海默生在線粘度計應用國產芳綸紙蜂窩涂膠工藝研究,膠液黏度控制

芳綸紙蜂窩是芳綸紙經涂膠、疊合、熱壓、切邊、拉伸、定型、浸膠、固化等一系列復雜工藝而制作成特殊結構的蜂窩芯材,是高強度和高模量的芳綸增強的先進復合材料,具有輕質、高強、高模、阻燃、耐高溫、低介電損耗等眾多優點,已經廣泛應用于航空航天領域和其他多個民用領域中。芳綸紙蜂窩依據芳綸紙的種類可以分為間位芳綸蜂窩、對位芳綸蜂窩及鄰位芳綸蜂窩。目前,間位芳綸蜂窩是市場上最常見的芳綸紙蜂窩。

涂膠工序在蜂窩芯材制造流程中處于第一道工序,主要是將芯條膠轉印在芳綸紙上,涂膠輥參數、芯條膠的黏度及涂膠速度是涂膠工藝的主要參數,對蜂窩疊層板固化后的節點強度有重要的影響,并且涂膠質量的好壞直接影響拉伸、定型及浸膠工序,以及產品的質量。

芳綸紙作為蜂窩的關鍵材料,芳綸紙的結構與性能對蜂窩制造工藝和性能有著重要的影響。

1 試驗部分

1.1 主要原材料 國產間位芳綸紙:X612N–2mil,超美斯新材料股份有限公司; 進口間位芳綸紙:T412–2mil,杜邦公司; 芯條膠:J80B,黑龍江省科學院石油化學研究院。

1.2 主要設備及儀器 蜂窩涂膠機:DSXR–TJ–900型,北京東晟新銳公司。 1.3 樣品制備 采用J80B芯條膠在X612N–2mil規格芳綸紙和進口T412–2mil型芳綸紙上涂孔格邊長1.83mm的膠條,裁切15mm寬度樣條,制作出孔格邊長1.83mm的節點強度測試試樣。 2 結果與討論 2.1國產X612N芳綸紙與進口T412芳綸紙性能對比 芳綸紙是一種由高強度間位芳綸制成的膜狀是由酰胺橋鍵相互連接的芳基所構成的線型大分子。在它的晶體中,氫鍵在兩個平面內排列而成氫鍵的三維結構。由于較強的氫鍵作用,使之結構穩定,具有優良耐化學性,能耐大多數高濃的無機酸,對其他大多數化學試劑和有機溶劑十分穩定。 (1)芳綸紙性能測試。 采用X612N–2mil規格芳綸紙,參照杜邦T412–2mil芳綸紙的性能,測試X612N型芳綸紙的厚度,定量,吸水度及透氣度。測試數據見表1。

由表1可知,對比T412–2mil與X612N–2mil芳綸紙,X612N–2mil芳綸紙厚度比T412–2mil的低15.6%,定量低3.1%,X612N–2mil規格芳綸紙表面吸水性正面比T412–2mil大679.7%,表面吸水性反面比T412–2mil大838.8%,X612N–2mil規格芳綸紙透氣度比T412–2mil大約10倍。經分析可以發現,國產X612N–2mil型芳綸紙的吸水性和透氣度均高于進口T412–2mil型芳綸紙,可能會影響芳綸紙涂膠時的節點膠與芳綸紙的結合狀態。

(2)SEM分析。
芳綸紙作為蜂窩的關鍵材料,在上述測試過程中國產X612–2mil型芳綸紙與進口T412–2mil型芳綸紙在表面吸水和透氣度存在較大的差異,這與芳綸紙的表面結構有著重要的關系。因此對芳綸紙表面進行SEM分析,在掃描電鏡下,觀察X612N型芳綸紙和T412芳綸紙的表面狀態,如圖1所示。

從圖1可以發現,進口T412–2mil型芳綸紙的表面沉析纖維和短切纖維骨架結合較好,短切纖維裸露少,孔洞少,X612N–2mil型芳綸紙的短切纖維裸露較多,孔洞較多,紙張表面存在較多的孔洞和由沉析纖維組成的片狀團聚物,紙張的質量不均勻。SEM分析結果表明國產X612N–2mil型芳綸紙的表面孔洞多,這種現象可能造成了國產芳綸紙吸水性和透氣度與進口芳綸紙差異大。

(3)國產X612N型芳綸紙對涂膠工藝的影響。
涂膠的目的主要包括兩個方面:一是將節點膠轉印至芳綸紙芳綸紙上,在節點膠固化后形成一定的節點強度,保證拉伸和定型工藝順利。二是控制白蜂窩密度,因為白蜂窩密度影響浸膠時樹脂增量,進一步影響蜂窩力學性能。在相同的工藝條件下,采用進口T412–2mil芳綸紙和國產X612N–2mil型芳綸紙進行涂膠,蜂窩孔格邊長1.83mm,蜂窩疊層板的節點強度和白蜂窩密度測試結果見圖2。

從圖2可以看出,在相同工藝條件下,國產X612N–2mil型芳綸紙的節點強度和白蜂密度均高于進口芳綸紙,節點強度高26.8%,白蜂窩密度高10.8%。節點強度高有利于提高芳綸紙拉伸及定型時質量穩定性,但是白蜂窩密度高將會降低成品蜂窩密度樹脂的增量,影響芳綸紙蜂窩力學性能。故對于涂膠工藝,需要針對國產X612N型芳綸紙采用新的工藝進行涂膠。

2.2 紙張透氣度/涂膠速度/膠液黏度的關系理論模型
芳綸紙蜂窩涂膠時,在節點膠的轉印過程中,受到膠液黏度、涂膠輥參數、涂膠速度等多種因素的影響,結合國產X612N型芳綸紙的特點,在其它工藝條件不變的條件下,采用不同透氣度的芳綸紙經過涂膠和壓制,測試其節點強度,如圖3所示。同時測試不同涂膠速度、不同黏度條件下的節點強度,結果如圖4和圖5所示。

從圖3、圖4和圖5中可以看出,在其它工藝條件不變的條件下,節點強度隨著透氣度的增加而增加,節點強度隨著涂膠速度的增加而增加,節點強度隨著膠液黏度的增加而增加。通過線性擬合,從圖中可以看出,在一定的工藝條件下,透氣度、涂膠速度及膠液黏度成線性關系。

3 結論

(1)對比了國產X612N–2mil型與進口T412–2mil型芳綸紙在厚度、定量、吸水性及透氣度等方面存在的差異,并表征了兩者的表面形態,初步開展了國產芳綸紙對涂膠工藝的影響,表明國產X612N–2mil芳綸紙具有吸水性大、透氣度大及表面孔洞多的特點,涂膠后節點強度和白蜂窩密度高。

(2)開展了節點強度與國產X612N–2mil型芳綸紙透氣度、涂膠速度、膠液黏度三者的關系研究,通過單一因素與節點強度的數據分析,建立紙張透氣度/涂膠速度/膠液黏度模型并驗證,結果表明根據不同透氣度的紙張,得出涂膠速度、膠液黏度主要工藝參數的區間,為工藝提供指導。

參考文獻:劉文品,馬建忠,楊進軍,史湘寧.國產芳綸紙蜂窩涂膠工藝研究[J].工程塑料應用,2020,48(06):57-61.


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