CN111234693B - 一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆极其制作方法，该漆包线漆组分按重量份数计包括：聚酰胺酸盐30～45份，马林酸树脂4～10份，纳米二氧化硅1.5～3份；其中，所述聚酰胺酸盐为聚酰胺酸与N,N‑二甲基乙醇胺反应所得，且二者的重量比为2:1；所述纳米二氧化硅由正硅酸乙酯制成。该制备方法包括通过聚酰胺酸盐制备聚酰亚胺树脂、制备纳米二氧化硅溶液、和将聚酰亚胺树脂于纳米二氧化硅混合制备聚酰亚胺漆溶液等步骤。本发明制备的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆，附着力强，不容易起皱，干燥迅速。另外，本发明方法简单，设备投入成本低，实现溶液法加工制备聚酰亚胺漆包线的目的，大大提升国内制备聚酰亚胺漆包线的工艺水平，具有优良的应用价值。

Description

一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆及其制备方法。
技术背景
漆包线是绕组线的一个主要品种，一般由导体和绝缘层两部组成，其应用领域包括电感线圈、电磁线圈、交直流电机、汽车工业等等。目前，我国漆包线的生产主要集中于聚酯、聚氨酯和聚酯亚胺等耐热等级较低的品种，耐热等级高的漆包线大部分依赖于国外进口。然而，漆包线大多用于大功率高负荷运行的电机，一般对漆包线的耐热绝缘性能较高，且随着我国节能环保理念的普及和电动汽车等环保产业的发展，对漆包线的需求量越来越大，同时对漆包线的性能(包括耐热性和绝缘性)的要求越来越高。因此，国内耐高温漆包线生产技术的相对欠缺，严重限制了环保产业的发展。
漆包线的耐热性及绝缘性主要取决于漆包线漆，现有的漆包线线漆根据使用温度划分为不同的耐热等级，一般要求耐高温漆包线漆的耐热温度大于180℃。目前，聚酰亚胺(PI)漆包线是耐热性最高的有机聚合物漆包线，其具有优良的耐热性，能满足220℃下长期使用的要求。同时，聚酰亚胺能耐极低温度，且具有优良的机械性能能和电学性，成为科技发展中重要的高分子材料之一。
然而，传统的PI大多采用芳香族系的二胺与四酸二配缩聚成五元酰亚胺环形成分子链，其刚性大、分子链之间作用力强，这些特点造成了聚酰亚胺难熔融，在制备漆包线漆时不能采用溶液法加工，加大漆包线生产难度。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆及其制备方法，通过对漆包线的漆的配方及制备工艺进行改进，提高漆包线的耐热及绝缘性能。具体技术方案如下：
一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆，该漆包线漆组分按重量份数计包括：
聚酰胺酸盐30～45份，
马林酸树脂4～10份，
纳米二氧化硅1.5～3份，
其中：所述聚酰胺酸盐为聚酰胺酸与N,N-二甲基乙醇胺反应所得，且二者的重量比为2:1；所述纳米二氧化硅由正硅酸乙酯制成。
前述的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，包括如下步骤：
1)制备聚酰胺酸盐：首先将聚酰胺酸与极性溶液混合形成聚酰胺酸溶液，然后在氮气保护的情况下将N,N-二甲基乙醇胺逐步加入到聚酰胺酸溶液中，搅拌1～1.5h，直至最终形成均一黄色的溶液，然后将该均黄色溶液加入丙酮溶液中沉淀，再将获得的沉淀物真空干燥后，获得聚酰胺酸盐；
2)制备聚酰亚胺树脂溶液：将步骤1)制得的聚酰胺酸盐再次加入极性溶液，搅拌至完全溶解，加入脱水剂和催化剂，将酰亚胺化获得聚酰亚胺；然后加入马林酸树脂，并继续搅拌至完全溶解，形成聚酰亚胺树脂溶液；
3)制备纳米二氧化硅溶液：首选将正硅酸乙酯加入无水乙醇，磁力搅拌至混合均匀，然后加入一定量的氨水，高速搅拌2h至溶液呈乳白色，再继续低温搅拌混合24h；然后离心洗涤，将得到的沉淀物，在去离子水中分散保存，即获得纳米二氧化硅溶液；
4)制备聚酰亚胺漆溶液：将步骤3)制得的纳米二氧化硅溶液与步骤2)中制备的聚酰胺树脂溶液混合，加入适量的偶联剂调节两者的相容性，并加入有机溶剂调节溶液的固含量和黏度，即获得耐高温绝缘聚酰亚胺漆。
作为优选的技术方案的，步骤1)和2)中，所述的极性溶液为DMAc溶液；所述的搅拌速度均为300～500rpm。
作为优选的技术方案的，步骤2)中，所述脱水剂为酸酐，所述催化剂为叔胺类物质，例如吡啶、三乙胺等。
作为优选的技术方案的，步骤3)中，所述正硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1：20～35；所述高速搅拌转速为3000～5000rpm；所述低温搅拌的温度为0～4℃。
作为优选的技术方案的，步骤4)中，所述纳米二氧化硅溶液与聚酰胺树脂溶液混合的体积比为1：20～35；所述偶联剂为正硅烷偶联剂，所述有机溶剂为松香。
作为进一步优选的技术方案的，所述的正硅烷偶联剂为氨基硅烷、环氧硅烷、硫基硅烷、巯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷中的一种。
前述的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，步骤4)中，所述耐高温绝缘聚酰亚胺漆的总固含量为15～30％，35℃下粘度为1.5～3.0dl/g。
本发明的有益效果是：
本发明制备的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆，加入的马林酸树脂使漆包线上漆时附着力增加，且不容易不起皱，能迅速干燥，增加漆包线的耐水、耐热、耐磨及绝缘性；加入的纳米二氧化硅极大的提升了漆包线的光学及力学性能，并进一步提升其耐热性，耐高温的温度达400℃。另外，本发明方法简单，设备投入成本低，且克服聚酰亚胺难溶的缺点，实现溶液法加工制备聚酰亚胺漆包线的目的，大大提升国内制备聚酰亚胺漆包线的工艺水平，具有优良的应用价值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1～3为制备耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆，实施例4为效果例。
实施例1
本实施例是制备一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆，该漆包线漆组分按重量份数计包括：聚酰胺酸盐30份，马林酸树脂4份，纳米二氧化硅1.5份，其中：所述聚酰胺酸盐为聚酰胺酸与N,N-二甲基乙醇胺反应所得，且二者的重量比为2:1；所述纳米二氧化硅由正硅酸乙酯制成。
具体的制备方法，包括如下步骤：
1)制备聚酰胺酸盐：首先将聚酰胺酸与极性溶液DMAc混合形成聚酰胺酸溶液，然后在氮气保护的情况下将N,N-二甲基乙醇胺逐步加入到聚酰胺酸溶液中，300rpm速度下搅拌1h，直至最终形成均一黄色的溶液，然后将该均黄色溶液加入丙酮溶液中沉淀，再将获得的沉淀物真空干燥后，获得聚酰胺酸盐，备用。
2)制备聚酰亚胺树脂溶液：将步骤1)制得的聚酰胺酸盐再次加入DMAc溶液，300rpm速度下搅拌至完全溶解，加入酸酐作为脱水剂，加入叔胺类物质(例如吡啶、三乙胺等)作为催化剂，进行环化缩合，获得聚酰亚胺；然后再加入马林酸树脂，并继续以300rpm的速度搅拌至完全溶解，形成聚酰亚胺树脂溶液，备用。
3)制备纳米二氧化硅溶液：首选将正硅酸乙酯加入无水乙醇，所述纳米二氧化硅溶液与聚酰胺树脂溶液混合的体积比为1：20；磁力搅拌至混合均匀，搅拌转速为3000rpm；然后加入一定量的氨水，以3000rpm高速搅拌2h至溶液呈乳白色，再继续在0℃条件下低温搅拌混合24h；然后离心洗涤，将得到的沉淀物保存在去离子水中分散，即获得纳米二氧化硅溶液，备用。
4)制备聚酰亚胺漆溶液：将步骤3)制得的纳米二氧化硅溶液与步骤2)中制备的聚酰胺树脂溶液混合，加入适量的偶联剂调节两者的相容性，偶联剂优选为正硅烷偶联剂，选自氨基硅烷、环氧硅烷、硫基硅烷、巯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷中的一种；并加入有机溶剂松香调节溶液的固含量和黏度，即获得耐高温绝缘聚酰亚胺漆，该耐高温绝缘聚酰亚胺漆的总固含量为15％，35℃下粘度为1.73dl/g。
实施例2
本实施例也是制备一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆，该漆包线漆组分按重量份数计包括：聚酰胺酸盐40份，马林酸树脂7份，纳米二氧化硅2份。与实施例1一样，所述聚酰胺酸盐为聚酰胺酸与N,N-二甲基乙醇胺反应所得，且二者的重量比为2:1；所述纳米二氧化硅由正硅酸乙酯制成。
其制备方法同实施例1，具体为
1)制备聚酰胺酸盐：首先将聚酰胺酸与极性溶液DMAc混合形成聚酰胺酸溶液，然后在氮气保护的情况下将N,N-二甲基乙醇胺逐步加入到聚酰胺酸溶液中，400rpm速度下搅拌1.5h，直至最终形成均一黄色的溶液，然后将该均黄色溶液加入丙酮溶液中沉淀，再将获得的沉淀物真空干燥后，获得聚酰胺酸盐，备用。
2)制备聚酰亚胺树脂溶液：将步骤1)制得的聚酰胺酸盐再次加入DMAc溶液，350rpm速度下搅拌至完全溶解，加入酸酐作为脱水剂，加入叔胺类物质(例如吡啶、三乙胺等)作为催化剂，进行环化缩合，获得聚酰亚胺；然后再加入马林酸树脂，并继续以350rpm的速度搅拌至完全溶解，形成聚酰亚胺树脂溶液，备用。
3)制备纳米二氧化硅溶液：首选将正硅酸乙酯加入无水乙醇，所述纳米二氧化硅溶液与聚酰胺树脂溶液混合的体积比为1：30；磁力搅拌至混合均匀，搅拌转速为3500rpm；然后加入一定量的氨水，以3500rpm高速搅拌2h至溶液呈乳白色，再继续在2℃条件下低温搅拌混合24h；然后离心洗涤，将得到的沉淀物保存在去离子水中分散，即获得纳米二氧化硅溶液，备用。
4)制备聚酰亚胺漆溶液：将步骤3)制得的纳米二氧化硅溶液与步骤2)中制备的聚酰胺树脂溶液混合，加入适量的偶联剂调节两者的相容性，偶联剂优选为正硅烷偶联剂，选自氨基硅烷、环氧硅烷、硫基硅烷、巯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷中的一种；并加入有机溶剂松香调节溶液的固含量和黏度，即获得耐高温绝缘聚酰亚胺漆，该耐高温绝缘聚酰亚胺漆的总固含量为20％，35℃小粘度为1.97dl/g。
实施例3
本实施例也是制备一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆，该漆包线漆组分按重量份数计包括：聚酰胺酸盐45份，马林酸树脂10份，纳米二氧化硅3份。与实施例1一样，所述聚酰胺酸盐为聚酰胺酸与N,N-二甲基乙醇胺反应所得，且二者的重量比为2:1；所述纳米二氧化硅由正硅酸乙酯制成。
其制备方法同实施例1，具体为
1)制备聚酰胺酸盐：首先将聚酰胺酸与极性溶液DMAc混合形成聚酰胺酸溶液，然后在氮气保护的情况下将N,N-二甲基乙醇胺逐步加入到聚酰胺酸溶液中，500rpm速度下搅拌1.5h，直至最终形成均一黄色的溶液，然后将该均黄色溶液加入丙酮溶液中沉淀，再将获得的沉淀物真空干燥后，获得聚酰胺酸盐，备用。
2)制备聚酰亚胺树脂溶液：将步骤1)制得的聚酰胺酸盐再次加入DMAc溶液，500rpm速度下搅拌至完全溶解，加入酸酐作为脱水剂，加入叔胺类物质(例如吡啶、三乙胺等)作为催化剂，进行环化缩合，获得聚酰亚胺；然后再加入马林酸树脂，并继续以500rpm的速度搅拌至完全溶解，形成聚酰亚胺树脂溶液，备用。
3)制备纳米二氧化硅溶液：首选将正硅酸乙酯加入无水乙醇，所述纳米二氧化硅溶液与聚酰胺树脂溶液混合的体积比为1：30；磁力搅拌至混合均匀，搅拌转速为5000rpm；然后加入一定量的氨水，以5000rpm高速搅拌2h至溶液呈乳白色，再继续在4℃条件下低温搅拌混合24h；然后离心洗涤，将得到的沉淀物保存在去离子水中分散，即获得纳米二氧化硅溶液，备用。
4)制备聚酰亚胺漆溶液：将步骤3)制得的纳米二氧化硅溶液与步骤2)中制备的聚酰胺树脂溶液混合，加入适量的偶联剂调节两者的相容性，偶联剂优选为正硅烷偶联剂，选自氨基硅烷、环氧硅烷、硫基硅烷、巯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷中的一种；并加入有机溶剂松香调节溶液的固含量和黏度，即获得耐高温绝缘聚酰亚胺漆，该耐高温绝缘聚酰亚胺漆的总固含量为28％，35℃小粘度为2.21dl/g。
实施例4效果例
本实施例是将实施例1～3制备的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆，采用的相同的涂漆工艺将其包覆在规格相同的铜芯线上，然后根据GB/T27749-2011进行热冲击试验，测定其耐热等级，并根据HG/T3330-2012，测定其绝缘漆漆膜击穿强度，并与市场购买的国内现有的聚酰亚胺漆包线和进口的聚酰亚胺漆包线产品比较。结果如表1所示：
表1.耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆测验结果
Figure BDA0002407753630000081
由上述表可以看出，本发明方法制得的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线耐温性和绝缘性均优于国内现有产品，并且部分产品的性能可超过进口产品，耐高温及绝缘效果均良好。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非只包含一个的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：
该漆包线漆组分按重量份数计包括：
聚酰胺酸盐30～45份，
马林酸树脂4～10份，
纳米二氧化硅1.5～3份，
其中：所述聚酰胺酸盐为聚酰胺酸与N,N-二甲基乙醇胺反应所得，且二者的重量比为2:1；所述纳米二氧化硅由正硅酸乙酯制成；
该漆包线漆的制备方法包括如下步骤：
1）制备聚酰胺酸盐：首先将聚酰胺酸与极性DMAc溶液混合形成聚酰胺酸溶液，然后在氮气保护的情况下将N,N-二甲基乙醇胺逐步加入到聚酰胺酸溶液中，搅拌1～1.5h，直至最终形成均一黄色的溶液，然后将该均一黄色溶液加入丙酮溶液中沉淀，再将获得的沉淀物真空干燥后，获得聚酰胺酸盐；
2）制备聚酰亚胺树脂溶液：将步骤1）制得的聚酰胺酸盐再次加入极性DMAc溶液，搅拌至完全溶解，搅拌速度均为300～500rpm，加入脱水剂和催化剂，将酰亚胺化获得聚酰亚胺；然后加入马林酸树脂，并继续搅拌至完全溶解，形成聚酰亚胺树脂溶液；
3）制备纳米二氧化硅溶液：首选将正硅酸乙酯加入无水乙醇，正硅酸乙酯与无水乙醇的体积比为1：20～35，磁力搅拌至混合均匀，然后加入一定量的氨水，高速搅拌2h至溶液呈乳白色，再继续低温搅拌混合24h；然后离心洗涤，将得到的沉淀物，在去离子水中分散保存，即获得纳米二氧化硅溶液；
4）制备聚酰亚胺漆溶液：将步骤3）制得的纳米二氧化硅溶液与步骤2）中制备的聚酰胺树脂溶液混合，纳米二氧化硅溶液与聚酰胺树脂溶液混合的体积比为1：20～35；加入适量的偶联剂调节两者的相容性，并加入有机溶剂调节溶液的固含量和黏度，即获得耐高温绝缘聚酰亚胺漆。
2.根据权利要求1所述的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：步骤2）中，所述脱水剂为酸酐，所述催化剂为叔胺类物质。
3.根据权利要求1所述的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：步骤3）中，所述高速搅拌转速为3000～5000rpm；所述低温搅拌的温度为0～4℃。
4.根据权利要求1所述的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：步骤4）中，所述偶联剂为正硅烷偶联剂，所述有机溶剂为松香。
5.根据权利要求4所述的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：所述的正硅烷偶联剂为氨基硅烷、环氧硅烷、硫基硅烷、巯基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷、乙烯基硅烷中的一种。
6.根据权利要求1所述的耐高温绝缘聚酰亚胺漆包线漆的制备方法，其特征在于：步骤4）中，所述耐高温绝缘聚酰亚胺漆的总固含量为15～30%，35℃下粘度为1.5～3.0dl/g。
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