Page 196 - 《精细化工》2023年第2期

·418· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

UHMWPE 纤维由于其表面惰性、反应活性低、 当打浆度逐渐提高时，纤维分丝帚化越发明显，纤
界面黏结性能较差等性质使其湿法成纸极为困难。 维吸水润胀，细小纤维和羟基增多，促进了纤维间
因此，本文期望通过添加具有较多化学键的针叶木 的结合 [10] 。在打浆初期（10~30 °SR），抗张指数上
浆纤维与之配抄，能够在一定程度上解决 UHMWPE 升很快，说明一定程度的纤维分丝帚化有助于纸张
短切纤维湿法抄纸困难的问题，同时能够提高基纸 强度性能的提升；打浆中期（30~58 °SR），抗张指
强度。 数上升速率较为缓慢，说明纤维的外比表面积显露
2.2 UHMWPE 纤维纸基复合材料湿法成形工艺的 完全，纤维间的结合力增加速率逐渐平稳；在打浆
优化 后期（58~70 °SR），抗张指数逐渐减小，这一阶段
2.2.1 UHMWPE 纤维与针叶木浆质量比对原纸抗 主要是由于纤维发生横向断裂和细纤维化，纤维间
张指数和撕裂指数的影响 的结合力从最高点开始下降，因而，抗张指数逐渐
UHMWPE 纤维与针叶木浆质量比对原纸抗张 降低。
指数和撕裂指数的影响见图 3。由图 3 可知，当针
叶木浆（针叶木浆纤维打浆度为 10 °SR，即原浆纤
维）比例不断增加时，纸张的抗张指数和撕裂指数
均呈现出不断上升的趋势。原因可能是，针叶木浆纤
维自身带有较多羟基，随着针叶木浆比例的增多，羟
基增多，能够促进纤维间的结合，有利于提高纸张
的抗张强度。UHMWPE 纤维长度较针叶木浆纤维更
长，且强度较高，当长纤维与短纤维相互交织逐步
形成稳定的二维网络结构时，纸张的强度性能越来
越好。当 UHMWPE 纤维与针叶木浆质量比为 7∶3

时，纸张的抗张指数和撕裂指数分别为 1.43 N·m/g、 图 4 打浆度对原纸抗张指数和撕裂指数的影响
2
2.01 mN·m /g，在此比例下，纸张的性能不仅满足 Fig. 4 Effect of beating degree on tensile index and tear
[9]
了纤维网从网目上揭下的最小湿强 ，又满足了 index of base paper
UHMWPE 纤维更多的使用要求。因此，选择最佳
由图 4 还可知，当针叶木浆打浆度不断提高时，
UHMWPE 纤维与针叶木浆质量比为 7∶3。
纸张的撕裂强度不断增加，并未出现转折点。主要
原因是，在打浆初期阶段（10~30 °SR），纤维长度
未发生明显变化，撕裂强度不断增加；当打浆度逐
渐升高时，纤维长度逐渐变短，由于与木浆配抄的
UHMWPE 纤维强度较高且纤维长度较长，因此，纸
张的撕裂强度并未因木浆纤维长度变小而出现下降
趋势 [11] 。因此，当打浆度为 58 °SR 时，纸张的物理
强度指标最佳，抗张指数为 7.45 N·m/g，撕裂指数
2
为 5.87 mN·m /g。后文所用针叶木浆的打浆度均为
58 °SR，UHMWPE 纤维与针叶木浆质量比为 7∶3。

图 3 UHMWPE 纤维与针叶木浆质量比对原纸抗张指数 2.3 UHMWPE 纤维纸基复合材料树脂浸渍工艺的
和撕裂指数的影响 优化
Fig. 3 Effect of mass ratio of UHMWPE fiber to softwood 2.3.1 酚醛树脂水溶液质量分数对上胶量的影响
pulp on tensile index and tear index of base paper
当浸渍时间为 10 s 时，酚醛树脂水溶液质量分
2.2.2 针叶木浆打浆度对原纸抗张指数和撕裂指数 数对上胶量的影响如图 5 所示。
的影响 由图 5 可知，当酚醛树脂水溶液质量分数不断
图 4 为针叶木浆打浆度对原纸抗张指数和撕 增大时，上胶量不断增加。主要原因是，酚醛树脂
裂指数的影响（UHMWPE 纤维与针叶木浆质量比 水溶液质量分数越大，酚醛树脂固含量越高，树脂
为 7∶3）。 分子上的链段增多，链段的协同运动更加困难，导
由图 4 可知，当针叶木浆打浆度不断提高时， 致溶液的黏度增大。因此，纸张在浸渍过程中，纸
原纸抗张指数呈现出先升后降的趋势。主要原因是： 张上黏附的树脂就越多，上胶量就越大。