CN103392038B

CN103392038B - 耐热性电绝缘片材及其制造方法

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Publication number: CN103392038B
Application number: CN201280011249.1A
Authority: CN
Inventors: 成濑新二; 藤森龙士
Original assignee: DuPont Teijin Advanced Papers Japan Ltd
Current assignee: DuPont Teijin Advanced Papers Japan Ltd
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: WO2012118187A1; JP2012180619A; KR20140008420A; JP5746519B2; TW201237891A; KR101876601B1; CN103392038A; TWI556262B

Abstract

耐热性电绝缘片材，其特征在于，含有微粒和芳族聚酰胺纤条体，所述微粒是通过将包含芳族聚酰胺的合成纸、即进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸粉碎而得到的长度加权平均纤维长度为1mm以下的微粒。

Description

耐热性电绝缘片材及其制造方法

技术领域

本发明涉及进行了轧光加工（）的芳族聚酰胺纸的重复利用方法、以及耐热性电绝缘片材。进而详细地，涉及不使用药液等而可进行焚烧或废弃处理的进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸的再利用的、进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸的重复利用方法、以及耐热性电绝缘片材。

背景技术

为了赋予纸改善的强度和/或热稳定性，而开发了由高性能材料制造的纸。例如芳族聚酰胺纸是包含芳族聚酰胺的合成纸。由于其耐热性和耐燃性、电绝缘性、强韧性和可挠性，该纸作为电绝缘材料和飞机蜂窝用基材而被使用。这些材料中，含有杜邦（DuPont）（美国）的ノーメックス（Nomex）（注册商标）纤维而成的纸通过使聚间苯二甲酰间苯二胺絮状体与纤条体在水中混合，接着将混合了的浆料进行抄纸后，进行轧光加工来制造。已知该纸甚至在高温时依然具有高的强度和强韧性，同时具有优异的电绝缘性。

芳族聚酰胺纸的端材或破损材料等由于实施了利用了轧光加工的高温、高压的处理，因此仅在水中完全不会解纤。因此，进行焚烧或废弃处理。另外，在有机溶剂中溶解后，再次与未经利用的原料同样地实施成形为作为抄纸原料的絮状体或纤条体、纸浆等的化学重复利用，但该方法需要考虑环境问题，且成本有变高的倾向。

另外，关于未实施利用了轧光加工的高温、高压处理的、干燥的芳族聚酰胺纸或芳族聚酰胺板的重复利用，在日本特开平4-228696号公报、日本特开2003-290676号公报中记载了其处理方法。但是，实际的芳族聚酰胺纸大多数是经轧光加工而使用的情况，因此这些方法难以说是实用的。

进一步地，在日本特开平7-243189号公报中，有使用了将芳族聚酰胺纸粉碎而成的芳族聚酰胺纸纸浆的多孔性芳族聚酰胺成形物的记载。但是，上述成形物由于为多孔性，因此电绝缘性不充分。

发明内容

本发明的目的是提供将进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸、在不使用药液等的情况下进行再利用了的耐热性电绝缘片。

在第一方式中，本发明提供了耐热性电绝缘片材，其特征在于，含有微粒和芳族聚酰胺纤条体，所述微粒是通过将包含芳族聚酰胺的合成纸、即进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸粉碎而得到的长度加权平均纤维长度为1mm以下的微粒。

在第二方式中，本发明提供了耐热性电绝缘片材的制造方法，其特征在于，将包含芳族聚酰胺的合成纸、即进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸干式粉碎来制备微粒；

将制备的微粒、芳族聚酰胺纤条体、和水组合而形成混合浆料；

使用形成的浆料进行抄纸。

具体实施方式

（芳族聚酰胺）

在本发明中，芳族聚酰胺是指酰胺键的60%以上与芳香环直接键合了的线状高分子化合物（芳族聚酰胺）。作为这样的芳族聚酰胺，可以列举例如聚间苯二甲酰间苯二胺和其共聚物、聚对苯二甲酰对苯二胺和其共聚物、聚对苯二甲酰-共聚（3，4二苯基醚）对苯二胺等。这些芳族聚酰胺可以通过例如使用了间苯二甲酰氯和间苯二胺的现有已知的界面聚合法、溶液聚合法等而在工业上制造，可以作为市售品而获得，但不限于此。在这些芳族聚酰胺中，聚间苯二甲酰间苯二胺从具有良好的成型加工性、热粘合性、阻燃性、耐热性等的特性方面考虑可优选使用。

（芳族聚酰胺纤条体）

在本发明中，芳族聚酰胺纤条体是指具有抄纸性的膜状的芳族聚酰胺粒子，也称为芳族聚酰胺纸浆（参考日本特公昭35-11851号公报、日本特公昭37-5732号公报等）。

广泛已知芳族聚酰胺纤条体与通常的木材纸浆同样地实施离解、叩解处理而作为抄纸原料使用，为了保持适于抄纸的品质，可以实施所谓的叩解处理。该叩解处理可以利用圆盘精研机、搅拌器、带来其它的机械性切断作用的抄纸原料处理设备来实施。在该操作中，纤条体的形态变化可以利用日本工业规格P8121中规定的滤水度试验方法（游离度）来监控。在本发明中，实施叩解处理后的芳族聚酰胺纤条体的滤水度优选在10cm³～300cm³（加拿大游离度）的范围内。对于比该范围大的滤水度的纤条体，由其成形的耐热性电绝缘片材的强度有降低的可能性。另一方面，如果欲得到比10cm³小的滤水度，则多数情况下投入的机械动力的利用效率变小，另外每单位时间的处理量变少，进一步地，由于纤条体的微细化过于进行，从而易于导致所谓的粘合剂功能的降低。因此，这样即使欲得到比10cm³小的滤水度，也没有显著的优点。

（芳族聚酰胺短纤维）

芳族聚酰胺短纤维是将以芳族聚酰胺为材料的纤维切断而成的物质，作为那样的纤维，可以列举例如能够以帝人（株）的“テイジンコーネックス（注册商标）”、杜邦公司的“ノーメックス（注册商标）”等的商品名获得的产品，但不限于这些。

芳族聚酰胺短纤维的长度一般可以从1mm以上且小于50mm，优选2～10mm的范围内选择。短纤维的长度小于1mm时，片材的力学特性降低，另一方面，对于50mm以上的情况，在利用了湿式法的芳族聚酰胺纸的制造中，易于产生“缠结”、“缠绞”等，容易形成缺陷的原因。

（芳族聚酰胺纸）

在本发明中，芳族聚酰胺纸是主要由上述芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维构成的片状物，一般具有20μm～1000μm范围内的厚度。进一步地，芳族聚酰胺纸一般具有10g/m²～1000g/m²的范围内的每平方米重量（）。

芳族聚酰胺纸一般可以通过将上述的芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维混合后进行片化的方法来制造。具体地，可以适用例如将上述芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维进行干式混和后，利用气流来形成薄片的方法；将芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维在液体介质中分散混合后，在液体透过性的支持体、例如网或带上吐出并片化，除去液体而干燥的方法等，但其中优选选择使用水作为介质的所谓湿式抄造法。

在湿式抄造法中，一般是将至少含有芳族聚酰胺纤条体、芳族聚酰胺短纤维的单一或混合物的水性浆料送至抄纸机中并分散后，进行脱水、榨水和干燥操作，由此作为薄片而卷绕的方法。作为抄纸机，可以利用长网抄纸机、圆网抄纸机、倾斜型抄纸机和将它们组合了的组合抄纸机等。在利用组合抄纸机制造的情况下，通过将配混比率不同的浆料进行薄片成形并合而为一，可以得到包含多层的纸层的复合体片。在抄造时根据需要可以使用分散性改善剂、消泡剂、纸力增强剂等的添加剂。

（轧光加工）

上述这样得到的芳族聚酰胺纸可以通过在一对辊之间以高温高压进行热压，来提高密度、机械强度。热压的条件例如在使用金属制辊时，可以列举温度为100～350℃、线压为50～400kg/cm的范围内，但不限于此。热压时也可以将多片的芳族聚酰胺纸层叠。也可以将上述的热压加工以任意的顺序进行多次。

（将进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸粉碎而成的微粒）

本发明中使用的微粒优选是将上述进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸粉碎后的、用光学的纤维长度测定装置测定时的长度加权平均纤维长度为1mm以下的微粒。其中，作为光学的纤维长度测定装置，可以使用FiberQualityAnalyzer（OpTestEquipment公司制）、カヤニー型测定装置（カヤニー公司制）等的测定设备。在这样的设备中，通过一定光路的微粒的纤维长度和形态分别地被观测，将测定的纤维长度进行统计学上的处理。使用经长度加权平均了的纤维长度超过1mm的微粒时，耐热性电绝缘片的表面的凹凸变大，绝缘击穿电压（）局部性地降低。进一步地，由于在薄片制造中的微粒的脱离，导致在薄片上产生孔，易于产生绝缘击穿电压的降低等。

作为将上述进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸粉碎的方法，优选是干式法、湿式法或用两种方法粉碎而微粒化的方法。干式法是指使用破碎机、压碎机、捏合机等、在水分实质上不介入的情况下对芳族聚酰胺纸给予冲击而分解为微粒的方法。另外，湿式法是指在水介质中对芳族聚酰胺纸给予冲击而将粒度减小的方法。作为有效地实施这样的湿式粉碎的设备，可以列举高速离解机、精炼机、搅拌器等，但并不限于此。

本发明中制造微粒时，优选在实施利用了干式法的粉碎后，实施利用了湿式法的粉碎，进而在利用湿式法进行的粉碎时，在与芳族聚酰胺纤条体混合的状态下，利用湿式法进行粉碎的方法。通过与芳族聚酰胺纤条体混合，混合液易于均质化，易于制造均质且微细的微粒，进一步地通过同时进行湿式处理，还可以省略为了薄片制造而需要实施的对芳族聚酰胺纤条体单体的叩解处理。

（耐热性电绝缘片材）

本发明的耐热性电绝缘片材是指主要由上述微粒和芳族聚酰胺纤条体构成的片状物，一般具有20μm～5mm的范围内的厚度。进一步地，耐热性电绝缘片材一般具有10g/m²～5000g/m²的范围内的每平方米重量。

耐热性电绝缘片材中的芳族聚酰胺纤条体的含量只要实现所需的电绝缘性即可，没有特别限制，但为了保持在耐热性电绝缘片材的制造中的工序强度，优选为5～80重量%，进一步地为了得到充分的电绝缘性，优选为15～80重量%，进一步为了表现充分的强度，特别优选为30～80重量%。耐热性电绝缘片材中的微粒的含量优选为20～95重量%的范围，但并不限定在该范围，从重复利用的角度考虑，优选为30重量%以上，为了保持工序强度，更优选为30～85重量%的范围，特别优选为50～85重量%的范围。

耐热性电绝缘片材一般可通过将上述的微粒和芳族聚酰胺纤条体混合后进行片化的方法来制造。具体地，可以适用例如将上述微粒和芳族聚酰胺纤条体进行干式混和后，利用气流来形成薄片的方法；将上述微粒和芳族聚酰胺纤条体在液体介质中分散混合后，在液体透过性的支持体、例如网或带上吐出并片化，除去液体而干燥的方法等，但其中优选选择使用水作为介质的所谓湿式抄造法。

在湿式抄造法中，一般是将至少含有微粒、芳族聚酰胺纤条体的单一或混合物的水性浆料送至抄纸机中并分散后，进行脱水、榨水和干燥操作，由此作为薄片而卷绕的方法。作为抄纸机，可以利用长网抄纸机、圆网抄纸机、倾斜型抄纸机和将它们组合了的组合抄纸机等。在利用组合抄纸机制造的情况下，通过将配混比率不同的浆料进行薄片成形并合而为一，可以得到包含多层的纸层的复合体片。在抄造时根据需要可以使用分散性改善剂、消泡剂、纸力增强剂等的添加剂。

通过在耐热性电绝缘片材中添加芳族聚酰胺短纤维，可以进一步提高拉伸强度。耐热性电绝缘片材中的芳族聚酰胺短纤维的含量优选为5～50重量%的范围，但不限于该范围，从重复利用的角度考虑，优选为30重量%以下，为了保持工序强度，特别优选为5～30重量%的范围。

另外除此以外，可以添加其它的纤维状成分（例如聚苯硫醚纤维、聚醚醚酮纤维、纤维素系纤维、PVA系纤维、聚酯纤维、芳基纤维、液晶聚酯纤维、聚萘二甲酸乙二醇酯纤维等的有机纤维、玻璃纤维、岩棉、石棉、硼纤维等的无机纤维玻璃纤维）。

在本发明的耐热性电绝缘片材中，芳族聚酰胺纤条体由于作为粘合剂而具有优异的特性，因此可以有效地补充微粒和其它添加成分，在本发明的耐热性电绝缘片材制造中，原料成品率良好，同时在薄片内层状地重叠，可减少贯穿孔，电绝缘性提高。

这样得到的耐热性电绝缘片材通过在一对平板间或金属制辊间以高温高压进行热压，可以提高密度、机械强度。对于热压的条件，例如在使用金属制辊时，可以列举温度为100～350℃、线压为50～400kg/cm的条件，但不限于此。也可以不施加加热操作而在常温下仅简单地进行加压。也可在热压时叠层多片耐热性电绝缘片材。也可以以任意的顺序将上述热压加工进行多次。

以下对于本发明，列举实施例进行说明。应予说明，这些实施例是为了列举例子而对本发明的内容进行说明，对本发明的内容不进行任何限定。

实施例

（测定方法）

（1）每平方米重量、厚度的测定

按照JISC2111来实施。

（2）密度的计算

用每平方米重量÷厚度来计算。

（3）长度加权平均纤维长度

使用OpTestEquipment公司制FiberQualityAnalyzer，测定针对约4000个微粒的长度加权平均纤维长度。

（4）拉伸强度的测定

将TENSILON拉伸试验机在宽度15mm、夹头间隔50mm、拉伸速度50mm/分钟的条件下实施。

（5）绝缘击穿电压

按照ASTMD149，在电极直径为51mm的条件下通过利用了交流的直接升压法来实施。

（原料制备）

使用日本特开昭52-15621号公报中记载的、以定子和转子的组合构成的纸浆粒子的制造装置（湿式沉淀机），制造聚间苯二甲酰间苯二胺的纤条体。将其用离解机、叩解机处理，将长度加权平均纤维长度调节为0.9mm。

另一方面，将杜邦公司制间芳族聚酰胺纤维（ノーメックス（注册商标）、单纱纤度2旦尼尔）切断为长度6mm（以下记载为“芳族聚酰胺短纤维”），形成抄纸用原料。

（进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸的制造）

将制备的芳族聚酰胺纤条体和芳族聚酰胺短纤维各自在水中分散，制成浆料。将这些浆料混合，以形成纤条体与芳族聚酰胺短纤维为1/1的配混比率（重量比），利用Tappi式手抄机（截面积625cm²）制作片状物。接着，将其利用金属制轧光辊在温度为330℃、线压为300kg/cm的条件下进行热压加工，得到轧光加工了的芳族聚酰胺纸。

（实施例1～3和对照例）

（微粒原料制备）

将上述进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸用干式粉碎机粉碎。制备通过了开孔直径为3mm的筛的物质与水的混合浆料，将该浆料用离解机、叩解机处理，长度加权平均纤维长度以形成表1所示的尺寸的方式调节。

（耐热性电绝缘片材的制造）

将制备的微粒、制备的芳族聚酰胺纤条体和制备的芳族聚酰胺短纤维各自分散在水中，制作浆料。将这些浆料混合，以使微粒、纤条体和芳族聚酰胺短纤维形成为表1所示的配混比率（重量比），利用Tappi式手抄机（截面积625cm²）制作片状物。接着，将其利用金属制轧光辊在温度为330℃、线压为300kg/cm的条件下进行热压加工，得到耐热性电绝缘片材。应予说明，对照例除了不含有微粒，与实施例1-4同样地制作。这样得到的耐热性电绝缘片材的主要特性值示于表1。

实施例1～3的耐热性电绝缘片材的绝缘击穿电压也充分高，进而即使在250℃进行10分钟的处理，外观也观察不到变化，因此作为耐热性电绝缘片材是有用的。

【表1】

（实施例4～6）

（微粒原料制备）

将上述进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸用干式粉碎机粉碎。制备通过了开孔直径为3mm的筛的物质、芳族聚酰胺纤条体和水的混合浆料，将该浆料用离解机、叩解机处理，长度加权平均纤维长度以形成为表2所示的尺寸的方式进行调节。

（耐热性电绝缘片材的制造）

将芳族聚酰胺纸和芳族聚酰胺纤条体的混合物粉碎来制备微粒，将该制备的微粒和芳族聚酰胺短纤维各自分散在水中而制作浆液。将这些浆料混合，以使微粒、纤条体和芳族聚酰胺短纤维形成为表2所示的配混比率（重量比），利用Tappi式手抄机（截面积625cm²）制作片状物。接着，将其利用金属制轧光辊在温度为330℃、线压为300kg/cm的条件下进行热压加工，得到耐热性电绝缘片材。这样得到的耐热性电绝缘片材的主要特性值示于表2。实施例4～6的耐热性电绝缘片材由于将微粒与芳族聚酰胺纤条体的混合浆料进行粉碎，从而可以用比实施例1～3的耐热性电绝缘片材短的时间来制成微粒原料和芳族聚酰胺纤条体。另外，显示与实施例1～3大致同等或其以上的特性。

【表2】

（比较例1～4）

（微粒原料制备）

将上述进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸用干式粉碎机粉碎。制备通过了开孔直径为3mm的筛的物质与水的混合浆料，将该浆料用离解机、叩解机处理，长度加权平均纤维长度以形成为表3所示的尺寸的方式调节。

（耐热性电绝缘片材的制造）

将制备的微粒、制备的芳族聚酰胺纤条体和制备的芳族聚酰胺短纤维各自在水中分散，制作浆料。将这些浆料混合，以使微粒、纤条体和芳族聚酰胺短纤维形成为表3所示的配混比率（重量比），利用Tappi式手抄机（截面积625cm²）制作片状物。接着，将其利用金属制轧光辊以温度330℃、线压300kg/cm进行热压加工，得到耐热性电绝缘片材。这样得到的耐热性电绝缘片材的主要特性值示于表3。比较例1～4的耐热性电绝缘片材的绝缘击穿电压低，因此认为作为耐热性电绝缘片材是不充分的。

【表3】

Claims

1.耐热性电绝缘片材，其特征在于，含有通过将包含芳族聚酰胺的合成纸、即进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸粉碎而得到的长度加权平均纤维长度为1mm以下的微粒、和芳族聚酰胺纤条体，

电绝缘击穿电压为10kV/mm以上。

2.耐热性电绝缘片材，其特征在于，含有通过将包含芳族聚酰胺的合成纸、即进行了轧光加工的芳族聚酰胺纸与芳族聚酰胺纤条体的混合物粉碎而得到的长度加权平均纤维长度为1mm以下的微粒，

电绝缘击穿电压为10kV/mm以上。