沉析纤维尺寸和含量对间位芳纶纸性能的影响

使用不同目数的筛网对自制的Z沉析纤维进行筛分,将得到的不同尺寸的沉析纤维与间位芳纶短切纤维按一定质量比配抄成纸,制备间位芳纶纸;通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜及热失重、动态滤水分析对自制的Z沉析纤维的化学结构、热性能、动态滤水性能进行表征,并与进口的J沉析纤维对比;研究了沉析纤维的尺寸和含量对间位芳纶纸性能的影响。结果表明:Z沉析纤维与J沉析纤维均为膜状结构,化学结构基本一致,动态滤水性能及热性能相当;经30目或50目的筛网筛分后的沉析纤维可以与短切纤维更好地抱合,间位芳纶纸的抗张强度、断裂伸长率、撕裂度、击穿强度均达到较大值;间位芳纶纸的撕裂度随沉析纤维含量的增加逐渐降低,间位芳纶纸的抗张强度、断裂伸长率、击穿强度随沉析纤维含量的增加呈现先增后降的变化趋势,当沉析纤维质量分数为55%时,间位芳纶纸的抗张强度、断裂伸长率、击穿强度均达到最大值,分别为3.0 kN/m、5.50%、18.7 kV/mm。

石墨烯/碳纤维/芳纶电磁屏蔽纸的制备与性能研究

本研究以耐高温的芳纶短切纤维和芳纶沉析纤维为纸基纤维材料,导电性优良的碳纤维为导电骨架,石墨烯为电磁屏蔽增强材料,结合抄纸和涂布工艺制备得到石墨烯/碳纤维/芳纶电磁屏蔽纸。结果表明,制备的石墨烯/碳纤维/芳纶电磁屏蔽纸具有“三明治结构”,其厚度为333.9µm时,在X波段的电磁屏蔽效能SE_(T)高达70.3 dB,电导率高达1685 S/m,兼有较好的耐高温性和耐腐蚀性。

沉析纤维长度对间位芳纶纸性能的影响

本研究采用槽式打浆机得到不同长度的间位芳纶沉析纤维(简称沉析纤维),与间位芳纶短切纤维混合,通过湿法成形工艺制备间位芳纶配抄纸(简称配抄纸),并探究沉析纤维长度对配抄纸性能的影响。结果表明,随着沉析纤维长度的降低,配抄纸的透气度先下降后上升,抗张强度、断裂伸长率及电气强度则先上升后下降。当沉析纤维长度为0.9 mm时,配抄纸的各项性能最佳:透气度为2.59μm/(Pa·s),抗张强度为863 N/m,断裂伸长率为2.54%,电气强度为6.82 kV/mm。

基于废弃ACFs/PPS复合纸的纳米芳纶凝胶的制备

利用废弃对位芳纶(ACFs)/聚苯硫醚(PPS)复合纸,通过打浆法和去质子化法相结合的方式,“自上而下”地制备纳米对位芳纶(ANFs)凝胶,并表征了ANFs凝胶结构与性能之间的关系。使用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电子显微镜表征了ANFs的结构和微观形貌,结果表明成功制备了ANFs凝胶。抽滤、烘干后的未经任何处理的ANFs薄膜的拉伸强度可达20 MPa,表明ANFs具有优异的拉伸性能。ANFs薄膜在200~400 nm的透射率约为5%,表明ANFs凝胶若作为纸基施胶剂,可有效保护纸基材料在极端环境下的使用。

短切纤维特性对间位芳纶纸电气绝缘性能的影响

本文研究了短切纤维特性对间位芳纶纸击穿强度、电导率、陷阱特性和力学相关性能的影响。结果表明,在参照样品(直径为25μm、长度为6 mm、结晶温度为300℃、沉析纤维与短切纤维的配比为7∶3)的基础上,纤维直径增加至45μm会降低沉析对短切纤维的包覆程度,诱发界面孔隙,芳纶纸的击穿强度和拉伸强度降幅可达16%和24%;纤维长度增加至18 mm,会造成短切纤维翘曲并形成“硬质”界面,击穿强度降幅可达63%,拉伸强度则无明显变化;结晶温度降低至230℃,会降低短切纤维结构稳定性,导致其热压熔融,击穿强度和拉伸强度降幅可达36%和50%;当短切纤维配比增加时,芳纶纸的击穿强度随致密度呈先升后降趋势,拉伸强度则随短切纤维含量的增加单调递增,体现了短切纤维对芳纶纸稳定成型的必要性和过量短切纤维对绝缘的削弱作用。此外,低击穿强度芳纶纸会呈现电导率提高和电荷陷阱浅化的现象,可作为芳纶纸绝缘性能判别的参考指标。

复合材料蜂窝夹芯板抗鸟弹高速冲击性能研究

为了研究复合材料蜂窝夹芯板在鸟弹高速冲击下的抗冲击性能,以及蜂窝夹芯材料在机械结构轻量化设计上的运用。通过有限元仿真软件LS-DYNA建立了模拟明胶鸟弹冲击含玻璃纤维增强复合材料和碳纤维增强复合材料面板、等效化NOMEX芳纶纸蜂窝芯的仿真模型。研究了芳纶纸和铝合金两种蜂窝材料、蜂窝芯胞元壁厚、复合材料面板和铝合金两种面板材料对蜂窝夹芯板的抗冲击性能影响。结果表明组件中蜂窝芯厚度和面板厚度对复合材料蜂窝夹芯结构抗冲击性能都有较大影响。同等结构参数下,铝蜂窝、铝面板对抗鸟弹高速冲击性能更好。等质量不同厚度时,复合材料面板和芳纶纸蜂窝抗冲击性能更好,更适合用于机械结构的轻量化设计。

对位芳纶纸的国内研究进展

对位芳纶纸基材料多是以短切纤维和芳纶浆粕或沉析纤维为原料,利用湿法抄造成纸,再经热压成型制得的高性能片状复合材料。因其密度小、抗冲击性好、耐腐蚀等特性在绝缘材料和电子材料领域得到广泛关注。本文综述了对位芳纶纸的制备方法、增强改性以及应用方面的研究进展。

造纸法制备CNF/PMIA/PPTA锂电池隔膜

本研究以水溶性聚酰亚胺(PI)为增强剂,将纤维素纳米纤维(CNF)和芳纶纤维(PMIA/PPTA)悬浮液共混后,通过造纸法湿法成形制备CNF/PMIA/PPTA锂电池隔膜,并对隔膜性能进行了表征分析,探讨了各组分质量分数对隔膜机械性能及电化学性能的影响。研究结果表明,隔膜性能最佳的组分及用量(均相对于混合浆料总质量)为:CNF质量分数0.5%、PMIA/PPTA纤维质量分数0.5%(质量比5∶5)、硅藻土质量分数0.05%;PI水溶液喷涂量1.5%(相对于膜材料绝干质量)。此时,锂电池隔膜的拉伸强度为23.28 MPa,断裂伸长率为3.41%,吸液率、保液率和孔隙率分别为237.16%、152.88%和69.34%,热收缩率仅为0.31%,离子电导率可达1.041 mS/cm;由其组装的锂电池首次放电容量为158.2 mAh/g。CNF/PMIA/PPTA锂电池隔膜不仅具有优异的热稳定性和润湿性能,还具有较高离子电导率、较宽电化学稳定窗口、出色的倍率性能和循环性能,满足锂电池隔膜的技术安全要求。

芳纶纸力学性能调控及应用研究进展

芳纶纸是一种具有优异耐热性、耐腐蚀性和耐磨性的新型高性能纸基材料,被广泛应用于航空航天、国防、信息技术、能源和环保等重要领域。本文综述了近年来芳纶纸的改性方法及芳纶纸力学性能调控技术,分析了不同改性方法对芳纶纸力学性能的影响规律,总结了芳纶纸的增强增韧机制,旨在为芳纶纸力学性能优化研究提供参考。同时进一步介绍了芳纶纸的应用研究进展,并对芳纶纸未来发展趋势及面临的挑战进行了展望。

五边形柔性芳纶纸蜂窝的制备及性能

为满足大曲率部件对蜂窝材料柔性的要求,丰富国产芳纶纸蜂窝的种类,进一步拓展国内外蜂窝市场,在传统正六边形芳纶纸蜂窝制造工艺的基础上,优化工艺技术,研制了一种孔格为五边形结构的新型柔性芳纶纸蜂窝ACCH-2I-2.75-48D(孔格边长为2.75 mm,密度为48 kg/m^(3))。测试了三种国产芳纶纸制备的柔性蜂窝的物理性能、力学性能、泊松比及阻燃性能,参照了欧洲复材(EC)相同规格的柔性芳纶纸蜂窝力学性能指标值,且与现有相同规格的正六边形芳纶纸蜂窝(ACCH-2I-2.75-48)和过拉伸芳纶纸蜂窝[ACCH-2I-2.75-48(OX)]的力学性能指标进行了对比。测试结果表明,五边形柔性蜂窝孔格规整,外观无缺陷,物理性能稳定,平面压缩强度、剪切强度和剪切模量达到了EC柔性蜂窝的指标值要求,力学性能达到批次间稳定,蜂窝在纵向和横向均具有良好的柔性且阻燃性能优异。结果证明,五边形柔性芳纶纸蜂窝的制造工艺已完备,研制的五边形柔性蜂窝具有优异和稳定的综合性能,满足作为夹层结构材料芯材的基本要求。

固化循环热历程对芳纶纸蜂窝芯材尺寸收缩的影响

在芳纶纸蜂窝夹芯结构的修理过程中,需对蜂窝零件进行多次加热固化,这可能会导致蜂窝芯材的尺寸收缩,从而导致零部件产生凹陷。因此,有必要研究固化循环热历程对芳纶纸蜂窝芯材尺寸收缩的影响规律,为飞机复合材料芳纶纸蜂窝夹芯结构的修理填补方案提供参考依据。研究了不同修理固化温度及固化循环次数对国产及国外几种芳纶纸蜂窝芯材尺寸收缩的影响。通过对每次固化后的蜂窝芯材尺寸进行测试,探究蜂窝芯材的收缩规律。结果表明,经中高温(121℃)和高温(177℃)下修理固化循环多次后,国产与国外的蜂窝芯材的尺寸收缩程度均明显高于经中低温(93℃)和低温(66℃)固化加热循环后的收缩程度;经5次修理加热循环后,几种蜂窝芯材的尺寸收缩程度均明显高于第1次修理固化后的收缩程度;对于相同厚度的国产和国外蜂窝芯材,经多次固化循环后,国产蜂窝芯材的收缩程度更低。总体而言,芳纶纸蜂窝芯材在常见修理温度下多次热历程循环后,蜂窝芯材加热后的收缩程度较小,具有良好的尺寸稳定性,能够较好地满足蜂窝夹芯结构多次修理填补的需求。

间位芳纶纸基复合材料在高温环境下力学性能研究

本研究分析了浸渍酚醛树脂对芳纶纸力学性能的影响,研究了间位芳纶纸及格壁材料在25~280℃范围内7个不同温度点下的力学性能,并通过格壁材料力学性能参数,预测间位芳纶纸蜂窝芯材的高温力学性能。结果表明,在常温下,酚醛树脂引入后,格壁材料拉伸模量和强度相较于间位芳纶纸分别高出1.2和1.4倍。间位芳纶纸及格壁材料均表现出优异的耐高温性能,在225℃时,相较于常温,间位芳纶纸拉伸强度与模量保持率分别为62.7%和77.1%,格壁材料拉伸强度与模量保持率分别为62.0%和69.0%;在280℃时,间位芳纶纸及格壁材料拉伸强度保持率仍有44.1%。高温下间位芳纶纸及格壁材料拉伸断口处纤维拔出较少,多为纤维断裂破坏模式。本研究提出用纸张关键性能参数预测间位芳纶纸蜂窝芯材在高温环境下力学性能,预测值与实测值数据吻合较好;常温下,间位芳纶纸蜂窝芯材异面稳定压缩模量实测值与理论值偏差7.7%,与仿真值偏差1.8%;在175℃时,间位芳纶纸蜂窝芯材理论模型W向剪切模量实测值与理论值、仿真值偏差分别为12.5%和3.9%。

芳纶树脂液浸渍协同冷压光制备高强度间位芳纶纸的研究

本研究提出了一种采用同质同源的芳纶树脂液浸渍协同冷压光制备间位芳纶纸的新工艺,芳纶树脂液中的强极性分子使间位芳纶纤维发生部分润胀和溶解。同时,形成的再生芳纶聚合物可以填充孔隙,且在压力作用下,纤维接触面积显著增加,产生更多氢键结合,纸张结构致密性和物理性能得到进一步提升。结合响应面法,以干燥时间、干燥温度和冷压光压力为自变量,以拉伸强度和击穿强度为响应值,对工艺参数进行优化。结果表明,干燥时间2.1 min、干燥温度79.8℃、冷压光压力17.27 MPa的最优条件下制备的间位芳纶纸,其拉伸强度、杨氏模量和击穿强度分别为36.93 MPa、887.13 MPa和16.42 kV/mm,与热压工艺制得的间位芳纶纸相比,分别提高了119%、127%和4%。

碳纳米管纸基复合材料的制备及电磁屏蔽性能研究

本研究以间位芳纶纤维、浆粕为基体,单壁碳纳米管(SWNT)和多壁碳纳米管(MWNT)为填料,采用造纸湿法成形技术,制备了间位芳纶/单壁碳纳米管纸基复合材料(SP)和间位芳纶/多壁碳纳米管纸基复合材料(MP)。探讨了碳纳米管含量和种类对碳纳米管纸基复合材料导电性能、介电性能、电磁屏蔽效能的影响,并分析了碳纳米管纸基复合材料与电磁波的相互作用。结果表明,SP的表面电导率和体积电导率的逾渗阈值均为0.16%,MP的表面和体积电导率的逾渗阈值分别为0.37%和0.93%。碳纳米管含量相同时,SP比MP具有更高的电导率、介电常数实部、介电损耗和电磁波吸收率,其中SP在8~12 GHz的频率下(厚度0.15 mm)具有27 dB的电磁屏蔽效能。

工业内窥镜在芳纶纸蜂窝质量检验中的应用

芳纶纸蜂窝产品具有孔格数量多、高度不均一等特点,针对芳纶纸蜂窝产品表面质量检验方法中目视法检测效率低、精度低等问题,分析市场常见的工业内窥镜应用于芳纶纸蜂窝孔格内表面质量检验检测中的可行性。通过实际验证,采用工业内窥镜对芳纶纸蜂窝孔格进行表面质量检验,可以拓宽目视法的观察范围,提高芳纶纸蜂窝表面质量检测的效率和准确度。

芳纶Ⅲ纸及蜂窝的性能研究

实验以自制芳纶Ⅲ纸和聚酰亚胺树脂为原料,制备不同上胶量的芳纶Ⅲ纸蜂窝格壁材料,并制备芳纶Ⅲ纸蜂窝。实验结果表明,芳纶Ⅲ纸的拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率均随着树脂上胶量的增加先上升后下降,撕裂度随着上胶量的增加先大幅度下降后缓慢上升,综合力学性能在上胶量为29.80%时达到最优,其中拉伸强度为102.7 MPa,弹性模量为6736 MPa,断裂伸长率为1.78%。芳纶Ⅲ纸蜂窝经过异面压缩破坏后,蜂窝结构的正六边形孔格发生了较小程度的变形,孔格壁产生较小幅度的形变和脱胶现象,表面胶层发生开裂。芳纶Ⅲ纸蜂窝的异面压缩强度实测值与塑性坍塌计算模型所得的理论值对应性较好。

超高耐电击穿聚酰亚胺绝缘纸的制备

对聚酰亚胺(PI)纤维和芳纶1313沉析纤维进行抄造,采用斜网成型技术,并用PI树脂喷涂制成PI纤维绝缘纸,对绝缘纸生产中的打浆处理、湿法成型、浸渍、压光、热压、喷涂、硫化等工艺技术路线进行了介绍。将PI纤维绝缘纸与国内外部分芳纶绝缘纸进行了性能对比,结果表明,PI纤维绝缘纸的抗张强度、断裂伸长率和击穿强度都高于其他芳纶绝缘纸的,击穿强度达到了38.3 kV/mm,属于H级以上的绝缘纸。

高导热BNNS/ANF复合绝缘纸的结构设计及性能分析

随着电力设备逐渐向高电压、大容量、高集成化方向发展,对其绝缘材料的导热性能提出了更高的要求。本文借鉴天然珍珠母的仿生结构,以耐高温的1维芳纶纳米纤维(ANF)组成骨架网络,以高导热的2维氮化硼纳米片(BNNS)为功能基元,构筑复合绝缘纸。首先,利用柠檬酸锂充当表面活性剂,将六方氮化硼(h–BN)通过超声与水热反应相结合的方法剥离成BNNS,并对其微观形貌及分散特性进行研究;然后,采用浓碱去质子化法剥离Kevlar纤维(AF)制得(ANF);分别以ANF、BNNS为纳米基元,通过真空辅助抽滤技术制备出BNNS/ANF复合绝缘纸,并对其微观形貌结构、导热性能、力学性能、击穿性能进行了分析。结果表明:所剥离制备的薄层BNNS具有高长径比,BNNS与ANF之间均匀堆积形成致密的砖泥结构,这种砖泥结构有助于改善复合绝缘纸的击穿性能和力学性能;当BNNS填充质量分数为20%时,BNNS/ANF复合绝缘纸的标准击穿场强达到313.04 kV/mm,抗拉强度达到216.64 MPa,分别是纯ANF绝缘纸的166.47%和126.38%;此外,BNNS在ANF网络中定向分布形成连续导热的桥联,显著提高了复合绝缘纸的导热性能,当BNNS填充质量分数为30%时,复合绝缘纸的热导率达到5.31 W/(m·K),是纯ANF绝缘纸的211.55%。该复合绝缘纸具有高导热性、良好的力学性能以及优异的电绝缘性,能有效解决设备绝缘散热问题,有望在电气设备中推广应用。

芳纶纳米纤维绝缘纸在新型油纸绝缘中的热老化特性研究

制备了以芳纶纳米纤维为基本结构单元的新型绝缘纸,系统研究了其在天然酯绝缘油及矿物绝缘油中的老化特性,并与商用Nomex T410绝缘纸进行对比分析。结果表明:芳纶纳米纤维基绝缘纸具有更好的热稳定性和耐老化特性,经相同条件的加速热老化实验后,芳纶纳米纤维基绝缘纸的力学性能以及电气特性均优于Nomex T410绝缘纸;由天然酯绝缘油与芳纶纳米纤维基绝缘纸配合形成的新型油纸绝缘系统,可有效延长变压器的寿命,为绿色低碳电工能源装备的绝缘设计及开发提供了参考。

热老化对间位芳纶纸微观结构与电气性能的影响

针对某国产间位芳纶绝缘纸,自主搭建实验平台开展热老化特性评价,分别在105℃、155℃和180℃下开展周期为30 d的热老化实验,研究热老化过程中纸样化学结构、微观形貌以及电气性能的变化,并基于等温表面电位衰减法对比不同热老化阶段试样的表面陷阱分布特性,对不同老化温度下试样的聚合度和电气强度进行拟合。结果表明:热老化宏观上对间位芳纶纸的表面、截面均有破坏作用,整体引起聚合度的下降;微观上对间位芳纶纸分子结构中的酰胺键、C-N键和C=O键都有较大的破坏作用。热老化造成间位芳纶纸的体积电导率上升,电气强度下降。热老化过程中间位芳纶纸会短暂性地出现浅陷阱,随后消失,且温度越高,浅陷阱出现的时间越早,这对于间位芳纶纸热老化阶段的定量判断具有较大意义。