芳砜纶/芳纶水刺工艺及电绝缘性能的研究

摘要

芳砜纶纤维是我国自主研发的高性能耐高温纤维，其性能优越，具有优异的热稳定性、电绝缘性能等等。国产芳纶纤维同样作为耐高温纤维之一，在国外技术保密及产品垄断的基础上由我国自行研发生产技术，其性能亦可与国外芳纶相媲美。为了进一步研究两种耐高温纤维的成形工艺并拓宽其产品的应用领域，本课题将通过对芳砜纶和芳纶纤维的性能研究，探讨采用射流缠结的方法对纤维进行水刺加工的可行性，设计不同的水刺工艺，分析工艺参数对水刺材料缠结性能的影响。同时，通过分析产品的电阻值、介电常数等电气绝缘性能，探讨其在绝缘材料领域上的应用，并通过持续高温处理来分析其耐热性能。另外，利用热轧工艺改善产品的表观性能，并通过提高其密度来提高其产品的相关性能。
　　纤维性能测试表明:本课题选用的芳砜纶和芳纶纤维(2D/51 mm)的单纤强力分别为8.17cN和8.24cN，较一般化学纤维低;回潮率分别为6.13％和6.59％，远高于一般化学纤维;芳砜纶的模量比芳纶低，即其柔软和弯曲性更佳，有利于形成水刺缠结结构;高温失重分析中，芳砜纶纤维和芳纶纤维在温度分别为444.84℃和411.33℃时，失重达到10％，均具有较好的热稳定性能。
　　本文还对以芳砜纶和芳纶纤维为原料的水刺非织造材料的生产工艺进行了探讨，从纤网的制备和水刺工艺的设计两方面，重点讨论了水刺压力、水刺道数和输网帘速度三个方面与产品缠结性能的关系。水刺工艺后采用热轧处理，改善水刺材料的表观性能，并提高产品的密度。研究表明，水刺压力和水刺道数的增加，使水刺材料的缠结系数增加，但水刺压力过大时缠结系数会下降;而输网帘速度的提高，会使水刺材料的缠结系数降低。热轧处理前后的水刺材料，其水刺工艺与缠结性能的变化关系具有一致性。
　　热轧处理后材料的表观更为平整，同时厚度下降、密度提高。热轧后材料的断裂伸长率均有所下降，另外，部分工艺参数下的产品出现了纵横向强力共同升高，或纵向强度降低、横向强度升高的现象。这与材料热轧后内部结构、纤维间摩擦力、纤维截面形态等有关。
　　最后，分析了芳砜纶/芳纶水刺热轧材料的电绝缘性能，包括电阻值和介电常数。芳砜纶/芳纶水刺热轧材料的体积电阻率在1.05×1012-1.78×1013Ω·m之间，特别是材料经过热轧处理后由于密度的提高电阻值也有相应的增长，同时，其介电常数范围在1.046-1.896之间，达到了绝缘材料的性能要求。在材料的耐热性能方面，经过180℃、168h的持续高温处理后，材料的面密度有所上升且厚度下降，同时芳砜纶纤维的结晶度有适度提高，导致其单纤强力小幅度增加，并且最终水刺材料的断裂强力平均提高了52.2％，可见该材料有较好的耐热性能，并可以在高温环境下(180℃)长期使用。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 耐高温纤维——芳砜纶和国产芳纶的研发过程及发展现状

1．2 芳砜纶和芳纶纤维的性能和应用

1．3 芳砜纶和芳纶纤维加工成形工艺的研究与应用现状

1．4 电气绝缘材料

1．5 本课题的研究意义和主要研究内容

第二章 芳砜纶和芳纶纤维性能的研究

2．1 芳砜纶和芳纶纤维的制备过程及其化学结构

2．2 芳砜纶和芳纶纤维的性能分析

第三章 芳砜纶／芳纶纤维成网工艺研究

3．1 混合和开松

3．2 梳理成网

3．3 铺网方式

第四章 芳砜纶／芳纶纤维水刺加固工艺的探索与设计

4．1 水刺技术及原理

4．2 水刺实验设备

4．3 水刺工艺的设计

4．4 热轧

4．5 产品性能的表征

第五章 芳砜纶／芳纶纤维水刺非织造材料水刺缠结性能及热轧效果分析

5．1 水刺工艺与产品缠结性能的关系

5．2 热轧前后力学性能及表观性能的变化分析

第六章 芳砜纶／芳纶纤维水刺非织造材料电绝缘性能及耐热性能分析

6．1 芳砜纶／芳纶纤维水刺非织造材料电绝缘性能测试及分析

6．2 芳砜纶／芳纶纤维水刺非织造材料耐热性能测试及分析

第七章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

附录

致谢