CN113461994A - 一种航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜、制备方法及其应用 - Google Patents

一种航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜、制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜、制备方法及其应用，包括：聚酰亚胺绝缘基层、含氟聚合物绝缘保护层和带识别的功能连接层，所述聚酰亚胺绝缘基层的两侧分别复合第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层。通过上述方式，本发明集优异的耐热性能、机械性能、电气性能、防水、防油、耐刮擦、耐化学腐蚀等特性于一体，尺寸稳定，有良好的粘结特性，阻燃性能达到UL94 V‑0等级，整体柔韧性好；突破高性能聚酰亚胺和含氟聚合物材料的基础性能，可应用于航空航天线缆和极端环境的电线电缆。

Description

一种航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜、 制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及复合材料领域，特别是涉及一种航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜、制备方法及其应用。
背景技术
随着航空航天事业的发展，绕包线线缆的国产化需求也越来越紧迫。航空航天线缆内层绝缘为高性能聚酰亚胺/含氟聚合物复合薄膜，外层为聚四氟乙烯生带。影响此系列航空航天线缆性能的一个重要因素就是高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜材料的选择。目前，我国高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜材料主要依赖进口。
聚酰亚胺（PI）作为特种工程塑料的一种，拥有优异的力学性能，耐温等性能，但聚酰亚胺作为电气绝缘材料，其表面能低，缺乏自粘性，在潮湿环境下抗水解性能差；另外聚酰亚胺介电常数在3-3.5，只能应用在普通绝缘领域，并不适用于航空航天线缆和极端环境的电线电缆等特殊领域。
现有技术缺陷和不足：
1、为了获得高电气绝缘性能、低介电常数、低介电损耗和耐水解性聚酰亚胺复合材料，大多数采用在聚酰亚胺分子骨架中引入甲基封端或者氟原子，在获得低介电常数和低介电损耗的同时，影响聚酰亚胺薄膜的力学性能，并且工艺复杂、其制备成本高。
2、直接采用氢氧化钠等碱处理技术对聚酰亚胺薄膜表面进行处理，含氟聚合物乳液（如聚四氟乙烯PTFE、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物FEP、全氟丙基全氟乙烯基醚-聚四氟乙烯共聚物PFA、乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE一种或者多种成份）的厚度难以达到预期的负载厚度。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜、制备方法及其应用，能够解决了聚酰亚胺薄膜表面能低，缺乏自粘性，在潮湿环境下抗水解性能差等缺点，并克服含氟聚合物与聚酰亚胺复合工艺困难，复合体系粘接性强；耐刮擦性能优异，整体柔韧性好，适合应用于航空航天线缆和极端环境的电线电缆。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜，包括：聚酰亚胺绝缘基层和含氟聚合物绝缘保护层，所述聚酰亚胺绝缘基层的两侧分别复合第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层。对聚酰亚胺绝缘基层起到防护、防水、防油、耐热、耐化学腐蚀和抗水解作用。
在本发明一个较佳实施例中，绝缘复合薄膜的厚度为30μm～300μm，其中聚酰亚胺绝缘基层厚度为15～100μm，第一含氟聚合物保护层厚度为2μm～100μm，第二含氟聚合物保护层厚度为12μm～100μm；第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层为成分、厚度一致的对称结构或成分、厚度不一致的非对称结构。绝缘复合薄膜耐电压强度≥177kV/mm。在1KHZ条件下，介电常数达到2～2.5，介电损耗正切值≤0.01。拉伸强度≥140MPa，断裂伸长率≥60%，拉伸模量≥2758MPa。
在本发明一个较佳实施例中，第一含氟聚合物绝缘保护层包括聚四氟乙烯PTFE、聚四氟乙烯/四氟乙烯-六氟丙烯共聚物PTFE/FEP复合材料、聚四氟乙烯/全氟丙基全氟乙烯基醚-聚四氟乙烯共聚物PTFE/PFA复合材料、聚四氟乙烯/乙烯-四氟乙烯共聚物PTFE/ETFE复合材料和聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯PTFE/PVDF一种或多种材料复合。
在本发明一个较佳实施例中，第二含氟聚合物绝缘保护层包括聚四氟乙烯PTFE、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物FEP、全氟丙基全氟乙烯基醚-聚四氟乙烯共聚物PFA和乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE一种或者多种材料复合。
在本发明一个较佳实施例中，其制备方法包括以下步骤：
（1）利用表面电晕处理技术和表面化学功能化修饰技术对聚酰亚胺薄膜进行表面官能化处理，制得表面氨基化的聚酰亚胺绝缘基层；
（2）对聚酰亚胺绝缘基层两侧表面进行一种或多种复配含氟聚合物乳液涂敷，分别形成第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层；
（3）经低温干燥、溶剂挥发和高温烧结固化第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层，提高含氟聚合物乳液与官能化聚酰亚胺绝缘基层的结合力，制成多种层状组合结构的聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中含氟聚合物乳液涂覆的速度为8-15m/min，单位面积含量为20-30g/m2，通过控制速度和单位面积含量来调整含氟聚合物绝缘保护层的克重和厚度。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中，干燥和烧结温度为梯度温度为80～380℃，能够增加含氟聚合物乳液在官能化聚酰亚胺绝缘基层上的附着力和负载量。
在本发明一个较佳实施例中，第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层的外层或涂覆有带识别的功能连接层，分别为第一带识别的功能连接层和第二带识别的功能连接层。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜的应用，用于航空航天的线缆和极端环境的电线电缆，其中，第一带识别的功能连接层用于绕包铜或镀银、铜导体，第二带识别的功能连接层用于绕包其他绝缘层。
在本发明一个较佳实施例中，第一、第二带识别的功能连接层为不同颜色的自带粘结性能的连接层。起到调节两侧含氟聚合物绝缘保护层对铜或镀银铜导体和外层绕包其他绝缘层粘结性变化的作用。
本发明的有益效果是：本发明集优异的耐热性能、机械性能、电气性能、防水、防油、耐刮擦、耐化学腐蚀等特性于一体，尺寸稳定，有良好的粘结特性，阻燃性能达到UL94V-0等级，整体柔韧性好；突破高性能聚酰亚胺和含氟聚合物材料的基础性能，可应用于航空航天线缆和极端环境的电线电缆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜一较佳实施例的结构示意图；
图2是图1所示航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜应用时的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜，包括：聚酰亚胺绝缘基层1和含氟聚合物绝缘保护层，所述聚酰亚胺绝缘基层1的两侧分别复合第一含氟聚合物绝缘保护层2和第二含氟聚合物绝缘保护层3。
绝缘复合薄膜6的厚度为30μm～300μm，其中聚酰亚胺绝缘基层1厚度为15～100μm，第一含氟聚合物保护层2厚度为2μm～100μm，第二含氟聚合物保护层3厚度为12μm～100μm；第一含氟聚合物绝缘保护层2和第二含氟聚合物绝缘保护层3为成分、厚度一致的对称结构或成分、厚度不一致的非对称结构。
第一含氟聚合物绝缘保护层2和第二含氟聚合物绝缘保护层3的外层或涂覆有带识别的功能连接层，分别为第一带识别的功能连接层4和第二带识别的功能连接层5。第一带识别的功能连接层4用于绕包铜或镀银、铜导体7，第二带识别的功能连接层5用于绕包其他绝缘层8。
第一含氟聚合物绝缘保护层2包括聚四氟乙烯PTFE、聚四氟乙烯/四氟乙烯-六氟丙烯共聚物PTFE/FEP复合材料、聚四氟乙烯/全氟丙基全氟乙烯基醚-聚四氟乙烯共聚物PTFE/PFA复合材料、聚四氟乙烯/乙烯-四氟乙烯共聚物PTFE/ETFE复合材料和聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯PTFE/PVDF一种或多种材料复合。
第二含氟聚合物绝缘保护层3包括聚四氟乙烯PTFE、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物FEP、全氟丙基全氟乙烯基醚-聚四氟乙烯共聚物PFA和乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE一种或者多种材料复合。
本发明的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜的制备方法包括以下实施例：
实施列1：
将厚度为25μm的聚酰亚胺膜，利用表面电晕处理技术和表面功能化修饰技术对聚酰亚胺薄膜进行表面官能化处理，制备表面氨基化聚酰亚胺绝缘基层1，提高PI薄膜表面能，达到38mN/m。
采用高精密表面涂敷机对官能化聚酰亚胺绝缘基层进行PTFE水性乳液涂敷、固化和烧结复合。设计干燥和烧结温度为梯度温度（80～380℃）。通过控制高精密表面涂敷机的在线涂层线速度（20m/min）和单位面积含量（12.5g/m2）来调整涂层的克重和厚度。制备得第一含氟聚合物保护层2厚度为6μm，第二含氟聚合物保护层3厚度为6μm。
应用时如图2所示，将制备的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜中第一含氟聚合物保护层2外的第一带识别的功能连接层4对着铜或镀银铜导体7进行绕包，第二含氟聚合物保护层3外的第二带识别的功能连接层5对着其他绝缘层8。
实施列2：
将厚度为25μm的聚酰亚胺膜，利用表面电晕处理技术和表面功能化修饰技术对聚酰亚胺薄膜进行表面官能化处理，制备表面氨基化聚酰亚胺绝缘基层1，提高PI薄膜表面能，达到38mN/m。
采用高精密表面涂敷机对官能化聚酰亚胺绝缘基层进行PTFE水性乳液涂敷、固化和烧结复合。设计干燥和烧结温度为梯度温度（80～380℃）。通过控制高精密表面涂敷机的在线涂层线速度（10m/min）和单位面积含量（25g/m2）来调整涂层的克重和厚度。制备得第一含氟聚合物保护层2厚度为12.5μm，第二含氟聚合物保护层3厚度为12.5μm。
应用时，将制备的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜中第二含氟聚合物保护层3外的第二带识别的功能连接层5对着铜或镀银铜导体7进行绕包，第一含氟聚合物保护层2外的第一带识别的功能连接层4对着其他绝缘层8，图未示。
综上所述，本发明对聚酰亚胺绝缘基层赋予复合薄膜力学性能和电气绝缘性能的作用。两侧含氟聚合物绝缘保护层对聚酰亚胺绝缘基层起到防护、防水、防油、耐热、耐化学腐蚀和抗水解作用。控制聚酰亚胺绝缘基层两侧含氟聚合物绝缘保护层中成份的组合不同，起到调节两侧含氟聚合物绝缘层对镀银铜导体和外层绕包层粘结性变化的作用，并且采用不同颜色涂敷层作为粘结识别功能层。
本发明的实施解决了聚酰亚胺薄膜表面能低，缺乏自粘性，在潮湿环境下抗水解性能差等缺点，并克服含氟聚合物与聚酰亚胺复合工艺困难，复合体系粘接性强。其介电常数小于2.5，耐刮擦性能优异，整体柔韧性好，适合应用于航空航天线缆和极端环境的电线电缆。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜，其特征在于，包括：聚酰亚胺绝缘基层和含氟聚合物绝缘保护层，所述聚酰亚胺绝缘基层的两侧分别复合第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层。
2.根据权利要求1所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜，其特征在于，绝缘复合薄膜的厚度为30μm～300μm，其中聚酰亚胺绝缘基层厚度为15～100μm，第一含氟聚合物保护层厚度为2μm～100μm，第二含氟聚合物保护层厚度为12μm～100μm；第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层为成分、厚度一致的对称结构或成分、厚度不一致的非对称结构。
3.根据权利要求2所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜，其特征在于，第一含氟聚合物绝缘保护层包括聚四氟乙烯PTFE、聚四氟乙烯/四氟乙烯-六氟丙烯共聚物PTFE/FEP复合材料、聚四氟乙烯/全氟丙基全氟乙烯基醚-聚四氟乙烯共聚物PTFE/PFA复合材料、聚四氟乙烯/乙烯-四氟乙烯共聚物PTFE/ETFE复合材料和聚四氟乙烯/聚偏氟乙烯PTFE/PVDF一种或多种材料复合。
4.根据权利要求2所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜，其特征在于，第二含氟聚合物绝缘保护层包括聚四氟乙烯PTFE、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物FEP、全氟丙基全氟乙烯基醚-聚四氟乙烯共聚物PFA和乙烯-四氟乙烯共聚物ETFE一种或者多种材料复合。
5.根据权利要求1所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）利用表面电晕处理技术和表面化学功能化修饰技术对聚酰亚胺薄膜进行表面官能化处理，制得表面氨基化的聚酰亚胺绝缘基层；
（2）对聚酰亚胺绝缘基层两侧表面进行一种或多种复配含氟聚合物乳液涂敷，分别形成第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层；
（3）经低温干燥、溶剂挥发和高温烧结固化第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层，提高含氟聚合物乳液与官能化聚酰亚胺绝缘基层的结合力，制成多种层状组合结构的聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜。
6.根据权利要求5所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（2）中含氟聚合物乳液涂覆的速度为8-15m/min，单位面积含量为20-30g/m2，通过控制速度和单位面积含量来调整含氟聚合物绝缘保护层的克重和厚度。
7.根据权利要求5所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，干燥和烧结温度为梯度温度为80～380℃，能够增加含氟聚合物乳液在官能化聚酰亚胺绝缘基层上的附着力和负载量。
8.根据权利要求5所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜的制备方法，其特征在于，第一含氟聚合物绝缘保护层和第二含氟聚合物绝缘保护层的外层或涂覆有带识别的功能连接层，分别为第一带识别的功能连接层和第二带识别的功能连接层。
9.根据权利要求1所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜的应用，其特征在于，用于航空航天的线缆和极端环境的电线电缆，其中，第一带识别的功能连接层用于绕包铜或镀银、铜导体，第二带识别的功能连接层用于绕包其他绝缘层。
10.根据权利要求9所述的高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜的应用，其特征在于，第一、第二带识别的功能连接层为不同颜色的自带粘结性能的连接层。
CN202110718576.1A 2021-06-28 2021-06-28 一种航空航天用高性能聚酰亚胺/含氟聚合物绝缘复合薄膜、制备方法及其应用 Active CN113461994B (zh)

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CN111844976A (zh) * 2019-04-12 2020-10-30 江苏泛亚微透科技股份有限公司 一种聚酰亚胺-氟聚合物绝缘复合材料、制备方法及其应用

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