CN108192343A - 一种非绝缘热固性pi材料及其成型工艺 - Google Patents

一种非绝缘热固性pi材料及其成型工艺 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种非绝缘热固性PI材料及其成型工艺，所述成型工艺包括：将碳纤维粉与热固性PI粉进行混合，得到中间产物；将所述中间产物进行成型处理，得到非绝缘热固性PI材料。利用本发明成型工艺得到的非绝缘热固性PI材料尺寸大、厚度厚，且性能得到提高。此外，本发明的非绝缘热固性PI材料的成型工艺中，不需要添加任何其他辅料(如溶剂等)，且步骤简单，在提高产品的生产效率的同时，还保护了自然环境。

Description

一种非绝缘热固性PI材料及其成型工艺
技术领域
本发明涉及导电复合材料领域，特别涉及一种非绝缘热固性PI材料及其成 型工艺。
背景技术
高分子导电材料是指一类具有导电功能的聚合物材料。随着高分导电材料领 域的快速发展，这对材料的物理性能和化学性能都提出了更高的要求。
目前，非绝缘热固性PI(聚酰亚胺)材料被广泛应用在高分子导电材料领 域。非绝缘热固性PI材料是指主链上含有酰亚胺环的一类化合物，其具有优异 的电学性能以及机械性能，并且具有良好的耐化学腐蚀性。非绝缘热固性PI材 料已被广泛应用在航空、航天、微电子等高端技术领域。
通常，通过连续碳纤维、石墨以及石墨烯对热固性PI粉进行改性，从而使 得其电学性能得到提高。然而通过上述方式得到的非绝缘热固性PI材料产品尺 寸小、制造成本高昂。除此之外，由于大尺寸非绝缘热固性PI材料的成型难度 较大，对环境产生污染，还会造成产品开裂、性能不达标等问题。这些问题都对 非绝缘热固性PI材料的成型以及后期零件加工的效率产生不利影响。
因此，如何解决非绝缘热固性PI材料的产品尺寸小、制造成本高、生产效 率低、产品加工难度大、环境污染等问题，提高非绝缘热固性PI材料的综合性 能，使得其满足工业生产的要求，成为亟需解决的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种非绝缘热固性PI材料的成型工艺，包括：
A)将碳纤维粉与热固性PI粉进行混合，得到中间产物；
B)将所述中间产物进行成型处理，得到非绝缘热固性PI材料。
可选的，步骤A)中，所述碳纤维粉的质量分数为：10％-30％。
可选的，步骤A)中，所述碳纤维粉的单纤直径为：5μm-9μm，纤维长度为： 60μm-200μm。
可选的，步骤B)中，所述成型处理的方法包括模压成型或者等静压成型。
可选的，步骤B)中，所述模压成型处理的工艺参数包括：将中间产物在压 强为15Mpa-25MPa范围内，温度为375℃-405℃范围内进行热压处理。
可选的，所述模压成型处理的步骤包括：
将所述中间产物置于模具内；
对所述模具进行升温处理以及加压处理；
对所述模具进行脱模处理。
可选的，对所述模具进行升温处理以及加压处理的步骤包括：
将所述模具压力预压至5Mpa时，同时进行升温处理；
当所述模具温度达到300℃时，进行所述升温处理的同时，进行加压处理， 每升高10℃加压2Mpa-3Mpa，直至压力达到15Mpa-25Mpa；
当所述模具压力达到15Mpa-25Mpa时，停止所述加压处理，继续进行所述 升温处理，直至所述模具温度达到375℃-405℃。
可选的，对所述模具进行升温处理以及加压处理的步骤包括：
将所述模具压力预压至5Mpa时，同时进行升温处理；
当所述模具温度达到375℃-405℃时，再进行加压处理，直至压力达到 15Mpa-25Mpa。
可选的，所述脱模处理的步骤包括：
当所述模具温度达到375℃-405℃时，停止所述升温处理；
当所述模具温度降至200℃时，进行所述脱模处理。
本发明还提供一种上述技术方案所述的成型工艺得到的非绝缘热固性PI材 料。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下优点：
本发明采用碳纤维粉对热固性PI材料进行改性，碳纤维粉也叫磨碎碳纤维， 其是将高强高模碳纤维长丝经过特殊技术表面处理、研磨、显微甄别、筛选、高 温烘干后而获得的等长圆柱形微粒，由于其具有碳纤维的优良性能，通过将碳纤 维粉与热固性PI粉进行混合，得到中间产物，再将所述中间产物进行成型处理， 得到非绝缘热固性PI材料，从而使得改性后的非绝缘热固性PI材料尺寸大、厚 度厚，且性能得到提高。此外，本发明的非绝缘热固性PI材料的成型工艺中， 不需要添加任何其他辅料(如溶剂等)，且步骤简单，在提高产品的生产效率的 同时，还保护了自然环境。
可选方案中，将所述碳纤维粉的质量分数控制在10％-30％范围内，从而在 满足非绝缘热固性PI材料产品性能和尺寸要求的同时，节约了生产成本，也避 免了因为碳纤维粉的质量分数过小或者过大而导致产品性能下降的问题。
附图说明
图1是本发明实施例非绝缘热固性PI材料成型工艺的流程示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，非绝缘热固性PI材料的产品尺寸有待增大、制造成本有 待降低、环境污染问题有待缓解、生产效率以及综合性能有待提高。
分析非绝缘热固性PI材料存在上述问题的原因包括：
通常，在使用连续碳纤维对热固性PI材料进行改性的过程中，由于需要进 行冷压烧结的过程，而热固性PI粉的预浸能力较差，因此，采用这种方法无法 对热固性PI粉进行改性，以得到满足性能要求的非绝缘热固性PI材料。
在利用石墨对热固性PI粉进行改性的过程中，由于石墨的硬度较低，易团 聚，使得得到的非绝缘热固性PI材料无法满足硬度要求，其物理性能有待提高。
在利用石墨烯对热固性PI粉进行改性的过程中，由于石墨烯的成本较高， 使得非绝缘热固性PI材料的制造成本高昂。
此外，无论采用连续碳纤维、石墨还是采用石墨烯对热固性PI粉进行改性， 均需要通过冷压烧结的方式进行，需要进行多个复杂的步骤，从而导致生产效率 有待提高。而且，采用上述成型工艺制造出的非绝缘热固性PI材料的尺寸较小， 容易产生开裂、性能不达标等问题，生产过程还会对环境造成污染。
为了解决上述问题，本发明提供一种非绝缘热固性PI材料的成型工艺，先 将碳纤维粉与热固性PI粉进行混合，得到中间产物，再通过对中间产物进行成 型处理，从而得到综合性能优异的非绝缘热固性PI材料，且提高了生产效率， 节约了生产成本。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施 例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用 以解释本发明，并不用于限定本发明。
参考图1，图1示出了本发明非绝缘热固性PI材料成型工艺的流程示意图。 具体地，本发明的非绝缘热固性PI材料的成型工艺包括以下基本步骤：
A)将碳纤维粉与热固性PI粉进行混合，得到中间产物；
B)将所述中间产物进行成型处理，得到非绝缘热固性PI材料。
下面将结合附图对本发明做进一步说明。
参考图1，执行步骤A)，将碳纤维粉与热固性PI粉进行混合，得到中间产 物。
在导电复合材料领域，碳纤维粉作为先进纤维增强复合材料中最重要的增强 相之一，具有密度低，模量高、拉升强度高、优良的导电、导热性以及耐高温和 耐化学腐蚀等优点。采用碳纤维粉对热固性PI粉进行改性，不仅能够提高非绝 缘热固性PI材料的强度，而且还能够提高其耐磨损性能。碳纤维粉的价格较低， 能够节约非绝缘热固性PI材料的生产成本。
本发明中，所述适当质量分数的碳纤维粉用于对所述热固性PI粉进行改性， 在提高非绝缘热固性PI材料电学性能的同时，也保证其力学性能。所述碳纤维 粉添加的质量分数既不能过大，也不能过小。所述碳纤维粉的质量分数为 10％-30％。
在本发明中，所述碳纤维粉的单纤直径以及纤维长度既不能过大也不能过小。 所述碳纤维粉的单纤直径为：5μm-9μm，纤维长度为：60μm-200μm。为保证得 到的中间产物的质量，所述热固性PI粉优选为：P84牌号PI粉或者塑盟特 SP-260G牌号的PI粉。
参考图1，执行步骤B)，将所述中间产物进行成型处理，得到非绝缘热固性PI材料。
本发明中，所述成型处理的方法包括模压成型或者等静压成型。本发明对所 述等静压成型的方法没有特殊的限制，采用本领域人员熟知的等静压成型的技术 方案即可。
本发明中，所述模压成型处理的工艺参数优选为：将中间产物在压强为 15Mpa-25MPa范围内，温度为375℃-405℃范围内进行热压处理。
具体地，采用模压成型处理的步骤包括：将所述中间产物置于模具内；对所 述模具进行升温处理以及加压处理；对所述模具进行脱模处理。
本发明中，可以通过阶梯式升温后保温的方式进行模压成型。具体地，对所 述模具进行升温处理以及加压处理的步骤包括：将所述模具压力预压至5Mpa时， 同时进行升温处理；当所述模具温度达到300℃时，进行所述升温处理的同时， 进行加压处理，每升高10℃加压2Mpa-3Mpa，直至压力达到15Mpa-25Mpa；当 所述模具压力达到15Mpa-25Mpa时，停止所述加压处理，继续进行所述升温处 理，直至所述模具温度达到375℃-405℃。
本发明中，还可以通过一次性升温后加压的方式进行模压成型。具体地，对 所述模具进行升温处理以及加压处理的步骤包括：将所述模具压力预压至5Mpa 时，同时进行升温处理；当所述模具温度达到375℃-405℃时，再进行加压处理， 直至压力达到15Mpa-25Mpa。
本发明中，所述脱模处理的步骤包括：当所述模具温度达到375℃-405℃时， 停止所述升温处理；当所述模具温度降至200℃时，进行所述脱模处理。
本发明提供了一种采用上述技术方案所述的成型工艺得到的非绝缘热固性 PI材料。本发明提供的非绝缘热固性PI材料具有优异的综合性能，并且无开裂、 性能不达标等问题。
本发明中，所述非绝缘热固性PI材料的电性能可以达到防静电级、导电级， 其长宽尺寸均可达到280mm以上，厚度为5mm-60mm。
实施例1
1.选用单纤直径为7μm，纤维长度为80μm的碳纤维粉，P84牌号的PI粉。 将质量分数为25％的前述碳纤维粉加入至PI粉中，并通过高速搅拌机混匀，得 到中间产物粉末；
2.将上述混好的中间产物粉末倒入模具型腔内，将上模具板安装好，之后将 整个模具放到平板硫化机的下加热板上；
3.通过油缸将平板硫化机的下加热板升高，使模具上平板与平板硫化机的上 加热板相接触，并将压力预压到5MPa，同时开启程序进行升温；
4.当模框温度加热到300后℃，开始每升高10℃加压2.5MPa，直到压力增 加到20MPa；
5.当压力到达20MPa后继续升温至模框温度达到390℃，之后关闭加热，让 模具自然冷却；
6.当模框温度降至200℃后，进行脱模，得到大尺寸碳纤维粉改性的非绝缘 热固性PI材料。
根据本发明实施例1所述的成型工艺得到的非绝缘热固性PI材料，经检测， 其材料外形尺寸为440*292mm，厚度为18mm，表面电导率为1*10^3Ω。
实施例2
1.选用单纤直径为7μm，纤维长度为80μm的碳纤维粉，P84牌号的PI粉。 将质量分数为25％的前述碳纤维粉加入至PI粉中，并通过高速搅拌机混匀，得 到中间产物粉末；
2.将上述混好的中间产物粉末倒入模具型腔内，将上模具板安装好，之后将 整个模具放到平板硫化机的下加热板上；
3.通过油缸将平板硫化机的下加热板升高，使模具上平板与平板硫化机的上 加热板相接触，并将压力预压到5MPa，同时开启程序进行升温；
4.当模框温度加热到300后℃，开始每升高10℃加压2.5MPa，直到压力增 加到25MPa；
5.当压力到达25MPa后继续升温至模框温度达到390℃，之后关闭加热，让 模具自然冷却；
6.当模框温度降至200℃后，进行脱模，得到大尺寸碳纤维粉改性的非绝缘 热固性PI材料。
根据本发明实施例2所述的成型工艺得到的非绝缘热固性PI材料，经检测， 其材料外形尺寸为440*350mm，厚度为20mm，表面电导率为1*10^3Ω。
实施例3
1.选用单纤直径为7μm，纤维长度为80μm的碳纤维粉，塑盟特SP-260G牌 号的PI粉。将质量分数为25％的前述碳纤维粉加入至PI粉中，并通过高速搅拌 机混匀，得到中间产物粉末；
2.将上述混好的中间产物粉末倒入模具型腔内，将上模具板安装好，之后将 整个模具放到平板硫化机的下加热板上；
3.通过油缸将平板硫化机的下加热板升高，使模具上平板与平板硫化机的上 加热板相接触，并将压力预压到5MPa，同时开启程序进行升温；
4.当模框温度加热到390℃后，再进行加压处理，直到压力增加到18MPa；
5.当压力到达18MPa后关闭加热，让模具自然冷却；
6.当模框温度降至200℃后，进行脱模，得到大尺寸碳纤维粉改性的非绝缘 热固性PI材料。
根据本发明实施例3所述的成型工艺得到的非绝缘热固性PI材料，经检测， 其材料外形尺寸为440*292mm，厚度为18mm，表面电导率为1*10^3Ω。
实施例4
1.选用单纤直径为7μm，纤维长度为80μm的碳纤维粉，P84牌号的PI粉。 将质量分数为15％的前述碳纤维粉加入至PI粉中，并通过高速搅拌机混匀，得 到中间产物粉末；
2.将上述混好的中间产物粉末倒入模具型腔内，将上模具板安装好，之后将 整个模具放到平板硫化机的下加热板上；
3.通过油缸将平板硫化机的下加热板升高，使模具上平板与平板硫化机的上 加热板相接触，并将压力预压到5MPa，同时开启程序进行升温；
4.当模框温度加热到300后℃，开始每升高10℃加压2MPa，直到压力增加 到20MPa；
5.当压力到达20MPa后继续升温至模框温度达到380℃，之后关闭加热，让 模具自然冷却；
6.当模框温度降至200℃后，进行脱模，得到大尺寸碳纤维粉改性的非绝缘 热固性PI材料。
根据本发明实施例4所述的成型工艺得到的非绝缘热固性PI材料，经检测， 其材料外形尺寸为440*292mm，厚度为10mm，表面电导率为1*10^8Ω。
实施例5
1.选用单纤直径为7μm，纤维长度为80μm的碳纤维粉，P84牌号的PI粉。 将质量分数为15％的前述碳纤维粉加入至PI粉中，并通过高速搅拌机混匀，得 到中间产物粉末；
2.将上述混好的中间产物粉末倒入模具型腔内，将上模具板安装好，之后将 整个模具放到平板硫化机的下加热板上；
3.通过油缸将平板硫化机的下加热板升高，使模具上平板与平板硫化机的上 加热板相接触，并将压力预压到5MPa，同时开启程序进行升温；
4.当模框温度加热到300后℃，开始每升高10℃加压2MPa，直到压力增加 到25MPa；
5.当压力到达25MPa后继续升温至模框温度达到380℃，之后关闭加热，让 模具自然冷却；
6.当模框温度降至200℃后，进行脱模，得到大尺寸碳纤维粉改性的非绝缘 热固性PI材料。
根据本发明实施例5所述的成型工艺得到的非绝缘热固性PI材料，经检测， 其材料外形尺寸为440*350mm，厚度为18mm，表面电导率为1*10^8Ω。
实施例6
1.选用单纤直径为7μm，纤维长度为80μm的碳纤维粉，塑盟特SP-260G牌 号的PI粉。将质量分数为15％的前述碳纤维粉加入至PI粉中，并通过高速搅拌 机混匀，得到中间产物粉末；
2.将上述混好的中间产物粉末倒入模具型腔内，将上模具板安装好，之后将 整个模具放到平板硫化机的下加热板上；
3.通过油缸将平板硫化机的下加热板升高，使模具上平板与平板硫化机的上 加热板相接触，并将压力预压到5MPa，同时开启程序进行升温；
4.当模框温度加热到300后℃，再进行加压处理，直到压力增加到18MPa；
5.当压力到达18MPa后关闭加热，让模具自然冷却；
6.当模框温度降至200℃后，进行脱模，得到大尺寸碳纤维粉改性的非绝缘 热固性PI材料。
根据本发明实施例6所述的成型工艺得到的非绝缘热固性PI材料，经检测， 其材料外形尺寸为440*292mm，厚度为10mm，表面电导率为1*10^8Ω。
由以上实施例可知，本发明提供了一种非绝缘热固性PI材料及其成型工艺， 通过将碳纤维粉与热固性PI粉进行混合，得到中间产物，再将所述中间产物进 行成型处理，得到非绝缘热固性PI材料，从而使得改性后的非绝缘热固性PI材 料尺寸大、厚度厚，且性能得到提高。此外，本发明的非绝缘热固性PI材料的 成型工艺中，不需要添加任何其他辅料(如溶剂等)，且步骤简单，在提高产品 的生产效率的同时，还保护了自然环境。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不 脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (10)

1.一种非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，包括：
A)将碳纤维粉与热固性PI粉进行混合，得到中间产物；
B)将所述中间产物进行成型处理，得到非绝缘热固性PI材料。
2.根据权利要求1所述的非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，步骤A)中，所述碳纤维粉的质量分数为：10％-30％。
3.根据权利要求1或者2所述的非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，步骤A)中，所述碳纤维粉的单纤直径为：5μm-9μm，纤维长度为：60μm-200μm。
4.根据权利要求1所述的非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，步骤B)中，所述成型处理的方法包括模压成型或者等静压成型。
5.根据权利要求5所述的非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，步骤B)中，所述模压成型处理的工艺参数包括：将中间产物在压强为15Mpa-25MPa范围内，温度为375℃-405℃范围内进行热压处理。
6.根据权利要求6所述的非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，所述模压成型处理的步骤包括：
将所述中间产物置于模具内；
对所述模具进行升温处理以及加压处理；
对所述模具进行脱模处理。
7.根据权利要求6所述的非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，对所述模具进行升温处理以及加压处理的步骤包括：
将所述模具压力预压至5Mpa时，同时进行升温处理；
当所述模具温度达到300℃时，进行所述升温处理的同时，进行加压处理，每升高10℃加压2Mpa-3Mpa，直至压力达到15Mpa-25Mpa；
当所述模具压力达到15Mpa-25Mpa时，停止所述加压处理，继续进行所述升温处理，直至所述模具温度达到375℃-405℃。
8.根据权利要求6所述的非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，对所述模具进行升温处理以及加压处理的步骤包括：
将所述模具压力预压至5Mpa时，同时进行升温处理；
当所述模具温度达到375℃-405℃时，再进行加压处理，直至压力达到15Mpa-25Mpa。
9.根据权利要求7或者8所述的非绝缘热固性PI材料的成型工艺，其特征在于，所述脱模处理的步骤包括：
当所述模具温度达到375℃-405℃时，停止所述升温处理；
当所述模具温度降至200℃时，进行所述脱模处理。
10.一种根据权利要求1-9中任意一项所述的成型工艺得到的非绝缘热固性PI材料。
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