CN112342832A - 一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法 - Google Patents

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Abstract

以芳砜纶纤维为基础制备绝缘材料的过程中容易出现在纤维分散过程中团聚、不均匀的问题，为解决该问题，本发明提出一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法：(1)将芳砜纶沉析纤维与芳纶短切纤维按比例混合，打浆疏解得到混合浆料；(2)对混合浆料进行湿法抄造处理，得到湿纸；(3)湿纸经压榨脱水、烘干，高温压光处理得到成品绝缘纸。通过引入杂环芳纶短切纤维，增加了纤维的极性，既解决了纤维分散过程中易团聚、不均匀的问题，节省分散时间，又使绝缘纸性能得到提升，扩大了其应用领域。

Description

一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法
技术领域
本发明涉及一种芳香族聚酰胺绝缘材料的制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
随着世界范围内各类电器的普及使用，对电器制造中所需的绝缘材料的需求也剧增，芳砜纶因其优良的热稳定性、耐燃性、电绝缘性、耐老化性、耐辐射性、耐酸碱性，被作为耐高温绝缘材料广泛应用于电机、电晕机、变压器、电缆等需要耐高温绝缘的领域。中国专利CN201010256037.2公布了一种芳砜纶绝缘纸的制造方法，该发明包括芳砜纶沉析纤维浆粕的制备和长纤维浆粕的制备，沉析纤维浆粕与长纤维浆粕再经过抄纸过程和热压熔接过程制成芳砜纶绝缘纸。以芳砜纶纤维为基础制备绝缘材料的过程中容易出现在纤维分散过程中团聚、不均匀的问题，因而制备出的产品性能将出现缺陷，应用领域也受到限制。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提出一种新型芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法。
本发明的具体步骤为：
(1)将芳砜纶沉析纤维与芳纶短切纤维按比例混合，打浆疏解得到混合浆料；
(2)对混合浆料进行湿法抄造处理，得到湿纸；
(3)湿纸经压榨脱水、烘干、高温压光处理得到成品绝缘纸。
本发明的上述技术方案特别选用芳纶短切纤维替代传统的芳砜纶长纤维与芳砜纶沉析纤维进行组合来制备绝缘纸，解决制浆时纤维分散过程中团聚、不均匀问题。
上述的制备方法中，步骤(1)中所述芳纶短切纤维优选是杂环芳纶短切纤维；更优选的，杂环芳纶短切纤维的分子结构式如下：
Figure BDA0002761393620000011
其中n的取值范围为：200-3000。
由于上述分子结构式的杂环芳纶短切纤维的纤维极性较强，使得混合纤维整体的极性增加，提高了其亲水性能，使得在制浆过程中分散得更快更均匀；另外杂环芳纶短纤维相比长纤维也更容易分散在水溶液中，大大降低了分散时间，工艺得以优化，一定程度降低了生产成本。
上述的制备方法中，优选的，杂环芳纶短切纤维是由带有咪唑结构的芳香族二胺部分替代间苯二胺与间苯二甲酰氯在溶液中聚合得到纺丝原液，再进行湿法纺丝得到的杂环芳纶短切纤维。
杂环芳纶短切纤维采用带有咪唑结构的芳香族二胺部分替代间苯二胺与间苯二甲酰氯在溶液聚合制得的方法，对设备要求低，制备出树脂溶液可直接用于湿法纺丝，不需要另外加工，成本相应降低。同时由于杂环芳纶强的分子间作用力制备出的绝缘纸性电绝缘性、抗张强度、阻燃性都得到提升，扩大了绝缘纸应用领域。
上述制备方法中，优选的，步骤(1)中芳砜纶沉析纤维占总纤维重量的20～70％，其余为杂环芳纶短切纤维。
杂环芳纶短切纤维的加入能够改善绝缘纸制备过程中的团聚现象，在该重量配比范围下制得的绝缘纸除了解决了制浆过程中纤维分散过程中易出现团聚、不均匀的问题，还明显改善了绝缘纸的热稳定性、阻燃性与绝缘性能。
上述制备方法中，优选的，步骤(1)中混合浆料的混合纤维质量浓度为0.5～3‰。
上述制备方法中，优选的，步骤(1)中所述打浆疏解是将调配好的混合纤维液在高速水力碎浆机中搅拌20～60min。其他设备在能满足碎浆要求情况下也能选用；物料在碎浆机中的搅拌时间一般越长越好，但是考虑成本，选用搅拌20～60min既符合打浆需要又比较符合经济性原则。
上述制备方法中，优选的，步骤(2)对混合浆料进行湿法抄造处理时采用的设备为两层或者三层的斜网成形器。该种纸张成型设备能实现全过程浆网速差均衡，保证原先浆料中均匀分布的纤维排列方向不被冲击改变，从而进一步保障了制备出的绝缘纸厚度均匀和各项性能优良。
上述制备方法中，优选的，步骤(3)中所述压榨脱水环节的线压力为2～5kg/cm。
上述制备方法中，优选的，步骤(3)中所述烘干的温度为105～150℃。
上述制备方法中，优选的，步骤(3)中所述高温压光环节的温度为200～350℃，线压力为3～4kg/cm。
通过对线压力及温度等工艺参数的优化，能够更好地配合本发明混合浆料制备得到的湿纸进行后续的压光和后处理，得到品质更高的绝缘纸。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过引入杂环芳纶短切纤维，增加了纤维的极性，极大的提高了纤维的亲水性能，因此在制浆过程中能更好的与芳砜纶沉析纤维混合均匀，解决了芳砜纶纤维在纤维分散过程中易出现团聚、不均匀的问题；节省分散时间，降低了对设备的要求，增加了工业可行性。另外由于杂环芳纶分子间强的相互作用力，带有杂环结构的芳砜纶绝缘纸，性能得到很大提升，扩大了其应用领域。绝缘性、阻燃性以及耐热稳定性都有较大提升；电击穿强度最高能达到13.2kV/mm，极限氧指数最高能达到42％，800℃残留率能达到50％以上。
附图说明
图1是本发明带有杂环芳纶短切纤维的分子结构式。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例1
一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法：
将芳砜纶沉析纤维和杂环芳纶短切纤维按照2︰8的比例称量好后，进入调配池中混合，用清水调配成质量浓度为1‰混合液，然后在高速水力碎浆机中搅拌20min。上三层斜网抄造成型，得到湿纸，然后经过滚轴线压力为2kg/cm压榨脱水后，在105℃下进行烘干处理，最后在滚轴温度为220℃、线压力为3kg/cm进行压光得到成品绝缘纸。成品纸的性能检测结果如表1所示。杂环芳纶短切纤维的分子结构式如图1所示，此处选用的是其不同聚合度下的混合物。
表1成品纸的性能检测结果
Figure BDA0002761393620000031
Figure BDA0002761393620000041
实施例2
一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法：
将芳砜纶沉析纤维和杂环芳纶短切纤维按照4︰6的比例称量好后，进入调配池中混合，用清水调配成质量浓度为1‰混合液，然后在高速水力碎浆机中搅拌20min。上三层斜网抄造成型，得到湿纸，然后经过滚轴线压力为2kg/cm压榨脱水后，在105℃下进行烘干处理，最后在滚轴温度为220℃、线压力为3kg/cm进行压光得到成品绝缘纸。成品纸的性能检测结果如表2所示。杂环芳纶短切纤维的分子结构式如图1所示，此处选用的是其不同聚合度下的混合物。
表2成品纸的性能检测结果
Figure BDA0002761393620000042
实施例3
一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法：
将芳砜纶沉析纤维和杂环芳纶短切纤维按照5︰5的比例称量好后，进入调配池中混合，用清水调配成质量浓度为1‰混合液，然后在高速水力碎浆机中搅拌20min。上三层斜网抄造成型，得到湿纸，然后经过滚轴线压力为2kg/cm压榨脱水后，在105℃下进行烘干处理，最后在滚轴温度为220℃、线压力为3kg/cm进行压光得到成品绝缘纸。成品纸的性能检测结果如表3所示。杂环芳纶短切纤维的分子结构式如图1所示，此处选用的是其不同聚合度下的混合物。
表3成品纸的性能检测结果
Figure BDA0002761393620000043
Figure BDA0002761393620000051
实施例4
一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法：
将芳砜纶沉析纤维和杂环芳纶短切纤维按照6︰4的比例称量好后，进入调配池中混合，用清水调配成质量浓度为1‰混合液，然后在高速水力碎浆机中搅拌20min。上三层斜网抄造成型，得到湿纸，然后经过滚轴线压力为2kg/cm压榨脱水后，在105℃下进行烘干处理，最后在滚轴温度为220℃、线压力为3kg/cm进行压光得到成品绝缘纸。成品纸的性能检测结果如表4所示。杂环芳纶短切纤维的分子结构式如图1所示，此处选用的是其不同聚合度下的混合物。
表4成品纸的性能检测结果
Figure BDA0002761393620000052
实施例5
一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法：
将芳砜纶沉析纤维和杂环芳纶短切纤维按照7︰3的比例称量好后，进入调配池中混合，用清水调配成质量浓度为1‰混合液，然后在高速水力碎浆机中搅拌20min。上三层斜网抄造成型，得到湿纸，然后经过滚轴线压力为2kg/cm压榨脱水后，在105℃下进行烘干处理，最后在滚轴温度为220℃、线压力为3kg/cm进行压光得到成品绝缘纸。成品纸的性能检测结果如表5所示。杂环芳纶短切纤维的分子结构式如图1所示，此处选用的是其不同聚合度下的混合物。
表5成品纸的性能检测结果
Figure BDA0002761393620000061
上述实施例1-5的芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法中，杂环芳纶短切纤维是由带有咪唑结构的芳香族二胺部分替代间苯二胺与间苯二甲酰氯在溶液聚合得到纺丝原液，再进行湿法纺丝得到的如图1所示的杂环芳纶短切纤维。
对比例
一种芳砜纶绝缘纸的制备方法：
将芳砜纶沉析纤维和芳砜纶长纤维按照5︰5的比例称量好后，进入调配池中混合，用清水调配成质量浓度为1‰混合液，然后在高速水力碎浆机中搅拌20min。上三层斜网抄造成型，得到湿纸，然后经过滚轴线压力为2kg/cm压榨脱水后，在105℃下进行烘干处理，最后在滚轴温度为220℃、线压力为3kg/cm进行压光得到成品绝缘纸。成品纸的性能检测结果如表6所示。
表6成品纸的性能检测结果
Figure BDA0002761393620000062
Figure BDA0002761393620000071

Claims (10)

1.一种芳香族聚酰胺绝缘纸的制备方法，其特征在于，其制备方法包含以下步骤：
(1)将芳砜纶沉析纤维与芳纶短切纤维按比例混合，打浆疏解得到混合浆料；
(2)对混合浆料进行湿法抄造处理，得到湿纸；
(3)湿纸经压榨脱水、烘干、高温压光处理得到成品绝缘纸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述芳纶短切纤维是杂环芳纶短切纤维，杂环芳纶短切纤维的分子结构式如下：
Figure FDA0002761393610000011
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：n的取值范围为200-3000。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述杂环芳纶短切纤维是由带有咪唑结构的芳香族二胺部分替代间苯二胺与间苯二甲酰氯在溶液中聚合得到纺丝原液，再进行湿法纺丝得到。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中所述芳砜纶沉析纤维占总纤维重量的20～70％，其余为杂环芳纶短切纤维。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中所述混合浆料的混合纤维质量浓度为0.5～3‰。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤(1)中所述打浆疏解是将调配好的混合纤维液在高速水力碎浆机中搅拌20～60min。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤(2)中对混合浆料进行湿法抄造处理时采用的设备为两层或者三层的斜网成形器。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中所述压榨脱水环节的线压力为2～5kg/cm：在步骤(3)中所述烘干时的温度为105～150℃。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于：在步骤(3)中所述高温压光环节的温度为200～350℃，线压力为3～4kg/cm。
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