CN101144253B - 一种耐高温绝缘连续片材及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种耐高温绝缘连续片材及其制作方法，其特征在于所述的绝缘片材组成质量百分含量为10-75％的芳纶短切纤维，10-70％的芳香族聚酰胺毛细薄膜，0-65％耐高温短切纤维，0-30％云母，0-10％助剂，其制作方法为(a)在强剪切力分散条件下在水中形成一种含有芳纶短切纤维和耐高温短切纤维的分散的原始浆料A；(b)在强剪切力分散条件下在水中形成一种含有芳香族聚酰胺毛细薄膜的分散的浆料B；(c)将上述两种分散的原料A和B混和并超声分散，并添加云母和助剂得到混合浆料；(d)混合浆料加水后湿法成形、脱水；(e)压榨、干燥；(f)高温热压后成型。所提供的片材具有良好的机械性能、耐热性和电绝缘性能，可用于电机、变压器等电工绝缘领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐高温的绝缘连续片材及其制备方法。具体涉及一种具有良好的耐热性和绝缘性的含合成纤维的连续片材及制备方法。
背景技术
中国专利CN1522326公开了一种耐热性合成纤维纸的制备方法，其含有40-97wt％的耐热性有机合成聚合物短纤维和使这些纤维互相结合的3-60wt％的耐热性有机合成聚合物纤条体和/或有机系树脂粘合剂，它被制成电路板用叠层体的基体材料，该技术的缺点在于制造技术比较繁琐，而且不能采用常规的造纸设备进行生产。
中国专利CN1310263公开了一种绝缘纸的生产方法，采用噁二唑纤维饼70-90份、CMC羧甲基纤维素2.5-12.5份、涤纶纤维40-60份、松香皂化物0.2-22份加900-950份以上的水制成造纸浆，采用常规造纸技术制成绝缘纸，该方法中采用CMC作为粘合剂，由于CMC吸湿性，因此导致成品纸含水较高，绝缘性能下降。
中国专利CN1095011公开了一种聚芳基酰胺纤维的分散体和聚芳基酰胺片材的方法，通过控制制版中所用的纤维分散体的PH值可以改进这些方法的片材产品的各种特性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐高温绝缘连续片材及其制作方法，其特征在于该绝缘片材的制备可以采用包括长网、圆网或斜网在内的各种造纸、无纺湿法成形设备并采用以下几个步骤制造：
1)在强剪切力分散条件下在水中形成一种包含芳纶短切纤维及其他耐高温短切纤维的分散良好的原料A；
2)在强剪切力分散条件下在水中形成一种包含芳香族聚酰胺毛细薄膜或芳砜纶毛细薄膜的分散良好的浆料B；
3)将上述两种分散的原料进一步混和分散，并添加一定量的云母和作为助剂的含铋化合物，经超碎声粉获得混合浆料。
4)混合浆料加水后湿法成形、脱水。
5)压榨、干燥。
6)高温热压成型。
本发明提供的一种耐高温绝缘连续片材，其特征在于该绝缘片材的组成为10-75wt％的芳纶短切纤维，10-70wt％的芳香族聚酰胺毛细薄膜，0-65wt％其他耐高温短切纤维，0-30wt％云母，0-10％作为助剂的含铋化合物。
所述的芳纶短切纤维包括聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维，纤维长度为1.5-8mm。其中以聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维占多，占纤维含量的50-100wt％。
所述的其他耐高温短切纤维包括芳砜纶纤维、聚酰亚胺(PI)纤维、聚苯硫醚(PPS)纤维和聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维中一种或数种，纤维长度为1.5-8mm。
所述的芳香族聚酰胺毛细薄膜的厚度为0.3μm-3μm，呈无规条带状，其比表面积为3m2/g-45m2/g。此毛细薄膜是将芳香族聚酰胺浆液注入高速剪切的凝固液中凝固成形而得到的，在微观结构上和植物纤维纸浆有很大的差异。所述的毛细薄膜包括聚间苯二甲酰间苯二胺毛细薄膜和聚砜酰胺毛细薄膜，其中以聚间苯二甲酰间苯二胺毛细薄膜占多，占毛细薄膜总量的50-100wt％。
所述的一种耐高温绝缘连续片材的制作方法，其特征在于步骤1)、2)、3)中混合浆料中的固体物质量百分含量为0.2-1％。
所述的步骤4)中浆料的湿法成型上网浓度为0.05-0.8wt％。通常植物纤维纸的湿法成型上网浓度为0.8-1wt％，而合成纤维浆料由于在分散上较植物纤维纸浆困难，所以本发明采用较低的湿法浓度以保证浆料的良好分散，从而使最终产品具有良好的匀度。
本发明所述的湿法成形可采用任何的无纺湿法成形或造纸技术，包括圆网成形，长网成形和斜网成形中的任意一种。
制备耐高温绝缘片材的过程中，耐高温短切纤维及毛细薄膜在浆料中的均匀稳定分散是提高片材机械性能和绝缘性能的关键，所以本发明在步骤1和2中采用强力搅拌以达到在高剪切力下使短切纤维和毛细薄膜均匀分散的目的，搅拌的转速在200-3000转/分钟，优选在2000-2500转/分钟。为了达到使纤维和毛细薄膜在浆料中良好稳定的分散，本发明在步骤3中采用超声波达到此目的，超声波的强度为100-800w/m2，优选为300-800w/m2。
所述的助剂包括三氧化二铋、醋酸铋、氯化铋等含铋的化合物，优选是醋酸铋。助剂的作用是使绝缘材料的各组分为分散且均匀，以最终提高绝缘片材的电绝缘性能和耐热性。
所述高温热压成形是指采用辊轧机在120℃-350℃下以10-200kg/cm2线压力或利用平板式热压机在120℃-350℃以及5-40MPa的压力条件下，对原纸进行的热压成型。
本发明的优点在于：
1.该绝缘片材的组成为10-75wt％的芳纶短切纤维，10-70wt％的芳香族聚酰胺毛细薄膜，0-40wt％其他耐高温短切纤维，0-30wt％云母，0-10wt％的含铋化合物作为助剂，有良好的耐高温性和电绝缘性。所述的绝缘片材也可以只有芳纶短纤维和芳香族聚酰胺毛细薄膜组成(见实施例4)。
2.本发明提供了有效的使芳纶短切纤维和芳纶毛细薄膜在浆液中良好分散的方法，包括在单一浆料配制时采用高速剪切分散及在混和浆液配制阶段采用高速剪切分散的同时，辅以超声波使物料通过振荡的方式，更好的分散及舒解，从而使产品在最后脱水成型时可以更稳定、均匀的抱合及排列。
3.本发明采用较低的湿法浓度0.05-0.8wt％以保证浆料的良好分散，从而使最终产品具有良好的匀度。
4.本发明提及的添加铋的化合物以提高片材的电绝缘性，云母的添加在于提高片材的耐热性。
通过本发明制备的该耐高温绝缘片材具有良好的机械性能、耐热性和电绝缘性能，可用于电机、变压器等电工绝缘领域，按其耐高温性能和绝缘等级主要可应用于H和F级绝缘体中；也可制成蜂窝片材用于航空航天领域及复合板材中。
附图说明
图1为本发明提供的制作工艺流程
具体实施方式
下面结合具体的实例，对本发明作进一步阐述，步骤如图一所示。
实施例1：在30公斤水中加入30克长度为6mm的聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，15克长度为3mm的对苯二甲酰对苯二胺短切纤维，10克长度为6mm的聚酰亚胺短切纤维，在2000转/分钟的搅拌速度下分散后得到浆料A；在20公斤水中加入20克的聚间苯二甲酰间苯二胺毛细薄膜，15克的聚砜酰胺毛细薄膜，在2000转/分钟的搅拌速度下分散后得到浆料B；将上述两种分散的浆料再在600w/m2超声波下进一步混和分散，并同时添加6克云母、2克醋酸铋得到混合浆料。其中固体物浓度约0.5wt％，湿法成形前再兑入150公斤水。此混合浆料湿法成形，压榨、干燥并采用辊轧机在240℃下以180kg/cm线压下热压成型，得到成品。成品片材的抗张强度为4.5KN/m，介电强度为19kV/mm。该成品于200℃下连续经历200小时，强度和介电强度损失率小于1％。
实施例2：在60公斤水中加入400克长度为4mm的聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，50克长度为5mm的聚对苯二甲酰对苯二胺短切纤维，150克长度为6mm的PBO短切纤维，在2800转/分钟的搅拌速度下分散后得到浆料A；在40公斤水中加入150克的间苯二甲酰间苯二胺毛细薄膜，150克的聚砜酰胺毛细薄膜，在2200转/分钟的搅拌速度下分散后得到浆料B；将上述两种分散的浆料在功率为600w/m2超声波下进一步混和分散，并同时添加100克云母、20克醋酸铋得到混合浆料，其中固体物浓度约1wt％。此混合浆料再兑入25公斤水，形成总含固为0.8％的浆液，进行湿法成形，压榨、干燥并采用辊轧机在270℃下以193kg/cm线压下热压成型，得到成品。成品片材的抗张强度为5.2kN/m，介电强度为18.8kV/mm。该成品于220℃下连续经历200小时，强度和介电强度损失率小于1％。
实施例3：在60公斤水中加入200克长度为4mm的聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，80克长度为3mm的聚对苯二甲酰对苯二胺短切纤维，40克长度为6mm的聚酰亚胺短切纤维，30克长度为6mm的PBO短切纤维，在2450转/分钟的搅拌速度下分散后得到浆料A；在40公斤水中加入120克的聚间苯二甲酰间苯二胺毛细薄膜，80克的聚砜酰胺毛细薄膜，在2080转/分钟的搅拌速度下分散后得到浆料B；将上述三种分散的A和B浆料继续搅拌的同时，在功率为800w/m2超声波下进一步混和分散，并同时添加32克云母、19克醋酸铋得到混合浆料。其中固体物浓度约0.5wt％。此混合浆料再添加400公斤水并混合均匀，然后湿法成形，压榨、干燥并采用热压机在228℃下以366MPa压力下热压成型，得到成品。成品片材的抗张强度为4.8kN/m，介电强度为16.8kV/mm。该成品于210℃下连续经历200小时，强度和介电强度损失率小于1％。
实施例4：在90公斤水中加入200克长度为4mm的聚间苯二甲酰间苯二胺短切纤维，120克长度为3mm的对苯二甲酰对苯二胺短切纤维，在2450转/分钟的搅拌速度下分散后得到浆料A；在40公斤水中加入200克的聚间苯二甲酰间苯二胺毛细薄膜，在2080转/分钟的搅拌速度下分散后得到浆料B；将上述A和B两种浆料继续搅拌的同时，在功率为750w/m2超声波下进一步混和分散，其中固体物浓度约0.4wt％。此混合浆料再添加400公斤水并混合均匀，然后湿法成形，压榨、干燥并采用热合机在220℃下以358MPa压力下热合成型，得到成品。成品片材的抗张强度为4.81kN/m，介电强度为16.6kV/mm。该成品于215℃下连续经历200小时，强度和介电强度损失率小于1％。
Claims (6)
1.一种耐高温绝缘连续片材的制备方法，所述的耐高温绝缘连续片材的组成质量百分含量为10-75％的芳纶短切纤维，10-70％的芳香族聚酰胺毛细薄膜，大于0到65％耐高温短切纤维，大于0到30％云母，大于0到10％作为助剂的含铋化合物；其中，
所述的芳纶短切纤维为聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维；
所述的芳香族聚酰胺毛细薄膜为聚间苯二甲酰间苯二胺和/或聚砜酰胺毛细薄膜；
所述的耐高温短切纤维为芳砜纶纤维、聚酰亚胺纤维、聚苯硫醚纤维和聚对苯撑苯并双噁唑纤维中任一种或几种；
其特征在于具体步骤是：
(a)在强剪切力分散条件下在水中形成一种含有芳纶短切纤维和耐高温短切纤维的分散的原始浆料A；
(b)在强剪切力分散条件下在水中形成一种含有芳香族聚酰胺毛细薄膜的分散的浆料B；
(c)将上述两种分散的原料A和B混和并超声分散，并添加云母和作为助剂的含铋化合物，获得混合浆料；
(d)混合浆料加水后湿法成形、脱水；
(e)压榨、干燥；
(f)高温热压成形；
所述的强剪切力分散条件中的搅拌速度为200-3000转/分；
所述的超声分散的强度为100-800W/m2；
所述的作为助剂的含铋化合物为三氧化二铋，醋酸铋或氯化铋；
所述的湿法成形所用的浆料的质量百分浓度为0.05-0.8％；
所述的高温热压成形为辊轧机在120-350℃下以10-200kg/cm3线压力或利用平板热压机在120-350℃以及5-40MPa压力条件下，对原纸进行热压成型。
2.按权利要求1所述的耐高温绝缘连续片材的制备方法，其特征在于步骤(a)和(b)所述的强剪切力分散条件中的搅拌速度为2000-3000转/分。
3.按权利要求1所述的耐高温绝缘连续片材的制备方法，其特征在于所述的步骤(c)中超声分散的强度为300-800W/m2。
4.按权利要求1所述的耐高温绝缘连续片材的制备方法，其特征在于所述的步骤(c)混合浆料中固体物质的百分含量为0.2-1％。
5.按权利要求1所述的耐高温绝缘连续片材的制备方法，其特征在于所述的湿法成形为造纸行业中的圆网成形，斜网成形和长网成形中的任意一种，或为无纺湿法成形。
6.按权利要求1所述的耐高温绝缘连续片材的制备方法，其特征在于作为助剂的含铋化合物为醋酸铋。
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