PEO用量对高性能纤维云母纸基物理性能的影响

赵丽君 ，刘 文 ，2，周立春 ，3

（1.中国制浆造纸研究院衢州分院，浙江 衢州 324000；2.中国制浆造纸研究院，北京 100102；3.龙游县特种纸科技创新管理服务中心，浙江 龙游 324400）

芳纶的全称是聚苯二甲酰苯二胺，最具实用价值的品种有2个：一是间位芳纶纤维，我国称之为芳纶1313；二是对位芳纶纤维，我国称之为芳纶1414。1313芳纶纸强度高、介电性能和化学稳定性好，但耐电晕性差。而云母纸耐电晕性能好，但需玻璃布和黏胶剂补强，这会影响其性能。芳纶云母纸兼具耐高温、耐电晕和优异的强度性能[1-4]。我国市场现有云母纸和芳纶纸，而芳纶云母纸没有工业化，只处在研究阶段。

高性能纤维云母纸主要用作高压电机等高端电气绝缘材料，主要原料有芳纶1313短切纤维、芳纶1313沉析纤维、云母粉。芳纶1313短切纤维和芳纶1313沉析纤维不同于植物纤维，属于疏水纤维，在水溶液里容易上浮导致成纸匀度差。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，增加芳纶1313短切纤维和芳纶1313沉析纤维的运动阻力，从而提高其分散性能。同时，PEO也可以提高云母粉的留着率。

本研究主要探讨了PEO用量对高性能纤维云母纸基物理性能的影响，旨在为芳纶1313短切纤维、芳纶1313沉析纤维和云母粉经湿法成形的高性能纤维云母纸提供理论支持。

1 实验

1.1 原料

芳纶1313短切纤维和芳纶1313沉析纤维，均产自江苏某化纤厂。云母粉，40～80目，产自河北某厂。

聚氧化乙烯（PEO）分散剂，非离子型，相对分子质量630万～650万，约7万元/t，产自山东某化工厂。

1.2 实验仪器

本实验用主要设备仪器见表1。

表1 设备仪器

1.3 高性能纤维云母绝缘纸基的制备

（1）称取芳纶短切纤维和沉析纤维，疏解2 min。

（2）加入质量分数为50%的云母粉，继续疏解1 min。

（3）将浆料放入纸页成形器中，加入适量的PEO，搅拌均匀后迅速成形。

（4）湿纸经压榨机压榨2 min，压力为400 kPa。

（5）然后进行干燥，制成高性能纤维云母纸基。

1.4 分析测试

1.4.1 纤维形态分析

将样品充分分散成单根纤维，然后放在载玻片上，采用CDM-201显微镜进行高倍显微镜观察。

1.4.2 扫描电镜观察

将云母粉贴到样品台上，然后喷金进行扫描电镜观察，仪器为KYKY-2800B。

1.4.3 物理性能测定

参照GB/T 451.2—2002《纸和纸板定量的测定》、GB/T 453—2002《纸和纸板抗张强度的测定》、GB/T 455—2002《纸和纸板撕裂度的测定》和GB/T 5453—1997《纺织品织物透气性的测定》分别测定纸基的定量、抗张强度、撕裂强度和透气率。

2 结果与讨论

2.1 芳纶1313和云母粉的形态分析

图1为芳纶1313短切纤维的显微镜放大照片。

图1 芳纶1313短切纤维的显微镜放大照片

由图1可以看出，芳纶1313短切纤维细长、较圆滑，受剪切的作用出现溶体的现象，其长度为5 mm。

图2为芳纶1313沉析纤维的显微镜放大照片。

从图2可以看出，芳纶1313沉析纤维呈弯曲飘带状，带状较轻薄，纤维长短不一，易卷曲缠绕，纤维分丝帚化程度高，形似植物纤维。

图3为云母粉的扫描电镜照片。

从图3可以看出，云母粉颗粒的形状和大小不均一，呈鳞片状。

图2 芳纶1313沉析纤维的显微镜放大照片

图3 云母粉的扫描电镜照片

2.2 PEO用量对高性能纤维云母纸基物理性能的影响

在抄纸时分别加入质量分数为0、0.5%、1.0%、1.5%和2.0%（以绝干浆计，下同）的PEO，抄纸后，测试纸张的抗张强度、撕裂强度和透气率，评价PEO用量对高性能纤维云母纸基物理性能的影响。

2.2.1 PEO用量对高性能纤维云母纸基抗张强度的影响

图4为PEO用量对高性能纤维云母纸基抗张强度的影响。

图4 PEO用量对高性能纤维云母纸基抗张强度的影响

从图4可以看出，随着PEO用量的增加，高性能纤维云母纸基的抗张强度先增加后减小，最后趋于平稳。PEO用量为质量分数1.0%时，高性能纤维云母纸基的抗张强度最大，最大值为1.16 kN/m。

2.2.2 PEO用量对高性能纤维云母纸基伸长率的影响

图5为PEO用量对高性能纤维云母纸基伸长率的影响。

图5 PEO用量对高性能纤维云母纸基伸长率的影响

从图5可以看出，PEO用量为质量分数1.0%前，高性能纤维云母纸基的伸长率变化较小，大于质量分数1.0%之后，高性能纤维云母纸基的伸长率大幅增加，PEO用量为质量分数1.5%时，高性能纤维云母纸基的伸长率为4.57%；当PEO用量大于质量分数1.5%时，高性能纤维云母纸基的伸长率趋于平稳。

2.2.3 PEO用量对高性能纤维云母纸基撕裂强度的影响

图6为PEO用量对高性能纤维云母纸基撕裂强度的影响。

图6 PEO用量对高性能纤维云母纸基撕裂强度的影响

从图6可以看出，随着PEO用量的增加，高性能纤维云母纸基的撕裂强度先缓慢增加，后快速下降。当PEO用量达到质量分数1.0%时，高性能纤维云母纸基的撕裂强度达到最大值286.45 mN。

2.2.4 PEO用量对高性能纤维云母纸基透气率的影响

图7为PEO用量对高性能纤维云母纸基透气率的影响。

图7 PEO用量对高性能纤维云母纸基透气率的影响

从图7可以看出，随着PEO用量的增加，高性能纤维云母纸基的透气率先减小、后缓慢增加。当PEO用量达到质量分数1.0%时，高性能纤维云母纸基的透气率最小，为2.34 mm/s。

3 结论

通过评价PEO用量对高性能纤维云母纸基物理性能的影响，得出结论如下：

（1）芳纶1313短切纤维细长、较圆滑，而芳纶1313沉析纤维呈现弯曲飘带状，带状较轻薄，纤维长短不一。

（2）云母粉颗粒的形状和大小不均一，呈鳞片状。

（3）PEO用量为质量分数1.0%时，高性能纤维云母纸基的抗张强度和撕裂强度最大，分别为1.16 kN/m和286.45 mN，透气率最小，为2.34 mm/s。PEO用量为质量分数1.5%时，高性能纤维云母纸基的伸长率最大，为4.57%。