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国产芳纶纸浸胶特性研究.pdf
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1、2023 年 30 期实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application国产芳纶纸浸胶特性研究孙达,马冀原,杜永华,许光群(芜湖创联新材料科技有限公司,安徽 芜湖 241000)芳纶纸蜂窝因其结构与自然界的蜂窝十分相似而得名,结构的特殊性使得用其制备成的夹层结构具有比强度高、比刚度大、结构十分稳定、隔音和隔热的特性,同时由于其材料组成为芳纶和酚醛树脂,因而具有阻燃、燃烧时发烟量少、毒性小等特点,被广泛地应用于航空航天、国防军工、轨道交通、船舶、军事防御设施和运动器材等领域中1-4。芳纶纸蜂窝在我国的应用研究已有 30 多年,一直以来我国所生产制造芳
2、纶纸蜂窝的原材料均为国外的Nomex 芳纶纸,但其价格高、供货周期长、及时性差等问题限制了芳纶纸蜂窝的推广应用5。芳纶纸蜂窝依据其纸张类型可以分为间位芳纶纸蜂窝和对位芳纶纸蜂窝,目前国外对间位芳纶纸蜂窝和对位芳纶纸蜂窝均开展深入的研究6-7;而国内目前使用和研究的最多仍然是杜邦公司的 Nomex412 型间位芳纶,伴随着国内芳纶纸制造工艺的突飞猛进,目前国内已经有多家芳纶纸生产企业能够供应芳纶纸,如烟台民士达(Metastar)、超美斯新材料(X-per)、昊天龙邦和时代华先材料等公司。伴随着国际形势的复杂化,作为航空原材料的芳纶纸蜂窝国产化需求十分迫切,为了更好地落实芳纶纸蜂窝关键原材料的国
3、产化,研究人员对国产芳纶纸的关注和研究也越来越多5,8-12。芳纶纸蜂窝的生产过程一般为涂胶、烘干、定长切断、叠合、热压、修边、拉伸、定型、浸胶和固化,每一个生产环节对纸张的性能要求均不同,其中浸胶更是关系最终产品的性能。而由于生产工艺的不同,国产芳纶纸和 Nomex 芳纶纸无论从外观还是内在结构上均存在着明显的不同,这就导致了在使用国产芳纶纸制造蜂窝时所面临的工艺问题也不同。为了更好地研究国产芳纶纸与 Nomex 芳纶纸之间的性能差异,尤其是浸胶的工艺差别,本文选取了国产芳纶纸民士达YT822A-0.05 型芳纶纸,杜邦的 Nomex412 型芳纶纸,浸渍树脂选用南通住友电木有限公司的 PR
4、43204 型酚醛树脂,对其浸胶的工艺性进行了详细的对比,通过研究分析给出了利用国产芳纶纸的浸胶特性,并对固化特性与温度的关系进行了分析。第一作者简介:孙达(1988-),男,硕士,工程师。研究方向为芳纶蜂窝及纤维增强复合材料的研究开发。摘要:芳纶纸蜂窝由于其结构的特殊性,具有质轻、高强等特性,被广泛地应用于航空、航天、轨道交通等领域。30 年来,我国的芳纶纸蜂窝生产制造一直以进口的 Nomex 芳纶纸为主,对于国产芳纶纸的芳纶纸蜂窝制造工艺研究甚少,该文利用国产芳纶与Nomex 芳纶纸从纸张的特性、浸胶工艺性及固化特性等角度,对国产芳纶纸和 Nomex 进行分析,对国产芳纶纸制造芳纶纸蜂窝的
5、工艺选择给出一定的指导。关键词:国产;芳纶纸;浸胶;树脂;固化中图分类号院TS761文献标志码院A文章编号院2095-2945渊2023冤30-0068-04Abstract:Aramid paper honeycomb is widely used in aviation,aerospace,rail transit and other fields because of itsparticularity of structure,light weight,high strength and so on.In the past 30 years,the honeycomb productio
6、n of aramid paper inChina has been dominated by imported Nomex aramid paper,but there is little research on the honeycomb manufacturing processof domestic aramid paper.This paper analyzes domestic aramid paper and Nomex from the point of view of paper characteristics,dipping process and curing chara
7、cteristics of domestic aramid paper and Nomex aramid paper,and gives some guidance for theprocess selection of domestic aramid paper honeycomb.Keywords:domestic;aramid paper;dipping;resin;curingDOI:10.19981/j.CN23-1581/G3.2023.30.01668-实验报告科技创新与应用Technology Innovation and Application2023 年 30 期1实验部分
8、1.1主要原材料主要原材料见表 1。表 1主要原材料1.2主要仪器与设备电子天平(BCE224l-1CCN),精度 0.000 1 g,赛多利斯科学仪器有限公司;电热恒温鼓风干燥箱(DHG-9246A),上海精宏实验设备有限公司;差式量热扫描仪(DSC4000),珀金埃尔默仪器有限公司;显微镜(KEYENCE,VHX7000),基恩士(中国)有限公司。1.3实验样品制备将国产芳纶纸和 Nomex 芳纶纸均裁切为 10 cm伊10 cm 的样片,记录样品的重量;称取一定量的PR43204的酚醛树脂,用酒精调节胶液比重为 0.97,将裁切好的芳纶纸浸入酚醛树脂胶液中,浸渍时间分别为 1、1.5、2
9、 min,用镊子取出芳纶纸,置于架子上晾去多余的酚醛树脂胶液,放入烘箱中,在 90 益下烘干 30 min,得到浸胶后的芳纶纸样并记录浸胶后的纸样重量。1.4性能测试酚醛树脂的差示扫描量热(DSC)测试,升温速率为5益/min,温度范围 25250益;酚醛树脂固化特性测试为分别选取 150、160、170、180 和 190 益的固化 2 h 后的芳纶纸样,升温速率为 5益/min,温度范围 25350益。2结果与讨论2.1芳纶纸的微观特性对比如图 1 所示,为了对比未浸胶的芳纶纸的结构,将YT 型芳纶纸和 Nomex 型芳纶纸,分别置于显微镜下放大 20 倍观察。从图 1 的显微镜照片可以看
10、出,Nomex 芳纶纸整体纤维较长且清晰可见,纤维之间相互搭接,搭接较为紧密;YT 型芳纶纸纤维较短且细,纤维之间的搭接较为弱化,纸张的搭接更多依靠沉析纤维,结构上的差异也导致了 2 种纸张在外观、质感及性能上的显著不同。上述区别的形成主要是由于 2 种纸张的原料、制备工艺不同所造成,Nomex 的成纸纤维较长且直径较大,YT 纸张的纤维整体偏细,在纸张的成型过程中采用的成型方式也不同,1 个采用的是平网,1 个采用的是斜网,综合各种因素最终的纸张呈现的是不同的形态,这种纸张本身的特性区别也造就了在浸胶过程中纸张的吸胶能力不同及最终制品的性能差异。注:a 为 Nomex 芳纶纸;b 为民士达
11、YT 型芳纶纸。图 1不同芳纶纸的显微镜照片2.2浸胶前后的芳纶纸特性对比为了进一步分析纸张浸渍酚醛树脂的特性,将Nomex 芳纶纸样和 YT 型芳纶纸样分别浸入胶液中浸泡 1.5 min,取出晾干并烘干后采用显微镜观察,具体如图 2 所示,从图中明显发现,浸胶后 Nomex 芳纶纸的纤维仍清晰可见,长短均匀分布,表面光滑,树脂并未完全覆盖纤维,能看到树脂是停留在纸张表面,并未完全进入纸张内部,这与 Nomex 的原纸特性也是十分稳合的;而浸胶后的国产 YT 芳纶纸可见纤维直径小,表面被树脂较好覆盖,可见树脂被纸张很好地吸收,纸张的吸胶性好,也就是说在相同的浸胶时间和浸胶工艺条件下国产芳纶纸具
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