二次熱處理對芳綸紙蜂窩高度變化趨勢及影響因素分析

孫 達(dá)，許光群，皮志超

（蕪湖創(chuàng)聯(lián)新材料科技有限公司，安徽 蕪湖 241000）

芳綸紙蜂窩重量輕、強度高，且具有優(yōu)良的阻燃性、介電性，被廣泛應(yīng)用于航空航天、軌道交通和體育器材等領(lǐng)域[1]。在芳綸紙蜂窩表面鋪貼膠膜、預(yù)浸料，在一定溫度和壓力下固化可制成芳綸紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)是芳綸紙蜂窩的常用使用方式。調(diào)查表明，夾層結(jié)構(gòu)在固化成型后容易出現(xiàn)在高度方向收縮的現(xiàn)象。對芳綸紙蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的原材料（膠膜、復(fù)合材料、芳綸紙蜂窩）進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)膠膜和復(fù)合材料尺寸、形態(tài)不易受溫度和壓力影響，而芳綸紙蜂窩芯材由于芳綸紙張的吸水性強，尺寸容易受高溫環(huán)境的影響。

芳綸紙蜂窩是使用芳綸紙、芯條膠和酚醛樹脂經(jīng)涂膠、裁切、鋪疊、熱壓、拉伸、定型、浸膠和固化等工序制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)[2]。芯條膠和酚醛樹脂性能穩(wěn)定，不容易受熱收縮；芳綸分子是由酰胺鍵相互連接的芳基所構(gòu)成的線型大分子[3]，因為酰胺鍵具有易吸水的性質(zhì)，芳綸紙在環(huán)境中容易吸水膨脹，推測芳綸紙的吸水特性可能是導(dǎo)致夾層結(jié)構(gòu)尺寸問題的重要原因。

本文通過研究溫度處理對芳綸紙尺寸變化的影響，分析芳綸紙蜂窩在不同溫度下的收縮規(guī)律和原因，對芳綸紙蜂窩的生產(chǎn)應(yīng)用過程具有理論指導(dǎo)意義。

1 實驗材料及方法

1.1 烘干處理對芳綸紙尺寸變化的影響

芳綸紙采用煙臺民士達(dá)特種紙業(yè)股份有限公司的YT822 型間位芳綸紙，紙張厚度分別為0.04、0.05、0.08 mm。紙張的M 方向為紙張的機(jī)械牽引方向，T 方向為蜂窩高度方向。按照圖1 在紙張M、T 方向各繪制5 條長度相等的直線，進(jìn)行2 次平行試驗，測量烘干前后M、T 方向的尺寸變化率。

圖1 芳綸紙尺寸變化實驗方法

1.2 烘干溫度對芳綸紙蜂窩高度變化的影響

采用煙臺民士達(dá)特種紙業(yè)股份有限公司的YT822 型號間位芳綸紙，按照芳綸紙涂膠、疊合、熱壓、拉伸、烘干、浸膠、凈化和固化工序制備芳綸紙蜂窩。按照圖1 所示將不同規(guī)格蜂窩裁切至規(guī)定尺寸，紙張厚度分別為0.04、0.05、0.08 mm，孔格邊長選用常見的1.83、2.75、5.5 mm（表1）。按照圖2 所示測量指定點位的蜂窩厚度，共做7 組實驗，每組測量8 點位并取平均值。

表1 實驗樣品參數(shù)

圖2 芳綸紙蜂窩高度變化實驗方法

7 組芳綸紙蜂窩片材使用鼓風(fēng)烘箱分別在90、120、150 ℃條件下烘干1 h，測量烘干后的高度，與烘干前進(jìn)行對比，計算尺寸變化率。

1.3 烘干后蜂窩塊的環(huán)境處理

將烘干試驗后的樣品置于外部環(huán)境放置8 h，對比環(huán)境處理后的蜂窩相比烘干之前的高度變化。

2 結(jié)果與討論

2.1 烘干處理對芳綸紙尺寸變化的影響

對比不同厚度的芳綸紙（0.04、0.05、0.08 mm）在150 ℃條件縱向、橫向尺寸變化的結(jié)果。由圖3 可知，不同厚度芳綸紙經(jīng)熱處理后在M、T 方向上均會發(fā)生收縮。M 向收縮率隨紙張厚度增加而增加，T 向收縮率隨紙張厚度增加而降低。

圖3 芳綸紙M、T 向尺寸在烘干處理后的變化

2.2 烘干處理對蜂窩片高度的影響

2.2.1 烘干溫度的影響

烘干處理后的蜂窩均會發(fā)生高度方向的收縮。圖4—6 為蜂窩孔格邊長為1.83 mm 時熱處理溫度對不同紙張厚度的芳綸紙蜂窩高度影響的實驗結(jié)果。由圖4 所示，選用0.04 mm 紙張的蜂窩（1.83-0.04）在進(jìn)行二次熱處理時，芳綸紙蜂窩在高度方向會發(fā)生明顯收縮，且烘干溫度對蜂窩高度方向的收縮量影響不大。由圖5 可知，當(dāng)增大紙張厚度，1.83-0.05 樣品在進(jìn)行二次熱處理時，芳綸紙蜂窩在高度方向也會發(fā)生明顯收縮，且隨著烘干溫度的升高，芳綸紙蜂窩在高度方向的收縮量也逐漸增大。1.83-0.08 樣品的紙張厚度選用0.08 mm，如圖6 所示，二次熱處理同樣會使蜂窩在高度方向發(fā)生收縮，且隨著烘干溫度的提高，收縮量呈現(xiàn)先上升后降低的趨勢，當(dāng)烘干溫度為120 ℃時，收縮量相比90 ℃烘干時明顯提高，而150 ℃烘干時的收縮量相比90 ℃有所降低。

圖4 1.83-0.04 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖5 1.83-0.05 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖6 1.83-0.08 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖7—9 為當(dāng)蜂窩孔格邊長為2.75 mm 時，熱處理溫度對不同紙張厚度芳綸紙蜂窩高度的影響。由圖7可知，使用紙張厚度為0.04 mm 芳綸紙制造芳綸紙蜂窩時，2.75-0.04 樣品在進(jìn)行熱處理后的高度發(fā)生明顯收縮，且隨著烘干溫度的提升，收縮量變化不大。提高紙張厚度，對2.75-0.05 樣品進(jìn)行烘干后，芳綸紙蜂窩高度同樣發(fā)生收縮（圖8）。隨著烘干溫度的提高，2.75-0.05 在高度方向的收縮量呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。由圖9 可知，2.75-0.08 樣品在不同溫度熱處理后都出現(xiàn)了明顯收縮，且隨著烘干溫度的升高，2.75-0.08 在高度方向的收縮量也呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。

圖7 2.75-0.04 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖8 2.75-0.05 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖9 2.75-0.08 不同溫度烘干后的尺寸變化

圖10 為當(dāng)蜂窩孔格邊長為5.5 mm 時，烘干溫度對不同紙張厚度芳綸紙蜂窩高度的影響。烘干后的芳綸紙蜂窩在高度方向發(fā)生明顯收縮，隨著烘干溫度的升高，收縮量呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢。

圖10 5.5-0.08 不同溫度烘干后的尺寸變化

2.2.2 芳綸紙紙張厚度的影響

圖11、圖12 分別為選用1.83、2.75 mm 孔格蜂窩規(guī)格，在不同溫度烘干時，芳綸紙紙張厚度對蜂窩高度變化率的影響。蜂窩在高度方向的收縮率呈現(xiàn)隨紙張厚度升高而降低的趨勢，且這種趨勢在孔格邊長為1.83 mm 時更為顯著。

圖11 1.83-0.08 孔格蜂窩尺寸變化率與紙張厚度的關(guān)系

圖12 2.75-0.08 孔格蜂窩尺寸變化率與紙張厚度的關(guān)系

這與芳綸紙烘干時在T 向（蜂窩高度方向）的收縮率趨勢一致，說明芳綸紙蜂窩在高度方向的收縮與芳綸紙在加熱時的收縮密切相關(guān)。

2.3 熱處理造成芳綸紙蜂窩在高度方向收縮的原因

由圖13 可知，對比1.83-0.08、2.75-0.08 和5.5-0.08 三組樣品熱處理前和在150 ℃熱處理后放置8 h的蜂窩高度。發(fā)現(xiàn)放置8 h 后，蜂窩高度與熱處理前基本一致。這說明烘干造成的高度收縮在靜置8 h 后消失。

圖13 環(huán)境處理后蜂窩高度與原高度對比

結(jié)合芳綸紙熱處理收縮的變化規(guī)律可以知道，這是因為芳綸紙蜂窩片切后，端面上有許多裸露的纖維，芳綸紙暴露在環(huán)境中，在空氣中能夠快速吸收水分，使端面膨脹，厚度增加。當(dāng)對樣品進(jìn)行烘干時，芳綸紙張中的水分揮發(fā)，體積發(fā)生收縮，因此將烘干后的芳綸紙蜂窩片在空氣中放置8 h 后，收縮的體積會因為芳綸紙再次吸濕恢復(fù)原狀。

3 結(jié)論

芳綸紙蜂窩片材在進(jìn)行烘干處理時其高度會發(fā)生明顯收縮，在空氣中靜置8 h 后收縮基本恢復(fù)，與烘干前狀態(tài)一致。造成蜂窩高度發(fā)生收縮的主要原因是片切后的蜂窩芳綸紙纖維裸露在外，在環(huán)境中吸濕膨脹，因此加熱后因水分揮發(fā)而收縮。高度收縮隨著溫度的升高基本呈現(xiàn)逐漸升高的趨勢，這種趨勢隨著蜂窩孔格邊長的增加逐漸明顯。隨著芳綸紙厚度的增加，蜂窩高度方向的收縮率逐漸降低，這與芳綸紙在高溫下T向尺寸的變化一致。

綜上所述，在使用芳綸紙蜂窩前建議進(jìn)行烘干處理，防止蜂窩放置在空氣中體積膨脹，對芳綸紙蜂窩的使用造成不良影響。