CN102363710A - 一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液及其制备和应用，该漆液包括下述成分：固含量22％的聚酰胺酸溶液A：占漆液总质量的10～15wt％；固含量30％的聚酰胺酸溶液B：占漆液总质量的20～25wt％；余量为有机溶剂。将聚酰胺酸溶液A加入聚酰胺酸溶液B中，加入有机溶剂调节漆液固含量和粘度，搅拌至混合均匀，获得酒红色透明粘稠聚酰亚胺漆包线漆。本发明的漆包线漆膜玻璃化转变温度293℃，具有耐高温特性，软化击穿温度和击穿电压均显著高于240级聚酰亚胺漆包铜圆线国家标准，漆膜均匀，柔韧性好；制漆做线过程简单易操作，原料利用率高，三废污染少，容易实现产业化。用作大飞机和高铁动车组的电机绝缘，市场前景广阔。

Description

一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液及其制备和应用

技术领域

本发明属漆包线漆液及其制备和应用领域，特别是涉及一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液及其制备和应用。

背景技术

漆包线漆是应用于电工设备的不可缺少的电绝缘涂料，是控制电气设备经济技术指标和运行寿命的关键原料之一。随着时代与经济的发展，在军用和民生领域都对漆包线的耐温等级提出了更高要求。美国超音速客机计划(HSCT)所设计的速度为2.4MHz，目前中国的高铁时速已达到300公里的常态，各种交通工具速度的提升势必会对电机绕组的耐温性提出严峻考验，而核动力和宇宙空间技术的发展对漆包线更提出了苛刻的耐高温要求。进入数字化时代以来，各种电子产品，家用电器和仪表设备在广大家庭、生产部门和办公场所中日益普及，并且更新换代速度逐年加快，为漆包线带来可观市场。八九十年代以后，我国漆包线虽然在产量上有很大突破，但主要集中于聚酯、聚氨酯和聚酯亚胺等耐热等级较低的品种，而高耐热等级的以及“双零”微细漆包线所占比重很小，大部分依赖于国外进口。为提高我国漆包线行业在国际的竞争力，有必要通过技术创新开发高耐温等级的漆包线漆，并且重视科技成果向产业化的及时转化。

聚酰胺酰亚胺(PAI)漆是通用型高性能复合涂层漆包圆、扁线的主要原料，是一种综合性能优良的C级耐高温漆包线漆，广泛用于牵引电机、密封电机，特别是耐冷冻压缩机线圈的制造。其主链结构中同时具有耐热的亚胺环和柔性的酰胺基团，耐热性高，在210℃下可长期使用，具有良好的机械性能、介电性能、耐冷冻剂和耐化学腐蚀性能，而且与导体的粘合性、可绕性和耐磨性都有大幅提升。

李楠等人【李楠等.含氟聚酰胺酰亚胺自粘电磁线漆的合成与性能研究[J].现代涂料与涂装，2010(5)：1-9】合成了含氟二胺2-三氟甲基-4，4′-二氨基二苯醚(3FODA)，将氟基团引入PAI聚合物，依靠氟原子的疏水性降低了PAI的吸水率，提高了介电性能，同时改善了柔韧性、透光率和热氧化稳定性。制得的漆包线经检测可以实现在260℃，30min内热冲击实验不开裂，320℃，2min内软化击穿实验不被击穿，聚酰胺酰亚胺分子结构中的酰胺基团限制了其承受更高的温度，使用时通常是把这种漆与聚酰亚胺底漆复合涂制漆包线。

聚酰亚胺的热分解温度可达500℃以上，是最有价值的耐高温材料之一。其大分子中大量的酰亚胺闭环，碳氮键处于五元环保护之下，稳定性好，吸水率低，制得的漆膜耐高低温，耐击穿，绝缘强度高，弹性韧性好，耐辐射，化学稳定性好，与导体粘结力较高，在漆包线的生产和使用中，可以长期经受热、电、机械力和浸油的综合作用而不易老化、性能变差，适合用作电机电器，电子元器件的绝缘保护。

聚酰亚胺的合成有熔融缩聚、溶液缩聚、界面缩聚等，人们可以根据不同合成目的进行选择。其中溶液缩聚是合成芳香族聚酰亚胺较为成熟的工艺，普遍采用二胺和二酐在强极性非质子溶剂中低温缩聚获得聚酰胺酸溶液，然后选择热亚胺化、化学亚胺化或者异酰亚胺化制得。一般合成聚酰亚胺的反应过程中都不产生无机盐类副产物，这对于制成电机绝缘材料十分有利，消除了副产物污染和加速绝缘老化的可能。国内外学者通过合成新单体，对聚酰亚胺分子结构设计和改性，开发出众多满足不同需求的聚酰亚胺品种。

中国发明专利CN101134730A公开了一种4，4’-二氨基-4”-羟基三苯甲烷二胺单体的制备方法，其主要特征在于：(1)摩尔比为1.0∶1.0～1.5的苯胺和盐酸溶液，在室温条件下反应0.1～4小时后，加入非水溶性有机溶剂，加热回流分水，冷却过滤干燥，得苯胺盐酸盐；(2)摩尔比为1.0∶2.0～4.0的对羟基苯甲醛和苯胺，在氮气中，苯胺盐酸盐为催化剂，80℃～120℃，反应1～8小时后，冷却反应液，抽真空，除去反应液中多余的苯胺，加入醇类溶剂，加热溶解，冷却结晶，过滤干燥，得到紫色针状的4，4’-二氨基-4”-羟基三苯甲烷晶体。

中国发明专利CN1472193A公开了一种2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷的制备方法，其主要特征在于：4，4’-二羟基二苯基丙烷(BPA)、1-氯-4-硝基苯(CNB)和成盐剂在极性非质子传递溶剂和脱水剂混合物中于110-150℃回流反应制备2，2-双-[4-(4-硝基苯氧基)苯基]丙烷(BNPP)，基于BNPP，以乙醇为溶剂，在六水氯化铁、活性炭和水合肼的共同作用下还原得到2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷(BAPP)，反应配料摩尔比：4，4’-二羟基二苯基丙烷∶成盐剂＝1∶1.6～2.4，4，4’-二羟基二苯基丙烷∶1-氯-4-硝基苯＝1∶2.0～2.6。得率为96％，熔点127.5～129.0℃。

上述两项二胺单体发明操作简单，纯度高，成本较低，适合工业化生产。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液及其制备和应用，漆包线漆膜玻璃化转变温度293℃，采用损耗角正切-温度曲线的峰值温度测量；具有出色的耐高温特性，软化击穿温度和击穿电压均显著高于240级聚酰亚胺漆包铜圆线国家标准，漆膜均匀，柔韧性好；采用现有通用设备常温常压下即可完成制漆做线，过程简单易操作，原料利用率高，三废污染少，容易实现产业化。用作大飞机和高铁动车组的电机绝缘，市场前景广阔。

本发明涉及的化学反应方程式如下：

其中，m，n，p，n₁，n₂，n₃为大于1且小于80的自然数。

本发明的一种耐高温(所指的温度为玻璃化转变温度293℃)聚酰亚胺漆包线漆液，该漆液包括下述成分：

固含量22％的聚酰胺酸溶液A：占漆液总质量的10～15wt％；

固含量30％的聚酰胺酸溶液B：占漆液总质量的20～25wt％；

余量为有机溶剂；

漆液总固含量为13～15％；其中，漆液总质量是指固含量22％的聚酰胺酸溶液A、固含量30％的聚酰胺酸溶液B和有机溶剂之和。

所述的聚酰胺酸溶液A的制备如下：

将4，4’-二氨基-4’-羟基三苯甲烷、2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和有机溶剂加入反应釜中，室温下搅拌溶解完全，加入经过干燥处理的3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐，搅拌聚合，聚合温度为-5～20℃，温度较高时可用冰水浴冷却，获得固含量为22％酒红色透明粘稠的聚酰胺酸溶液A；其中4，4’-二氨基-4’-羟基三苯甲烷，2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐的摩尔比为0.5∶0.5∶1～1.03。

所述的聚酰胺酸溶液B的制备如下：

将4，4’-二氨基二苯醚和有机溶剂加入反应釜中，室温下搅拌溶解完全，分批加入经过干燥处理的均苯四甲酸二酐，搅拌聚合，聚合温度为-5～20℃，温度较高时可用冰水浴冷却，获得固含量为30％金黄色透明粘稠的聚酰胺酸溶液B；4，4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐的摩尔比为1∶1～1.03。

本发明的一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液的制备方法，包括：

(1)将4，4’-二氨基-4’-羟基三苯甲烷、2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和有机溶剂加入反应釜中，室温下搅拌溶解完全，加入经过干燥处理的3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐，搅拌聚合，聚合温度为-5～20℃，温度较高时可用冰水浴冷却，获得固含量为22％酒红色透明粘稠的聚酰胺酸溶液A；其中4，4’-二氨基-4’-羟基三苯甲烷，2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐的摩尔比为0.5∶0.5∶1～1.03；

(2)将4，4’-二氨基二苯醚和有机溶剂加入反应釜中，室温下搅拌溶解完全，分批加入经过干燥处理的均苯四甲酸二酐，搅拌聚合，聚合温度为-5～20℃，温度较高时可用冰水浴冷却，获得固含量为30％金黄色透明粘稠的聚酰胺酸溶液B；4，4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐的摩尔比为1∶1～1.03；

(3)将步骤(1)制得的聚酰胺酸溶液A加入步骤(2)制得的聚酰胺酸溶液B中，加入有机溶剂调节漆液固含量和粘度，搅拌至混合均匀，获得酒红色透明粘稠聚酰亚胺漆包线漆，固含量为13％-15％。

本发明的一种耐高温聚酰亚胺漆包线的制备方法，包括：

循环风机风速2800RPM，烘炉长3.93m，炉温升至455℃后开始采用径向旋转式放线器放线，在漆包线机内连续退火软化，退火炉一端水封，另一端打开，毛毡规格宽×厚为40mm×12mm，密度为0.16～0.20g/cm³，用毛毡夹板将毛毡平整的夹在导线的两侧，毛毡与漆缸的距离50～80mm，毛毡与炉口的距离200～250mm，将聚酰亚胺漆包线漆液加入大漆箱中，采用小循环供漆，循环漆从大漆箱抽入小漆槽，开启裸铜导线行走，线行速度31m/min，8道铜线毛毡涂漆，烘烤固化，用鼓风机强制风冷却，收线，制得耐高温漆包线。

上述有机溶剂均选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或几种。

上述4，4’-二氨基-4”-羟基三苯甲烷、2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、4，4’-二氨基二苯醚二胺单体纯度均大于99％，3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐和均苯四甲酸二酐两种单体纯度均大于99％。

漆包线漆，导线为铜圆线，导体标称直径按GB/T 6109.22-2008中的规定，使用卧式漆包线机，烘炉温度455℃，线行速度31m/min，选择毛毡涂漆法，毛毡规格阔×厚为40mm×12mm，密度为0.16～0.20g/cm³。

有益效果

(1)按照本发明制得的漆包线漆膜玻璃化转变温度293℃，采用损耗角正切-温度曲线的峰值温度测量；具有出色的耐高温特性，软化击穿温度和击穿电压均显著高于240级聚酰亚胺漆包铜圆线国家标准，漆膜均匀，柔韧性好；

(2)本发明采用现有通用设备常温常压下即可完成制漆做线，过程简单易操作，原料利用率高，三废污染少，容易实现产业化。用作大飞机和高铁动车组的电机绝缘，市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明的聚酰亚胺漆包线漆液的温度-粘度曲线；

图2是本发明实施例1的聚酰亚胺漆包线漆膜的傅立叶转换红外光谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将75.9g(0.26mol)4，4’-二氨基-4”-羟基三苯甲烷和167.8g(0.26mol)2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷加入反应釜，倒入1248gN，N-二甲基乙酰胺，室温下搅拌溶解完全，加入经过干燥处理的3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐168.7g(0.52mol)，在冰水浴中搅拌聚合5小时，获得酒红色透明粘稠的聚酰胺酸溶液A，固含量为22％。

将771g(3.86mol)4，4’-二氨基二苯醚加入反应釜，倒入3760gN，N-二甲基乙酰胺，室温下搅拌溶解完全，分批加入经过干燥处理的均苯四甲酸二酐840.4g(3.86mol)，在冰水浴中搅拌聚合10小时，获得金黄色透明粘稠的聚酰胺酸溶液B，固含量为30％。

将上述制得的聚酰胺酸溶液A倒入聚酰胺酸溶液B中，室温下搅拌均匀，加入6818gN，N-二甲基乙酰胺调节漆液固含量和粘度，搅拌均匀，获得酒红色透明粘稠聚酰亚胺漆包线漆，固含量为14.97％。

用美国BROOKFIELD公司产的CAP2000+锥板粘度计测试不同温度下聚酰亚胺漆包线漆的粘度变化。转速：750RPM，转子型号：1号，温度范围：50-100℃，升温速率：5℃/30s。锥板粘度计换用转子前在60℃下由相应硅油标定。

表1聚酰亚胺漆包线漆不同温度下的粘度

将得到的聚酰亚胺漆液取少量用玻璃棒均匀地涂覆于干净的玻璃板上后，放入不锈钢鼓风烘箱中进行热亚胺化反应，固化工艺如下：室温→100℃×1h→200℃×1h→250℃×1h。待自然冷却至室温后，热水浸泡自动脱膜，于烘箱内100℃快速烘干，得到聚酰亚胺漆膜。

利用美国瓦里安varian 640-IR型傅里叶变换红外光谱仪测定，光谱范围：7800～375cm^-1；线性度：0.1％T；分辨率：8cm^-1，红外光谱图见图2所示。

在卧式漆包线机上采用标称直径0.5mm的铜圆线涂制漆包线。开启循环风机，循环风机风速2800RPM，烘炉长3.93m，炉温升至455℃后开始采用径向旋转式放线器放线，在漆包线机内连续退火软化，退火炉一端水封，另一端打开。毛毡规格宽×厚为40mm×12mm，密度为0.16～0.20g/cm³，用毛毡夹板将毛毡平整的夹在导线的两侧，毛毡与漆缸的距离50～80mm，毛毡与炉口的距离200～250mm，将聚酰亚胺漆包线漆液加入大漆箱中，采用小循环供漆，循环漆从大漆箱抽入小漆槽，开启裸铜导线行走，8道铜线毛毡涂漆，烘烤固化，用鼓风机强制风冷却，收线，线行速度31m/min，制得表面光滑的耐高温漆包线。

根据GB/T 6109.22QY-1/240对本实施例漆包线性能测试结果如下：

本发明制得的漆包线漆膜玻璃化转变温度293℃(损耗角正切-温度曲线的峰值温度)，具有出色耐高温特性，软化击穿温度和击穿电压均显著高于240级聚酰亚胺漆包铜圆线国家标准，漆膜均匀，柔韧性好，市场前景广阔。制备过程简单易操作，采用聚酰亚胺树脂的通用型设备在常温常压下即可完成制漆，条件温和，有机溶剂在漆包线机内可燃烧转化为固化所需热能，提高了利用率，降低了三废污染，容易实现产业化。

Claims (7)

1.一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液，该漆液包括下述成分：

固含量22％的聚酰胺酸溶液A：占漆液总质量的10～15wt％；

固含量30％的聚酰胺酸溶液B：占漆液总质量的20～25wt％；

余量为有机溶剂；

漆液总固含量为13～15％；其中，漆液总质量是指固含量22％的聚酰胺酸溶液A、固含量30％的聚酰胺酸溶液B和有机溶剂之和。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液，其特征在于，所述的聚酰胺酸溶液A的制备如下：

将4，4’-二氨基-4’-羟基三苯甲烷、2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和有机溶剂加入反应釜中，室温下搅拌溶解完全，加入经过干燥处理的3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐，搅拌聚合，聚合温度为-5～20℃，获得固含量为22％酒红色透明粘稠的聚酰胺酸溶液A；其中4，4’-二氨基-4’-羟基三苯甲烷，2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐的摩尔比为0.5∶0.5∶1～1.03。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液，其特征在于，所述的聚酰胺酸溶液B的制备如下：

将4，4’-二氨基二苯醚和有机溶剂加入反应釜中，室温下搅拌溶解完全，分批加入经过干燥处理的均苯四甲酸二酐，搅拌聚合，聚合温度为-5～20℃，获得固含量为30％金黄色透明粘稠的聚酰胺酸溶液B；4，4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐的摩尔比为1∶1～1.03。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液，其特征在于：所述的聚酰胺酸溶液A的制备如下：所述有机溶剂选自N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜中的一种或几种。

5.根据权利要求2或3所述的一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液，其特征在于，所述的4，4’-二氨基-4”-羟基三苯甲烷、2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷、4，4’-二氨基二苯醚二胺单体纯度均大于99％，3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐和均苯四甲酸二酐两种单体纯度均大于99％。

6.一种耐高温聚酰亚胺漆包线漆液的制备方法，包括：

(1)将4，4’-二氨基-4’-羟基三苯甲烷、2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和有机溶剂加入反应釜中，室温下搅拌溶解完全，加入经过干燥处理的3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐，搅拌聚合，聚合温度为-5～20℃，获得固含量为22％酒红色透明粘稠的聚酰胺酸溶液A；其中4，4’-二氨基-4’-羟基三苯甲烷，2，2-双-[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷和3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐的摩尔比为0.5∶0.5∶1～1.03；

(2)将4，4’-二氨基二苯醚和有机溶剂加入反应釜中，室温下搅拌溶解完全，分批加入经过干燥处理的均苯四甲酸二酐，搅拌聚合，聚合温度为-5～20℃，获得固含量为30％金黄色透明粘稠的聚酰胺酸溶液B；4，4’-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐的摩尔比为1∶1～1.03；

(3)将步骤(1)制得的聚酰胺酸溶液A加入步骤(2)制得的聚酰胺酸溶液B中，加入有机溶剂调节漆液固含量和粘度，搅拌至混合均匀，获得酒红色透明粘稠聚酰亚胺漆包线漆，固含量为13％-15％。

7.一种耐高温聚酰亚胺漆包线的制备方法，包括：

循环风机风速2800RPM，烘炉长3.93m，炉温升至455℃后开始采用径向旋转式放线器放线，在漆包线机内连续退火软化，退火炉一端水封，另一端打开，毛毡规格宽×厚为40mm×12mm，密度为0.16～0.20g/cm³，用毛毡夹板将毛毡平整的夹在导线的两侧，毛毡与漆缸的距离50～80mm，毛毡与炉口的距离200～250mm，将聚酰亚胺漆包线漆液加入大漆箱中，采用小循环供漆，循环漆从大漆箱抽入小漆槽，开启裸铜导线行走，线行速度31m/min，8道铜线毛毡涂漆，烘烤固化，用鼓风机强制风冷却，收线，制得耐高温漆包线。

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