CN108396581B - 一种纤维浆粕的制备方法及其制备的纤维浆粕 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机纤维的制备领域,具体涉及一种纤维浆粕的制备方法,其主要步骤为:将短切纤维依次通过去离子水浸泡处理、液氮浸泡处理、立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,再通过旋风分离器与空气分开,制得纤维浆粕。该方法工艺稳定且流程短、对环境无污染,所得产品纯净、无杂质污染,纤维浆粕的平均长度为0.5~3mm,比表面积为6~15m2/g,适用于橡塑增强、树脂增强、摩擦材料、密封材料、高性能纸等领域。

Description

一种纤维浆粕的制备方法及其制备的纤维浆粕
技术领域
本发明涉及一种有机纤维及其制备领域,具体涉及一种纤维浆粕及其制备方法。
背景技术
纤维浆粕是纤维的一种差别化产品,密度比纤维略低,化学结构与纤维相同,保留了纤维绝大部分的优异性能。纤维浆粕呈毛绒状,毛羽丰富,比表面积较大,浆粕与基体的抓附结合力较强。因此,纤维浆粕具有优异的高强、高模、耐高温、阻燃、耐磨等特性,在橡塑增强、树脂增强、摩擦材料、密封材料、高性能纸等方面具有广泛的应用前景。
现有技术中,制备纤维浆粕的主要方法为湿法磨浆法和沉析法。湿法磨浆法是将纤维长丝短切成需要的长度后,分散于特定的介质液体中,经过磨浆、筛浆、过滤、干燥、开松等工艺步骤,得到浆粕成品。该方法的缺点是工艺流程复杂,生产过程中产生大量废水,废水处理困难而且污染环境。沉析法是将单体聚合反应后形成的高分子液晶态冻胶体,注入到一定溶剂中,然后沉析形成沉析纤维,经过水洗、干燥、开松,得到浆粕。沉析法虽然简化了工艺流程,但是,PBO纤维、芳纶纤维等纤维的聚合工艺条件极为苛刻,控制难度较大,难以保证浆粕的稳定性。
发明内容
针对现有技术存在的问题,本发明提供一种纤维浆粕的制备方法,该方法工艺稳定且流程短、对环境无污染,所得的产品纯净、无杂质污染,纤维浆粕的平均长度为0.5~3mm,比表面积为6~15m2/g,适用于橡塑增强、树脂增强、摩擦材料、密封材料、高性能纸等领域。
一种纤维浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将短切纤维在水中浸泡10-30min,控制含水率在30~60%;
(2)将步骤(1)得到的短切纤维在液氮中浸泡5~20s;
(3)将步骤(2)得到的短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,再通过旋风分离器与空气分开,制得纤维浆粕。
所述步骤(1)中短切纤维的长度为3~8mm。
所述步骤(1)中短切纤维的单丝纤度为1.0D~3.0D,弹性模量为80~280GPa。
所述步骤(1)中短切纤维包括PBO纤维、芳纶纤维中的一种。
优选所述PBO纤维的弹性模量为180~280GPa;优选所述芳纶纤维的弹性模量为80~120GPa。
所述立式涡流磨的转速为2000~4000r/min。
所述立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为1~3mm。
上述方法制备的纤维浆粕。
所述纤维浆粕的比表面积为6~15m2/g。
所述纤维浆粕的平均长度为0.5~3mm。
所述纤维浆粕包括PBO浆粕、芳纶浆粕中的一种。
本发明中所用的水为去离子水。
本发明的有益效果:
(1)短切纤维在水中浸泡后,纤维芯层的原纤间充满水分,充分润涨;采用低温液氮迅速处理短切纤维,使纤维中的水份原位凝结,有利于短切纤维的原纤化。
(2)采用立式涡流磨机械化处理前述的短切纤维,立式涡流磨旋转产生的强大吸引力将短切纤维吸入研磨区底部,在上升气流的加速推动下,物料受到高速旋转的研磨板的撞击作用而获得动能,并在漩涡流场中高速气流的携带作用下做高速旋转运动,然后离心切向飞出,受到齿形内衬的研磨撞击,物料经过齿形内衬的撞击后,改变原来的方向,受到迎面而来的研磨板或连续环向运动的物料的高速冲击,然后再次飞出,受到齿形内衬的撞击,如此循环。经过多次的撞击作用,物料逐渐断裂并原纤化,形成纤维浆粕,在立式涡流磨中旋转上升的气流的带动下,纤维浆粕进入分离器,空气与纤维浆粕在分离器中分离,制得纯净的的纤维浆粕。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明及其有益效果作进一步详细地描述,但本发明的实施方式不限于此。
纤维浆粕的测试方法:
(1)纤维浆粕的纤维平均长度按照《GB/T 29779-2013纸浆纤维长度的测定非偏振光法》标准进行测试;
(2)纤维浆粕的比表面积按照《GB/T 19587-2004气体吸附BET法测定固态物质比表面积》标准进行测试;
实施例1
一种PBO浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为3mm、单丝纤度为1.0D、弹性模量为180GPa的PBO短切纤维在水中浸泡10min,控制含水率在30%;
(2)将步骤(1)得到的PBO短切纤维在液氮中浸泡20s;
(3)将步骤(2)得到的PBO短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为2000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为1mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得PBO浆粕。
实施例2
一种PBO浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为8mm、单丝纤度为3.0D、弹性模量为280GPa的PBO短切纤维在水中浸泡30min,控制含水率在60%;
(2)将步骤(1)得到的PBO短切纤维在液氮中浸泡5s;
(3)将步骤(2)得到的PBO短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为4000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为3mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得PBO浆粕。
实施例3
一种PBO浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为5mm、单丝纤度为1.0D、弹性模量为180GPa的PBO短切纤维在水中浸泡20min,控制含水率在40%;
(2)将步骤(1)得到的PBO短切纤维在液氮中浸泡10s;
(3)将步骤(2)得到的PBO短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为4000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为2mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得PBO浆粕。
实施例4
一种PBO浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为8mm、单丝纤度为3.0D、弹性模量为280GPa的PBO短切纤维在水中浸泡10min,控制含水率在30%;
(2)将步骤(1)得到的PBO短切纤维在液氮中浸泡5s;
(3)将步骤(2)得到的PBO短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为2000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为3mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得PBO浆粕。
实施例5
一种芳纶浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为3mm、单丝纤度为1.0D、弹性模量为80GPa的芳纶短切纤维在水中浸泡10min,控制含水率在30%;
(2)将步骤(1)得到的芳纶短切纤维在液氮中浸泡5s;
(3)将步骤(2)得到的芳纶短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为2000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为1mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得芳纶浆粕。
实施例6
一种芳纶浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为8mm、单丝纤度为3.0D、弹性模量为120GPa的芳纶短切纤维在水中浸泡30min,控制含水率在60%;
(2)将步骤(1)得到的芳纶短切纤维在液氮中浸泡20s;
(3)将步骤(2)得到的芳纶短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为4000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为3mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得芳纶浆粕。
对比实施例1-1
一种PBO浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为3mm、单丝纤度为1.0D、弹性模量为180GPa的PBO短切纤维在液氮中浸泡20s;
(2)将步骤(1)得到的PBO短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为2000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为1mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得PBO浆粕。
对比实施例1-2
一种PBO浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为3mm、单丝纤度为1.0D、弹性模量为180GPa的PBO短切纤维在水中浸泡10min,控制含水率在30%;
(2)将步骤(1)得到的PBO短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为2000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为1mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得PBO浆粕。
对比实施例1-3
一种PBO浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为3mm、单丝纤度为1.0D、弹性模量为180GPa的PBO短切纤维在水中浸泡10min,控制含水率在30%;
(2)将步骤(1)得到的PBO短切纤维在液氮中浸泡20s;
(3)将步骤(2)得到的PBO短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为500r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为5mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得PBO浆粕。
对比实施例1-4
一种PBO浆粕的制备方法,包括以下步骤:
(1)将长度为3mm、单丝纤度为1.0D、弹性模量为180GPa的PBO短切纤维在水中浸泡10min,控制含水率在30%;
(2)将步骤(1)得到的PBO短切纤维在液氮中浸泡20s;
(3)将步骤(2)得到的PBO短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,立式涡流磨的转速为6000r/min,立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为0.5mm,再通过旋风分离器与空气分开,制得PBO浆粕。
表1纤维浆粕的性能参数
浆粕平均长度(mm) 比表面积(m<sup>2</sup>/g)
实施例1 0.85 8.1
对比实施例1-1 2.12 1.8
对比实施例1-2 2.58 1.5
对比实施例1-3 2.85 2.3
对比实施例1-4 0.25 12.5
实施例2 2.35 9.5
实施例3 1.64 14.2
实施例4 2.91 6.5
实施例5 0.79 9.1
实施例6 2.96 8.5
从表1可知,本发明实施例1~6中短切纤维依次经水中浸泡处理、低温液氮处理以及立式涡流磨机械化处理后,得到纤维浆粕,纤维浆粕的比表面积为6~15m2/g,平均长度为0.5~3mm。当短切纤维未经水中浸泡处理时或者未经低温液氮处理时,如对比实施例1-1和1-2,所得纤维浆粕的比表面积非常小,在使用过程中无法发挥浆粕的优势。当立式涡流磨的转速过小,运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙过大时,如对比实施例1-3,纤维受到的原纤化作用力较小,制备的浆粕长度较长,但是比表面积很小,只有2.3m2/g,无法满足使用要求。当立式涡流磨的转速过大,运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙过小时,如对比
实施例1-4,短切纤维受到的原纤化作用力过小,纤维被过度打碎,制备的浆粕长度太短,呈粉末状,虽然浆粕的比表面积较高,但是过低的浆粕长度限制了其应用范围。

Claims (9)

1.一种纤维浆粕的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将长度为3~8mm的短切纤维在水中浸泡10~30min,控制含水率在30~60%;
(2)将步骤(1)得到的短切纤维在液氮中浸泡5~20s;
(3)将步骤(2)得到的短切纤维通过立式涡流磨进行机械化研磨、原纤化处理,再通过旋风分离器与空气分开,制得纤维浆粕。
2.根据权利要求1所述的纤维浆粕的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中短切纤维的单丝纤度为1.0D~3.0D,弹性模量为80~280GPa。
3.根据权利要求1所述的纤维浆粕的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中短切纤维包括PBO纤维、芳纶纤维中的一种。
4.根据权利要求1所述的纤维浆粕的制备方法,其特征在于,所述立式涡流磨的转速为2000~4000r/min。
5.根据权利要求1所述的纤维浆粕的制备方法,其特征在于,所述立式涡流磨中运动部件研磨板与齿形内衬之间的间隙为1~3mm。
6.权利要求1~5任一项所述方法制备的纤维浆粕。
7.根据权利要求6所述的纤维浆粕,其特征在于,所述纤维浆粕的比表面积为6~15m2/g。
8.根据权利要求6所述的纤维浆粕,其特征在于,所述纤维浆粕的平均长度为0.5~3mm。
9.根据权利要求7或8所述的纤维浆粕,其特征在于,所述纤维浆粕包括PBO浆粕、芳纶浆粕中的一种。
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