摘要：造紙技術(shù)和纖維制造技術(shù)一直在進(jìn)步，加上各種助劑的開發(fā)，人們有了充分條件可以利用無機(jī)纖維、金屬纖維和合成纖維等非植物纖維生產(chǎn)紙基材料。合成纖維之一的高性能纖維制備成的紙基材料可廣泛應(yīng)用在航空航天、軌道交通和先進(jìn)絕緣等高科技領(lǐng)域，成為各研究院所的研發(fā)重點(diǎn)。本文對(duì)高性能纖維、高性能纖維造紙技術(shù)和幾種主要的高性能纖維材料進(jìn)行了進(jìn)行簡要介紹。

　　何為高性能纖維?

　　植物纖維是一種天然纖維，包括棉、麻和木纖維等，其主要成分是纖維素。合成纖維是將人工合成的、具有適宜分子量并具有可溶(或可熔)性的線型聚合物，經(jīng)紡絲成形和后處理而制得的化學(xué)纖維。

　　植物纖維相比合成纖維，具有可循環(huán)再生、可降解、吸水性和透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，并且植物纖維可以形成氫鍵，不需加入粘合劑形成的紙張也具有優(yōu)越的強(qiáng)度性能。但同時(shí)植物纖維紙也存在容易老化、返黃、不耐化學(xué)腐蝕、易吸濕變形、平滑度和光澤度低、耐溫性差、易燃燒等多種缺陷。為了滿足一些領(lǐng)域?qū)τ诩埢牧系奶厥夤δ芤螅枰ㄟ^合成纖維來改善性能缺陷。通過對(duì)合成纖維的功能化，可以賦予紙張新的功能，具有植物纖維無法比擬的優(yōu)勢(shì)，能夠拓寬紙張的應(yīng)用范圍。

　　高性能纖維是合成纖維家族的成員之一，具有高模量、高強(qiáng)度、耐高溫、較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性和耐候性等特點(diǎn)，是先進(jìn)紙基復(fù)合材料的重要原材料。它以石油和天然氣為原料，經(jīng)過化學(xué)聚合、紡絲和加工等工序后生產(chǎn)。

　　高性能纖維主要包括碳纖維、芳綸纖維、聚酰亞胺纖維和硅酸鋁纖維。

　　表1 主要的高性能纖維

　　(資料來源：中國知網(wǎng))

　　高性能纖維造紙主要方法和關(guān)鍵技術(shù)

　　將高性能纖維加工成高性能纖維紙基材料的方法主要分為濕法與干法兩種：

　　(1)濕法成形是將短纖維原料、粘結(jié)劑(熱固性的樹脂或是粘合性高的樹脂等)加入紙漿中，濕法抄造成形后經(jīng)熱軋工藝制備而成。成紙性能的主要影響因素包括纖維粗細(xì)、長度、纖維表面粗糙程度、纖維表面活性基團(tuán)、分散劑、紙漿、粘結(jié)劑、熱軋溫度、紙厚度等;

　　(2)干法成形工藝則比較簡單，它是利用氣流或梳理成網(wǎng)的工藝，首先將原料纖維與粘合劑(熱塑性、熱固性粘合劑)均勻地鋪設(shè)成網(wǎng)，制成厚度可控、均勻的非織造布，再經(jīng)過軋光機(jī)熱軋、熱風(fēng)穿透干燥工藝制得高性能纖維紙。

　　目前我國高性能纖維紙基材料的制造理論和技術(shù)一直落后于美國、日本等發(fā)達(dá)國家，是我國高性能纖維紙發(fā)展的主要限制因素，主要體現(xiàn)在差別化纖維制備、分散技術(shù)、成型技術(shù)和加強(qiáng)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)上。

　　差別化纖維制備。高性能纖維無法單獨(dú)成紙，一般加入黏結(jié)纖維或者樹脂浸漬加工來提升成紙強(qiáng)度。這種方式存在工藝復(fù)雜、紙張熱壓后發(fā)脆、生成的材料性能下降等多種問題，需要尋找差別化功能纖維以提升材料的綜合性能。

　　分散技術(shù)。良好的分散是濕法抄造造紙的必要條件，分散是指纖維在水介質(zhì)中需成為單根纖維的狀態(tài)。不同的纖維使用的分散工藝和技術(shù)不同，可以從纖維特性、預(yù)處理技術(shù)、疏解和攪拌方式、分散助劑等方面考慮選擇何種工藝和技術(shù)。

　　成形技術(shù)。纖維原料多為細(xì)長型，缺乏足夠的挺度，在存儲(chǔ)和輸送過程中容易發(fā)生絮聚，要在長纖維上網(wǎng)時(shí)提供足夠的空間以維持其懸浮狀態(tài)，才能防止絮聚的發(fā)生。由此出現(xiàn)了超低濃成形技術(shù)，目前適用于該技術(shù)的設(shè)備有圓網(wǎng)成型器和斜網(wǎng)成型器。而隨著紙基功能材料的發(fā)展需要，可能會(huì)出現(xiàn)2種甚至2種以上成形方式的結(jié)合應(yīng)用，如圓網(wǎng)-斜網(wǎng)、長網(wǎng)-圓網(wǎng)等。

　　增強(qiáng)技術(shù)。不同于植物纖維，合成纖維沒有氫鍵結(jié)合，要通過增強(qiáng)技術(shù)使合成纖維材料達(dá)到紙張的物理要求。目前有熱壓工藝、化學(xué)粘結(jié)、樹脂增強(qiáng)等增強(qiáng)手段。

　　幾種主要的高性能纖維紙基材料

　　高性能纖維紙基材料主要包括高性能芳綸絕緣紙基材料、耐電暈芳綸云母紙基材料、輕質(zhì)高強(qiáng)對(duì)位芳綸蜂窩芯材、耐高溫聚酰亞胺纖維紙基材料和高性能紙基摩擦材料等。

　　表2 主要的高性能纖維紙基材料

　　(資料來源：中國知網(wǎng))

　　結(jié)語

　　本文介紹了高性能纖維、高性能纖維紙基材料以及高性能纖維造紙的主要方法和關(guān)鍵技術(shù)。目前我國已經(jīng)基本掌握了高性能纖維紙基功能材料制備的關(guān)鍵技術(shù)，但隨著高科技領(lǐng)域?qū)π虏牧系囊笤絹碓礁撸杂性S多技術(shù)問題需要進(jìn)一步探索。