一种纤维浆粕的制备方法及其制备的纤维浆粕

摘要

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6～15m

说明书

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(m²/g)实施例10.858.1对比实施例1-12.121.8对比实施例1-22.581.5对比实施例1-32.852.3对比实施例1-40.2512.5实施例22.359.5实施例31.6414.2实施例42.916.5实施例50.799.1实施例62.968.5

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。