CN101402740B - 聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，由聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂组成混合物，通过制备聚酰亚胺无缝复合管膜的装置，将混合物经加料器注入旋转的表面喷涂有脱模剂的成型模具中，在50-80℃热风下脱除溶剂，然后在热氮风下固化成为聚酰亚胺无缝管膜，管膜脱模后，在管膜外表面分别用喷枪喷涂导电涂层和含氟树脂层，经真空烘箱烧结后得到无缝复合管膜。本发明制备工艺简单，管膜壁厚均匀、尺寸稳定、环保节能、可连续生产并且生产效率高，便于推广应用。

Description

聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法及装置

所属技术领域

本发明涉及高分子材料领域，具体的说涉及一种聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法及装置。

技术背景

聚酰亚胺是具有酰亚胺环结构特征的高性能聚合物材料，其耐温性能、力学性能、电学性能、抗辐射性能优良，在已经产业化的耐高温聚合物制品中，以其高性价比的优越性而广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、精密仪器等领域。聚酰亚胺无缝复合管膜的厚度通常在0.01-0.5mm之间，内径0.07-600mm，与其它聚合物管膜相比，聚酰亚胺无缝复合管膜具有更高的机械强度、绝缘性能、耐热性。聚酰亚胺无缝复合管膜的研究开始于高温绝缘电线电缆，近年来备受关注，现在已用作精密电子设备中的旋转输送带或传送带，以及复印机、打印机中的定影组件等。聚酰亚胺无缝复合管膜的制备可以采用多次浸涂、刮涂、喷涂、流涎和离心浇注等工艺。由于用户对管膜的精度要求较高，制备过程具有较高的技术要求和难度。当前，在本技术领域中，日本和美国对聚酰亚胺无缝复合管膜的研究和开发方面比较深入，而我国在本研究领域则是刚刚起步，也出现了一些专利技术，如CN1730556A就公开了一种采用流涎法制备聚酰亚胺无缝复合管膜的工艺，通过流涎流量控制管膜壁厚。这种制备工艺存在着工艺复杂、管膜壁厚控制不均匀的缺点，并且溶剂使用量较大，容易产生环境污染，因此该工艺的应用也就相应受到一定的限制。如何克服上述聚酰亚胺无缝复合管膜制备工艺中的缺点，简化制备工艺，使得管膜壁厚均匀、尺寸稳定、环保节能并提高其自动化生产效率，是当前本技术领域中急需解决的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单，管膜壁厚均匀、尺寸稳定、环保节能、可连续生产并且生产效率高的聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，同时还提供一种可以实现本制备方法的制备装置。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，其特点是：由聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂组成混合物，各组分含量为：

聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯   5—35％

助剂                      0.5—50％

极性溶剂                  20—50％

上述混合物中各组分比例为重量百分比，其之和为100％；

按上述配方将聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂混合组成的混合物经加料器注入旋转的表面喷涂有脱模剂的离心模具中，在50-80℃热风下脱除溶剂，然后在300-350℃热氮风下固化成为聚酰亚胺无缝管膜，管膜自动脱模后，在管膜外分别用喷枪喷涂厚度为1-5μm导电涂层和厚度为1-5μm含氟树脂层，经真空烘箱在150-250℃烧结后得到无缝复合管膜。

上述所述的聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯为芳香族聚酰胺酸或/和二酸二酯溶液；其中所含的酸酐包括3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐(OPDA)、3，3’，4，4’-二苯酮四酸二酐(BTDA)、3，3’，4，4’-联苯四酸二酐(BPDA)、1，2，4，5-均苯四甲酸酐(PMDA)、3，3’，4，4’-二苯砜四酸二酐(DSDA)以及上述酸酐与醇反应形成的二酸二酯；其中的芳香族为芳香二胺，包括4，4’-二氨基二苯醚(4，4’-ODA)、4，4’-二氨基二苯砜(4，4’-DDS)、对苯二胺(m-PDA)、3，4’-二氨基二苯醚(3，4’-ODA)、4，4’-二氨基二苯酮、双酚A二苯醚二胺，2，2-双(3-氨基-4羟基苯基)-六氟丙烷、3，3’-二胺基-4，4’-二羟基二苯砜。

上述所述的助剂包括石墨、炭黑、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、碳酸钙、高性能纤维。

上述所述的极性溶剂包括二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基乙酰胺(DMAC)和N-甲基吡咯烷酮。

上述所述的被离心模具脱除的溶剂经冷凝装置回收后进行再利用。

上述所述喷涂导电涂层的主要成分是碳黑等导电性无机物，和/或纳米或微米级金属粒子、金属氧化物粒子或离子导电性物质，如铁、铜、铝，氧化铜、氧化钛，氯化锂等物质。

上述所述管膜厚度为0.01-0.5mm，管膜直径为6-100mm。

一种制备聚酰亚胺无缝复合管膜的装置，采用离心浇注成型的结构形式，由机架、控温鼓风机、计量加料器、保温筒、冷凝回收器、调速电机、成型模具、旋转支架及定位销组成，其特点是：成型模具通过定位销套装固定在旋转支架内，旋转支架通过轴承固定安装在机架上，机架的下部安装调速电机，调速电机的转轴通过皮带轮皮带连接旋转支架一侧的转轴，旋转支架的另一侧支架安装计量加料器，计量加料器出料口插入成型模具一端的进料口，成型模具的另一端管道连接冷凝回收器，冷凝回收器支架安装在机架一端，对应成型模具的外圆间隙固定安装保温筒，保温筒间隙包覆成型模具，计量加料器支架连接在保温筒上。

上述所述控温鼓风机调温范围是室温—400℃，介质可以为空气或氮气等惰性气体，调速电机转速为0—4000r/min可调。

上述所述成型模具可以是金属材质、聚四氟乙烯材质或玻璃材质制造，成型模具的内壁光洁度为镜面级。

本发明的制备过程和原理是，首先将聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂混合组成的混合物在超声仪上分散均匀；根据要求选定适宜直径的成型模具，在成型模具内表面喷涂脱模剂，烘干后将成型模具固定在旋转支架上调至水平；根据管膜厚度要求，用计量器向成型模具内腔加入定量的聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂混合组成的混合物，启动电机，逐渐调至额定转速，使混合溶液均匀涂敷于成型模具内腔；打开控温鼓风机向成型模具内吹入热风脱除溶剂，同时打开冷凝器回收器，温度控制在80℃以下，待溶剂脱除干净后，工作介质更换为氮气，温度逐渐升温至300℃，0.5-2小时后停机，得到聚酰亚胺无缝管膜。在这一过程中聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂混合物在50-80℃热风下脱除溶剂，聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯经过亚胺化过程脱除小分子水和/或水和低分子醇后生成聚酰亚胺，该过程在300-350℃热氮风下进行，聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯固化成为聚酰亚胺无缝管膜，聚酰亚胺无缝管膜脱模后，在管膜外表面喷涂导电涂层和含氟树脂层，经烧结得到无缝复合管膜，导电涂层连通电路，而喷涂含氟树脂层主要是为增强无缝复合管膜的抗静电性能。

由于采用了上述聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯混合助剂和极性溶剂混合物并通过离心浇注成型工艺，使得本发明制备工艺简单，管膜壁厚均匀、尺寸稳定、环保节能、可连续生产并且生产效率高，达到了本发明的目的。

附图说明

图1为聚酰亚胺无缝复合管膜的结构示意图

图2为制备聚酰亚胺无缝复合管膜的装置结构图

具体实施方式：

下面结合图1和图2及实施例详述本发明：

实施例

制备如图1所述的聚酰亚胺无缝复合管膜，首先将聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂混合组成混合物，各组分含量为：

聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯   20％

助剂       10％

极性溶剂   70％

上述混合物中各组分比例采用重量百分比；

将10克4，4’-二氨基二苯醚加入到110克二甲基甲酰胺中充分溶解，然后加入11克均苯四甲酸酐，3℃下反应2小时生成聚酰胺酸溶液，在聚酰胺酸溶液中加入5克二氧化硅、3克轻质碳酸钙，2克碳黑，然后在超声仪上分散均匀，得到混合物。然后利用图2所示装置制备聚酰亚胺无缝复合管膜，首先将混合物从加料器注入旋转的表面喷涂有脱模剂的离心模具中，在65℃热风下脱除溶剂，然后在325℃热氮风下固化成为聚酰亚胺无缝管膜，管膜厚度为0.1mm，管膜直径为60mm，管膜自动脱模后，在管膜外分别用喷枪喷涂厚度为3μm导电涂层和厚度为3μm含氟树脂层，经真空烘箱在200℃烧结后得到无缝复合管膜。

图2所示的制备装置采用离心浇注成型的结构形式，由机架8、控温鼓风机4、计量加料器5、保温筒6、冷凝回收器7、调速电机9、成型模具10、旋转支架12及定位销11组成，成型模具10通过定位销11套装固定在旋转支架12内，旋转支架12通过轴承固定在机架8上，机架8的下部安装调速电机9，调速电机9的转轴通过皮带轮皮带连接旋转支架12一侧的转轴，旋转支架12的另一侧安装计量加料器5，计量加料器5出料口插入成型模具一端的进料口，成型模具10的另一端管道连接冷凝回收器7，冷凝回收器7支架安装在机架一端，对应成型模具10的外圆间隙固定安装保温筒6，保温筒6间隙包覆成型模具10，计量加料器5支架连接在保温筒6上。将聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯混合物溶液放入计量加料器5中，利用重力经计量加料器出料口流入成型模具10内，调速电机9皮带传动带动旋转支架12变速旋转，固定在旋转支架12上的成型模具10同步旋转，使混合物溶液受离心力作用均匀涂敷于成型模具内壁，成型模具10入料口一侧活动安装控温鼓风机4，控温鼓风机4出风口对应成型模具10的入料口，打开控温鼓风机4吹入热氮风脱除混合物溶液中的溶剂，并同时开启冷凝回收器7，混合物溶液中的溶剂被脱除经亚胺化过程后成为聚酰亚胺无缝管膜1，聚酰亚胺无缝管膜1脱模后在其外层喷涂导电涂层2和含氟树脂层3，经烧结得到无缝复合管膜1。

Claims (9)

1.一种聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，其特征在于：由聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂组成混合物，各组分含量为：

聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯     5-35％

助剂                        0.5-50％

极性溶剂                    20-50％

上述混合物中各组分比例为重量百分比，其之和为100％；

按上述配方将聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯、助剂、极性溶剂混合组成的混合物经加料器注入旋转的表面喷涂有脱模剂的离心模具中，在50-80℃热风下脱除溶剂，然后在300-350℃热氮风下固化为聚酰亚胺无缝管膜(1)，管膜厚度为0.01-0.5mm，管膜直径为6-100mm；管膜自动脱模后，在管膜(1)外分别用喷枪喷涂厚度为1-5μm导电涂层(2)和厚度为1-5μm含氟树脂层(3)，经真空烘箱在150-250℃烧结后得到无缝复合管膜。

2.根据权利要求1所述聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，其特征在于：上述所述的聚酰胺酸和/或聚酰胺酸酯为芳香族聚酰胺酸或/和二酸二酯溶液；其中所含的酸酐包括：3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐、3，3’，4，4’-二苯酮四酸二酐、3，3’，4，4’-联苯四酸二酐、1，2，4，5-均苯四甲酸酐、3，3’，4，4’-二苯砜四酸二酐以及上述酸酐与醇反应形成的二酸二酯；其中的芳香族为芳香二胺，包括4，4’-二氨基二苯醚、4，4’-二氨基二苯砜、对苯二胺、3，4’-二氨基二苯醚、4，4’-二氨基二苯酮和/或双酚A二苯醚二胺。

3.根据权利要求1所述聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，其特征在于：上述所述的助剂包括石墨、炭黑、氧化铝、二氧化硅、碳化硅、碳酸钙和/或高性能纤维。

4.根据权利要求1所述聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，其特征在于：上述所述的极性溶剂包括二甲基甲酰胺，二甲基乙酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。

5.根据权利要求1所述聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，其特征在于：上述所述的被离心模具脱除的溶剂经冷凝装置回收后进行再利用。

6.根据权利要求1所述聚酰亚胺无缝复合管膜的制备方法，其特征在于：上述所述导电涂层为导电碳黑无机物，纳米和/或微米级金属粒子、金属氧化物粒子或离子导电性物质，包括铁、铜、铝，氧化铜、氧化钛和/或氯化锂。

7.一种用于如权利要求1所述聚酰亚胺无缝复合管膜制备方法的装置，采用离心浇注成型的结构，其特征在于：成型模具(10)通过定位销(11)套装固定在旋转支架(12)内，旋转支架(12)通过轴承固定在机架(8)上，机架(8)的下部安装调速电机(9)，调速电机(9)的转轴通过皮带轮皮带连接旋转支架(12)一侧的转轴，旋转支架(12)的另一侧支架固定安装计量加料器(5)，计量加料器(5)出料口插入成型模具(10)一端的进料口，成型模具10入料口一侧活动安装控温鼓风机(4)，控温鼓风机(4)出风口对应成型模具10的入料口，成型模具(10)的另一端管道连接冷凝回收器(7)，冷凝回收器(7)支架安装在机架(8)一端，对应成型模具(10)的外圆间隙固定安装保温筒(6)，保温筒(6)间隙包覆成型模具(10)，计量加料器(5)支架连接在保温筒(6)上。

8.根据权利要求7所述聚酰亚胺无缝复合管膜制备方法的装置，其特征在于：上述所述控温鼓风机(4)调温范围是室温-400℃，介质为空气或氮气惰性气体，调速电机(9)可调转速为0-4000r/min。

9.根据权利要求7所述制备聚酰亚胺无缝复合管膜制备方法的装置，其特征在于：上述所述成型模具(10)是金属材质、聚四氟乙烯材质或玻璃材质制造，成型模具(10)的内壁光洁度为镜面级。

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