用煙臺(tái)民士達(dá)特種紙業(yè)股份有限公司的YT822 型間位芳綸紙，紙張厚度分別為0.04、0.05、0.08 mm。紙張的M 方向?yàn)榧垙埖臋C(jī)械牽引方向，T 方向?yàn)榉涓C高度方向。按照?qǐng)D1 在紙張M、T 方向各繪制5 條長(zhǎng)度相等的直線，進(jìn)行2 次平行試驗(yàn)，測(cè)量烘干前后M、T 方向的尺寸變化率。

圖1 芳綸紙尺寸變化實(shí)驗(yàn)方法

1.2 烘干溫度對(duì)芳綸紙蜂窩高度變化的影響

采用煙臺(tái)民士達(dá)特種紙業(yè)股份有限公司的YT822 型號(hào)間位芳綸紙，按照芳綸紙涂膠、疊合、熱壓、拉伸、烘干、浸膠、凈化和固化工序制備芳綸紙蜂窩。按照?qǐng)D1 所示將不同規(guī)格蜂窩裁切至規(guī)定尺寸，紙張厚度分別為0.04、0.05、0.08 mm，孔格邊長(zhǎng)選用常見(jiàn)的1.83、2.75、5.5 mm（表1）。按照?qǐng)D2 所示測(cè)量指定點(diǎn)位的蜂窩厚度，共做7 組實(shí)驗(yàn)，每組測(cè)量8 點(diǎn)位并取平均值。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品參數(shù)

圖2 芳綸紙蜂窩高度變化實(shí)驗(yàn)方法

7 組芳綸紙蜂窩片材使用鼓風(fēng)烘箱分別在90、120、150 ℃條件下烘干1 h，測(cè)量烘干后的高度，與烘干前進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算尺寸變化率。

1.3 烘干后蜂窩塊的環(huán)境處理

將烘干試驗(yàn)后的樣品置于外部環(huán)境放置8 h，對(duì)比環(huán)境處理后的蜂窩相比烘干之前的高度變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 烘干處理對(duì)芳綸紙尺寸變化的影響

對(duì)比不同厚度的芳綸紙（0.04、0.05、0.08 mm）在150 ℃條件縱向、橫向尺寸變化的結(jié)果。由圖3 可知，不同厚度芳綸紙經(jīng)熱處理后在M、T 方向上均會(huì)發(fā)生收縮。M 向收縮率隨紙張厚度增加而增加，T 向收縮率隨紙張厚度增加而降低。

圖3 芳綸紙M、T 向尺寸在烘干處理后的變化

2.2 烘干處理對(duì)蜂窩片高度的影響

2.2.1 烘干溫度的影響

烘干處理后的蜂窩均會(huì)發(fā)生高度方向的收縮。圖4—6 為蜂窩孔格邊長(zhǎng)為1.83 mm 時(shí)熱處理溫度對(duì)不同紙張厚度的芳綸紙蜂窩高度影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。由圖4 所示，選用0.04 mm 紙張的蜂窩（1.83-0.04）在進(jìn)行二次熱處理時(shí)，芳綸紙蜂窩在高度方向會(huì)發(fā)生明顯收縮，且烘干溫度對(duì)蜂窩高度方向的收縮量影響不大。由圖5 可知，當(dāng)增大紙張厚度，1.83-0.05 樣品在進(jìn)行二次熱處理時(shí)，芳綸紙蜂窩在高度方向也會(huì)發(fā)生明顯收縮，且隨著烘干溫度的升高，芳綸紙蜂窩在高度方向的收縮量也逐漸增大。1.83-0.08 樣品的紙張厚度選用0.08 mm，如圖6 所示，二次熱處理同樣會(huì)使蜂窩在高度方向發(fā)生收縮，且隨著烘干溫度的提高，收縮量呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢(shì)，當(dāng)烘干溫度為120 ℃時(shí)，收縮量相比90 ℃烘干時(shí)明顯提高，而150 ℃烘干時(shí)的收縮量相比90 ℃有所降低。

圖4 1.83-0.04 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖5 1.83-0.05 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖6 1.83-0.08 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖7—9 為當(dāng)蜂窩孔格邊長(zhǎng)為2.75 mm 時(shí)，熱處理溫度對(duì)不同紙張厚度芳綸紙蜂窩高度的影響。由圖7可知，使用紙張厚度為0.04 mm 芳綸紙制造芳綸紙蜂窩時(shí)，2.75-0.04 樣品在進(jìn)行熱處理后的高度發(fā)生明顯收縮，且隨著烘干溫度的提升，收縮量變化不大。提高紙張厚度，對(duì)2.75-0.05 樣品進(jìn)行烘干后，芳綸紙蜂窩高度同樣發(fā)生收縮（圖8）。隨著烘干溫度的提高，2.75-0.05 在高度方向的收縮量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。由圖9 可知，2.75-0.08 樣品在不同溫度熱處理后都出現(xiàn)了明顯收縮，且隨著烘干溫度的升高，2.75-0.08 在高度方向的收縮量也呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。

圖7 2.75-0.04 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖8 2.75-0.05 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖9 2.75-0.08 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖10 為當(dāng)蜂窩孔格邊長(zhǎng)為5.5 mm 時(shí)，烘干溫度對(duì)不同紙張厚度芳綸紙蜂窩高度的影響。烘干后的芳綸紙蜂窩在高度方向發(fā)生明顯收縮，隨著烘干溫度的升高，收縮量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)。

圖10 5.5-0.08 不同溫度烘干后的尺寸變化

2.2.2 芳綸紙紙張厚度的影響

圖11、圖12 分別為選用1.83、2.75 mm 孔格蜂窩規(guī)格，在不同溫度烘干時(shí)，芳綸紙紙張厚度對(duì)蜂窩高度變化率的影響。蜂窩在高度方向的收縮率呈現(xiàn)隨紙張厚度升高而降低的趨勢(shì)，且這種趨勢(shì)在孔格邊長(zhǎng)為1.83 mm 時(shí)更為顯著。

圖11 1.83-0.08 孔格蜂窩尺寸變化率與紙張厚度的關(guān)系

圖12 2.75-0.08 孔格蜂窩尺寸變化率與紙張厚度的關(guān)系

這與芳綸紙烘干時(shí)在T 向（蜂窩高度方向）的收縮率趨勢(shì)一致，說(shuō)明芳綸紙蜂窩在高度方向的收縮與芳綸紙?jiān)诩訜釙r(shí)的收縮密切相關(guān)。

2.3 熱處理造成芳綸紙蜂窩在高度方向收縮的原因

由圖13 可知，對(duì)比1.83-0.08、2.75-0.08 和5.5-0.08 三組樣品熱處理前和在150 ℃熱處理后放置8 h的蜂窩高度。發(fā)現(xiàn)放置8 h 后，蜂窩高度與熱處理前基本一致。這說(shuō)明烘干造成的高度收縮在靜置8 h 后消失。

圖13 環(huán)境處理后蜂窩高度與原高度對(duì)比

結(jié)合芳綸紙熱處理收縮的變化規(guī)律可以知道，這是因?yàn)榉季]紙蜂窩片切后，端面上有許多裸露的纖維，芳綸紙暴露在環(huán)境中，在空氣中能夠快速吸收水分，使端面膨脹，厚度增加。當(dāng)對(duì)樣品進(jìn)行烘干時(shí)，芳綸紙張中的水分揮發(fā)，體積發(fā)生收縮，因此將烘干后的芳綸紙蜂窩片在空氣中放置8 h 后，收縮的體積會(huì)因?yàn)榉季]紙?jiān)俅挝鼭窕謴?fù)原狀。

3 結(jié)論

芳綸紙蜂窩片材在進(jìn)行烘干處理時(shí)其高度會(huì)發(fā)生明顯收縮，在空氣中靜置8 h 后收縮基本恢復(fù)，與烘干前狀態(tài)一致。造成蜂窩高度發(fā)生收縮的主要原因是片切后的蜂窩芳綸紙纖維裸露在外，在環(huán)境中吸濕膨脹，因此加熱后因水分揮發(fā)而收縮。高度收縮隨著溫度的升高基本呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢(shì)，這種趨勢(shì)隨著蜂窩孔格邊長(zhǎng)的增加逐漸明顯。隨著芳綸紙厚度的增加，蜂窩高度方向的收縮率逐漸降低，這與芳綸紙?jiān)诟邷叵耇向尺寸的變化一致。

綜上所述，在使用芳綸紙蜂窩前建議進(jìn)行烘干處理，防止蜂窩放置在空氣中體積膨脹，對(duì)芳綸紙蜂窩的使用造成不良影響。