CN105672025A - 一种电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及高性能特种纸产品领域，本发明提供了一种电性能可控的聚酰亚胺纸的制备方法，还提供了上述方法制备的电性能可控的聚酰亚胺纸，本发明制得的聚酰亚胺纸能够实现电性能的可控，并且其强度和耐高温性也较现有的聚酰亚胺纸优异，具体地，本发明制得的电性能可控的聚酰亚胺纸的密度可以为0.4-1.4g/cm3，表面电阻率可以在50-1013Ω/□之间可控，抗张指数可以高达41-96N·m/g，300℃/24h后强度保持率可以高达95％-99％。

Description

一种电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法
技术领域
本发明涉及高性能特种纸产品领域，具体地，涉及一种电性能可控的聚酰亚胺纸的制备方法，以及该方法制备的电性能可控的聚酰亚胺纸。
背景技术
随着我国高铁、大飞机、运输机等高新技术的飞速发展，对于高性能电绝缘材料、抗静电材料、防电晕材料的温度等级和功能性提出了更高的要求。长期以来，以杜邦公司NOMEX系列纸产品为代表的芳纶纸，因为具有耐高温、高强度和高绝缘等性能特点，一直是制备高性能电机、干式变压器、航空纸蜂窝等设备或产品所必不可少的关键材料，且该产品曾长期处于垄断状态。近年来，因为原料芳纶纤维的逐渐国产化，国产芳纶纸的研发和生产取得了一定的进步。然而，芳纶纸由于原料化学结构的限制，长期使用温度通常在220℃以内，已经难以满足对于更高温度和功能性的使用要求。
聚酰亚胺纤维是近年来发展起来的一种高性能有机纤维，具有优异的耐高温性能、力学强度、绝缘性能、耐腐蚀性能、耐辐照性能和低吸水率的性能特点。该纤维的玻璃化温度可达400℃，热分解温度高于550℃，可在300℃的条件下长期使用，热性能明显高于芳纶纤维，且我国在该纤维的技术水平处于世界领先地位。采用聚酰亚胺纤维制备聚酰亚胺纸能够有效的提升高性能特种纸产品的绝缘温度和绝缘等级。现有技术主要通过聚酰胺酸短切纤维经湿法抄纸并热压成型制备，得到的纸强度与芳纶纸还有很大差距。另外，现有技术制备的聚酰亚胺纸虽然具有良好的绝缘性能和耐温性能，但却并不具备耐电晕和抗静电等功能，严重限制了其在绝缘材料中的大范围推广应用。
针对以上问题，开发一种效率高、设备投入小、操作简单，适合于工业化持续生产的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法非常必要。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中聚酰亚胺纸电性能不可控、纸强度较低、且生产成本偏高等缺陷，提供一种电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种电性能可控的聚酰亚胺纸的制备方法，该方法包括：
(1)将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，或者将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，再将聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纤维，制得含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液；
(2)将步骤(1)得到产物依次进行抄纸、辊压和烘干；
(3)将步骤(2)得到产物进行热压处理。
另一方面，本发明提供了上述方法制备的电性能可控的聚酰亚胺纸。
本发明的方法中使用了聚酰胺酸沉析纤维，该纤维是一种全新的具有高比表面积和活性基团的聚酰胺酸纤维，其高比表面积的性能特点使其能够在聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰亚胺沉析纤维的表面起到很好的包覆和粘结作用。然后通过高温热压即可完成从聚酰胺酸到聚酰亚胺的转变，形成具有高度交联结构的聚酰亚胺纸。本发明还创造性的采用聚酰亚胺导电纤维为关键原料，通过纤维表面的金属层起到电荷传导作用，通过纤维基体起到短纤维在纸中的支撑作用，通过调整聚酰亚胺导电纤维的用量以控制聚酰亚胺纸的电性能，既兼顾了成纸的力学性能，又赋予了一定的电荷传输能力。本发明所提供的产品和制备方法，可实现对高性能聚酰亚胺纸电性能的有效调控，简化聚酰亚胺纸的生产步骤，丰富聚酰亚胺纸产品的品种形式，大幅度提高我国在高性能特种纸领域的研究水平，满足更高使用温度下对于抗静电、防电晕等电性能的特殊要求。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
一方面，本发明提供了一种电性能可控的聚酰亚胺纸的制备方法，该方法包括：
(1)将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，或者将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，再将聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纤维，制得含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液；
(2)将步骤(1)得到产物依次进行抄纸、辊压和烘干；
(3)将步骤(2)得到产物进行热压处理。
根据本发明所述的方法，步骤(1)中，优选地，聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维、聚酰亚胺沉析纤维的重量比为1∶0.1-10∶1-10∶0.1-0.5，更优选为1∶0.5-2∶3-10∶0.1-0.2，从而能够制得电性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸。
本发明一种具体实施方式中，将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，制得含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液，然后再进行步骤(2)。
本发明的另一种具体实施方式中，将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，将聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纤维，制得含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液，其中，可以先制备聚酰胺酸，再将含聚酰胺酸的溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纤维，也可以直接用一定浓度的聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纤维，其中，无论是先制备聚酰胺酸还是直接用商购的聚酰胺酸制备聚酰胺酸水溶液，聚酰胺酸的浓度只要能够使得步骤(1)制得的水溶液中分散有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维，且聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的重量比在上述优选范围内即可。在沉析聚酰胺酸的方法中，搅拌条件包括：搅拌速度优选为300-2000r/min，更优选为600-1000r/min，搅拌时间优选为1-50min，更优选为1-35min；沉析的温度优选为25-80℃，更优选为30-50℃。
根据本发明所述的方法，优选地，该方法还包括：步骤(1)得到的水溶液中还含有功能填料。更优选地，聚酰亚胺短切纤维与功能填料的重量比为1∶0.01-1，从而能够制得电性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸。
本发明可以通过添加不同类型的功能填料，进一步对该聚酰亚胺纸的电性能进行调控，比如具有良好导电性能的炭黑、石墨粉、石墨烯、碳纳米管和金属粉中的至少一种，或者具有良好绝缘性能的云母、二氧化硅气凝胶、空心玻璃微球中的至少一种，或者具有导热性能的氮化硼、碳化硅、氮化铝、氧化铝、氧化镁和氧化锌中的至少一种。优选为石墨烯和/或云母，从而能够进一步实现对聚酰亚胺纸电性能的调控。
根据本发明所述的方法，聚酰亚胺短切纤维可以为本领域常规的聚酰亚胺短切纤维，其长度可以为1-10mm。
根据本发明所述的方法，聚酰亚胺导电纤维可以为本领域常规的聚酰亚胺导电纤维，优选地，聚酰亚胺导电纤维的平均长度为2-10mm，电阻率小于10-5Ω·cm，更优选地，电阻率为10-6-10-5Ω·cm，从而能够制得电性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸。
根据本发明所述的方法，优选地，聚酰胺酸沉析纤维的平均长度为0.1-10mm，比表面积为15-65m2/g，从而能够制得电性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸，更优选地，该聚酰胺酸沉析纤维为自制。
根据本发明所述的方法，优选地，聚酰亚胺沉析纤维的平均长度为0.1-10mm，比表面积为15-55m2/g，该聚酰亚胺沉析纤维可以用常规的聚酰亚胺纤维浆粕替代，也可以自制，优选为自制。
聚酰胺酸沉析纤维的制备方法优选包括：(1)将胺类单体和酸酐类单体在极性溶剂中反应生成聚酰胺酸产物；(2)将步骤(1)得到的产物稀释至聚酰胺酸浓度为1-14重量％且粘度小于500cp，然后将稀释后的溶液在搅拌条件下注入沉淀剂中，制得聚酰胺酸沉析纤维；其中，所述沉淀剂为水、乙醇、甲醇、丙酮和甲苯中的至少一种。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中，所述胺类单体为本领域各种胺类，例如可以为二元胺和/或三元胺，优选为二元胺，更优选为六氟二胺、联苯二胺、3，4-二氨基二苯醚、4，4′-二氨基-4″-羟基三苯甲烷中的至少一种。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中，所述酸酐类单体可以本领域各种酸酐，例如可以为二元酐和/或三元酐，优选为二元酐，更优选为均苯四甲酸二酐，3，3’，4，4’-联苯四甲酸二酐，3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐，六氟四酸二酐，3，3′，4，4′-二苯酮四酸二酐和2，3，3’，4’-联苯四酸二酐中的至少一种，最优选为2，3，3’，4’-联苯四酸二酐、3，3′，4，4′-二苯酮四酸二酐和3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐中的至少一种，从而能够显著提高制得的聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的比表面积进而提高聚酰亚胺纸的性能。当酸酐类单体为2，3，3’，4’-联苯四酸二酐、3，3′，4，4′-二苯酮四酸二酐和3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐，且2，3，3’，4’-联苯四酸二酐、3，3′，4，4′-二苯酮四酸二酐和3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐的重量比为1∶1-5∶1-5时，从而能够提高聚酰亚胺纸的性能。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中，所述胺类单体和酸酐类单体的摩尔比优选为1∶0.9-1.1，更优选为1∶0.95-1.05。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中，所述极性溶剂可以为本领域各种常规的极性溶剂，例如可以为N、N-二甲基乙酰胺(DMAc)、N、N-二甲基甲酰胺(DMF)、N甲基吡咯烷酮(NMP)中的至少一种与二甲苯和/或甲苯按4-10∶1体积比配制而成，优选为N、N-二甲基乙酰胺与二甲苯按5-8∶1体积比配制而成。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中，相对于1L有机溶剂，胺类单体和酐类单体的总重量为50-350g，即每升溶剂中固体含量为50-350g，优选为200-300g。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中的反应条件可以为本领域常规的反应条件，优选包括：反应温度为0-50℃，反应时间为0.5-5h，更优选包括：反应温度为5-25℃，反应时间为1-3h。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中的反应条件还可以包括：搅拌下进行反应。该搅拌的目的是为了使得反应更充分，对搅拌的速度和时间没有特别的要求，只要反应充分即可。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(2)中，将步骤(1)得到的产物稀释至聚酰胺酸浓度为1-14重量％且粘度小于500cp所用的溶剂可以为步骤(1)中的极性溶剂。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(2)中，优选地，将步骤(1)得到的产物稀释至聚酰胺酸浓度为5-10重量％且粘度为200-300cp。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(2)中，优选地，所述沉淀剂为水、乙醇和丙酮中的至少一种。
制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(2)中，优选地，所述搅拌条件包括：搅拌速度为300-2000r/min，更优选为600-1000r/min。
制备聚酰胺酸沉析纤维的方法，该方法还可以包括：在搅拌条件下注入沉淀剂中后再继续搅拌1-30min，其中搅拌速度可以在上述优选的搅拌速度范围内。
制备聚酰胺酸沉析纤维的方法的步骤(2)中，优选地，所述注入的条件包括：温度为25-80℃，更优选为30-50℃。
制备聚酰胺酸沉析纤维的方法，该方法还可以包括：将步骤(2)得到的产物洗涤得到聚酰胺酸沉析纤维。其中，所用的洗涤液可以为乙醇和/或水。
聚酰亚胺沉析纤维的制备方法优选包括：将上述制备的聚酰胺酸沉析纤维进行热亚胺化，所述热亚胺化的条件包括：温度为200-400℃，时间为1-30min。更优选地，所述热亚胺化的条件包括：温度为300-350℃，时间为3-10min。
本发明电性能可控的聚酰亚胺纸的制备方法的步骤(2)中，抄纸、辊压和烘干为本领域常规的抄纸、辊压和烘干工艺，例如抄纸可以为湿法抄纸，湿法抄纸可以参照文献“廖瑞金，李萧，杨丽君，柏舸，间位芳纶短切纤维/浆粕的配比对芳纶绝缘纸性能的影响，高电压技术，41(2)364-373”或“陆赵情，江明，张美云，宋顺喜，杨斌，对位芳纶沉析纤维及其复合纸的结构与性能，31(2)88-92”中的方法进行，辊压的条件可以包括：压力为3-15MPa，烘干的条件可以包括：温度为30-90℃，时间为1-60min。
根据本发明所述的方法，步骤(3)中，所述热压处理的条件包括：温度为200-400℃，压力为2-5MPa，时间为1-30min，从而能够制得电性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸。
另一方面，本发明提供了上述方法制备的电性能可控的聚酰亚胺纸。
本发明制得的电性能可控的聚酰亚胺纸的密度为0.4-1.4g/cm3，表面电阻率可以在50-1013Ω/□之间可控，抗张指数可以高达41-96N·m/g，300℃/24h后强度保持率可以高达95％-99％。
实施例
以下实施例中，聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维均为江苏先诺新材料科技有限公司生产。
制备例1
本制备例用于制备聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维。
(1)将3，4-二氨基二苯醚溶解于N、N-二甲基乙酰胺与二甲苯按体积比为6∶1的混合溶剂中，然后加入酸酐类单体(酸酐类单体的组成为：2，3，3’，4’-联苯四酸二酐、3，3′，4，4′-二苯酮四酸二酐和3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐，重量比为1∶1∶5)，控制3，4-二氨基二苯醚与酸酐类单体的摩尔比为1∶0.95，且每升混合溶剂中固体含量为200g，在10℃下搅拌反应2h生成聚酰胺酸产物；
(2)向步骤(1)中得到的聚酰胺酸产物中加入上述混合溶剂至聚酰胺酸的含量为5重量％，溶液粘度为200cp，然后在30℃、600r/min搅拌速度下将其注入乙醇中，再继续搅拌20min，然后用乙醇洗涤产物，得到聚酰胺酸沉析纤维A1；
(3)将步骤(2)得到的聚酰胺酸沉析纤维通过流化床技术热亚胺化，在350℃下热亚胺化3min，得到聚酰亚胺沉析纤维B1；
(4)采用真空吸附法测得聚酰胺酸沉析纤维A1的比表面积为52m2/g，电镜测定其平均长度为0.8mm，聚酰亚胺沉析纤维B1的比表面积为48m2/g，电镜测定其平均长度为0.6mm。
制备例2
本制备例用于制备聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维。
(1)将六氟二胺溶解于N、N-二甲基乙酰胺与二甲苯按体积比为7∶1的混合溶剂中，然后加入酸酐类单体(酸酐类单体的组成为：2，3，3’，4’-联苯四酸二酐、3，3′，4，4′-二苯酮四酸二酐和3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐，重量比为1∶2∶2)，控制六氟二胺与酸酐类单体的摩尔比为1∶1，且每升混合溶剂中固体含量为240g，在25℃下搅拌反应1h生成聚酰胺酸产物；
(2)向步骤(1)中得到的聚酰胺酸产物中加入上述混合溶剂至聚酰胺酸的含量为7重量％，溶液粘度为250cp，然后在50℃、800r/min搅拌速度下将其注入去离子水中，再继续搅拌20min，然后用水洗涤产物，得到聚酰胺酸沉析纤维A2；
(3)将步骤(2)得到的聚酰胺酸沉析纤维通过流化床技术热亚胺化，在300℃下热亚胺化10min，得到聚酰亚胺沉析纤维B2；
(4)采用真空吸附法测得聚酰胺酸沉析纤维A2的比表面积为54m2/g，电镜测定其平均长度为1.0mm，聚酰亚胺沉析纤维B2的比表面积为49m2/g，电镜测定其平均长度为0.8mm。
制备例3
本制备例用于制备聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维。
(1)将联苯二胺溶解于N、N-二甲基乙酰胺与二甲苯按体积比为5∶1的混合溶剂中，然后加入酸酐类单体(酸酐类单体的组成为：2，3，3’，4’-联苯四酸二酐、3，3′，4，4′-二苯酮四酸二酐和3，3’，4，4’-二苯醚四酸二酐，重量比为1∶5∶1)，控制联苯二胺与酸酐类单体的摩尔比为1∶1.05，且每升混合溶剂中固体含量为300g，在5℃下搅拌反应3h生成聚酰胺酸产物；
(2)向步骤(1)中得到的聚酰胺酸产物中加入上述混合溶剂至聚酰胺酸的含量为10重量％，溶液粘度为300cp，然后在50℃、1000r/min搅拌速度下将其注入丙酮中，再继续搅拌15min，然后用水洗涤产物，得到聚酰胺酸沉析纤维A3；
(3)将步骤(2)得到的聚酰胺酸沉析纤维通过流化床技术热亚胺化，在350℃下热亚胺化5min，得到聚酰亚胺沉析纤维B3；
(4)采用真空吸附法测得聚酰胺酸沉析纤维A3的比表面积为55m2/g，电镜测定其平均长度为1.1mm，聚酰亚胺沉析纤维B3的比表面积为47m2/g，电镜测定其平均长度为0.9mm。
实施例1
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
(1)将10重量份的聚酰亚胺短切纤维(平均长度为6mm)、20重量份的聚酰亚胺导电纤维(平均长度为6mm，电阻率为0.7×10-5Ω·cm)、50重量份聚酰胺酸沉析纤维A1、2重量份聚酰亚胺沉析纤维B1和1重量份石墨烯(购自上海超骞新材料科技有限公司，片径为5.66μm)混合均匀并分散于水中；
(2)将步骤(1)得到产物依次进行湿法抄纸、辊压(压力为3MPa)和烘干(温度为80℃，时间为30min)；
(3)将步骤(2)得到产物进行热压处理，热压处理的条件为：温度为200℃，压力为2MPa，时间为30min。
实施例2
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
(1)将10重量份的聚酰亚胺短切纤维(平均长度为1mm)、10重量份的聚酰亚胺导电纤维(平均长度为10mm，电阻率为0.6×10-5Ω·cm)、1重量份聚酰亚胺沉析纤维B2和0.1重量份云母混合均匀并分散于水中；
(2)将制备例2步骤(1)得到的聚酰胺酸产物(其中聚酰胺酸为50重量份)加入混合溶剂(N、N-二甲基乙酰胺与二甲苯按体积比为7∶1)至聚酰胺酸的含量为7重量％，溶液粘度为250cp，然后在50℃、800r/min搅拌速度下将其注入上述含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰亚胺沉析纤维B2和云母的水溶液中，再继续搅拌20min，然后用水洗涤产物；
(3)将步骤(2)得到产物依次进行湿法抄纸、辊压(压力为8MPa)和烘干(温度为70℃，时间为40min)；
(4)将步骤(3)得到产物进行热压处理，热压处理的条件为：温度为400℃，压力为3MPa，时间为2min。
实施例3
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
(1)将10重量份的聚酰亚胺短切纤维(平均长度为10mm)、5重量份的聚酰亚胺导电纤维(平均长度为2mm，电阻率为0.5×10-5Ω·cm)、50重量份聚酰胺酸沉析纤维A3、1重量份聚酰亚胺沉析纤维B3和1重量份的云母混合均匀并分散于水中；
(2)将步骤(1)得到产物依次进行湿法抄纸、辊压(压力为10MPa)和烘干(温度为60℃，时间为60min)；
(3)将步骤(2)得到产物进行热压处理，热压处理的条件为：温度为300℃，压力为5MPa，时间为10min。
实施例4
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
按照实施例1的方法制备电性能可控的聚酰亚胺纸，不同的是，聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维、聚酰亚胺沉析纤维的重量比为1∶0.4∶2∶0.3。
实施例5-8
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
按照实施例1的方法制备电性能可控的聚酰亚胺纸，不同的是，聚酰亚胺短切纤维和聚酰亚胺导电纤维的重量比分别为1∶0.5，1∶0.75，1∶1.5，1∶1.8。
实施例9
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
按照实施例1的方法制备电性能可控的聚酰亚胺纸，不同的是，聚酰亚胺短切纤维与石墨烯的重量比为1∶0.002。
实施例10
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
按照实施例1的方法制备电性能可控的聚酰亚胺纸，不同的是，将石墨烯替换为空心玻璃微球。
实施例11
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
按照实施例1的方法制备电性能可控的聚酰亚胺纸，不同的是，不含有石墨烯。
实施例12
本实施例用于说明本发明的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
按照实施例1的方法制备电性能可控的聚酰亚胺纸，不同的是，聚酰亚胺导电纤维的平均长度为1mm，电阻率8×10-5Ω·cm。
对比例1
按照实施例1的方法制备电性能可控的聚酰亚胺纸，不同的是，步骤(1)中不加入聚酰胺酸沉析纤维。
对比例2
按照实施例1的方法制备电性能可控的聚酰亚胺纸，不同的是，步骤(1)中不加入聚酰亚胺导电纤维。
测试例
按照GB/T453-2002方法对聚酰亚胺纸样品进行强度测定，测定结果见下表1。
采用四探针测试仪对制备的聚酰亚胺纸进行表面电阻率的测定，测定结果见下表1。
样品耐高温性的评价方法为：将样品在300℃下放置24h后测定其强度，计算对初始强度的保持率，测定结果见下表1。
表1
将实施例1-12和对比例1-2比较可以看出，本发明的方法制备的聚酰亚胺纸能够实现电性能可控，并且其纸强度和耐高温性也较高。
本发明的方法中使用了聚酰胺酸沉析纤维，该纤维是一种全新的具有高比表面积和活性基团的聚酰胺酸纤维，其高比表面积的性能特点使其能够在聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰亚胺沉析纤维的表面起到很好的包覆和粘结作用。然后通过高温热压即可完成从聚酰胺酸到聚酰亚胺的转变，形成具有高度交联结构的聚酰亚胺纸。本发明还创造性的采用聚酰亚胺导电纤维为关键原料，通过纤维表面的金属层起到电荷传导作用，通过纤维基体起到短纤维在纸中的支撑作用，通过调整聚酰亚胺导电纤维的用量以控制聚酰亚胺纸的电性能，既兼顾了成纸的力学性能，又赋予了一定的电荷传输能力。本发明所提供的产品和制备方法，可实现对高性能聚酰亚胺纸电性能的有效调控，简化聚酰亚胺纸的生产步骤，丰富聚酰亚胺纸产品的品种形式，大幅度提高我国在高性能特种纸领域的研究水平，满足更高使用温度下对于抗静电、防电晕等电性能的特殊要求。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电性能可控的聚酰亚胺纸的制备方法，其特征在于，该方法包括：
(1)将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，或者将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，再将聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纤维，制得含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液；
(2)将步骤(1)得到产物依次进行抄纸、辊压和烘干；
(3)将步骤(2)得到产物进行热压处理。
2.根据权利要求1所述的方法，步骤(1)中，聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维、聚酰亚胺沉析纤维的重量比为1∶0.1-10∶1-10∶0.1-0.5，优选为1∶0.5-2∶3-10∶0.1-0.2。
3.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：步骤(1)得到的水溶液中还含有功能填料，优选地，聚酰亚胺短切纤维与功能填料的重量比为1∶0.01-1。
4.根据权利要求3所述的方法，所述功能填料为炭黑、石墨粉、石墨烯、碳纳米管、金属粉、云母、二氧化硅气凝胶、空心玻璃微球、氮化硼、碳化硅、氮化铝、氧化铝、氧化镁、氧化锌中的至少一种，优选为石墨烯和/或云母。
5.根据权利要求1所述的方法，所述聚酰亚胺短切纤维的平均长度为1-10mm；所述聚酰亚胺导电纤维的平均长度为2-10mm，电阻率小于10-5Ω·cm；所述聚酰胺酸沉析纤维的平均长度为0.1-10mm，比表面积为15-65m2/g；所述聚酰亚胺沉析纤维的平均长度为0.1-10mm，比表面积为15-55m2/g。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，所述搅拌条件包括：搅拌速度为300-2000r/min。
7.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，所述聚酰胺酸沉析纤维的制备方法包括：(1)将胺类单体和酸酐类单体在极性溶剂中反应生成聚酰胺酸产物；(2)将步骤(1)得到的产物稀释至聚酰胺酸浓度为1-14重量％且粘度小于500cp，然后将稀释后的溶液在搅拌条件下注入沉淀剂中，制得聚酰胺酸沉析纤维；其中，所述沉淀剂为水、乙醇、甲醇、丙酮和甲苯中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的方法，所述聚酰亚胺沉析纤维的制备方法包括：将权利要求7制得的聚酰胺酸沉析纤维进行热亚胺化，所述热亚胺化的条件包括：温度为200-400℃，时间为1-30min。
9.根据权利要求1-5中任意一项所述的方法，步骤(3)中，所述热压处理的条件包括：温度为200-400℃，压力为2-5MPa，时间为1-30min。
10.根据权利要求1-9中任意一项所述的方法制得的电性能可控的聚酰亚胺纸。
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