CN114395213A - 一种高强度铜皮换向器材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高强度铜皮换向器材料，包括以下成分：100份改性酚醛树脂、185～264份无机填料、12～24份润滑剂、1.5～3份交联剂、10～16份助剂和21～28份固化催化剂。所述改性酚醛树脂由酸酐改性后再与N'N‑羰基二咪唑/绿泥石粉末结合反应后得到。本发明在现有的酚醛树脂的基础上进行了改性，制备得到的改性酚醛树脂在保持原酚醛树脂本身的耐高温、耐腐蚀、阻燃好的优点外，还增强了其力学强度以及降低了其粘结性，同时改善了酚醛树脂的韧性，使其更加适合作为铜皮换向器的材料使用。

Description

一种高强度铜皮换向器材料及其制备方法
技术领域
本发明换向器领域，具体涉及一种高强度铜皮换向器材料及其制备方法。
背景技术
目前国内换向器产品，主要分为插片式换向器和铜皮式换向器两种，插片式换向器工序复杂，插片换向器的排片工序属于劳动密集型的工作，对人员需求量大，而铜皮换向器则由机器直接冲压成型，效率高，属于半自动化生产，对人员需求量少，所以插片换向器在生产效率和生产成本上都不及铜皮换向器。
换向器在压制成型的过程中，成型材料的选用也是至关重要，目前换向器压制成型使用的材料大部分为电木粉，这种材料在插片换向器上使用效果很好，但是用在铜皮换向器上存在的问题主要是在清洗残胶过程中电木粉粘在铜皮表面，无法去除，导致换向器无法正常使用。为了能生产铜皮换向器，换向器制造商就会采用一种强度相对较低的电木粉，这种低强度的电木粉对铜皮的粘结力也相对较低，在清洗残胶过程中容易去除，但是随之而来的问题是，换向器本身的强度也降低许多，只能用在要求比较低的产品上。
发明内容
针对现有技术中存在的铜皮换向器材料无法同时满足强度高和粘结性低问题，本发明的目的是提供一种高强度铜皮换向器材料及其制备方法。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
第一方面，本发明提供一种高强度铜皮换向器材料，包括以下成分：
100份改性酚醛树脂、185～264份无机填料、12～24份润滑剂、1.5～3份交联剂、10～16份助剂和21～28份固化催化剂。
优选地，所述无机填料为云母粉与玻璃纤维按照质量比为3～5:1。
优选地，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的一种。
优选地，所述交联剂为三甲氧基硅烷。
优选地，所述助剂为丁腈橡胶。
优选地，所述固化催化剂为氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁中的一种。
优选地，所述改性酚醛树脂的制备方法为：
S1、称取酚醛树脂与邻苯二甲酸酐混合至N,N-二甲基甲酰胺中，升温至90～100℃，搅拌反应处理6～8h，冷却至室温后，得到酸酐改性酚醛树脂溶液；
其中，酚醛树脂、邻苯二甲酸酐与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.25～0.48:3～6；
S2、称取绿泥石粉末混合至氢氧化钠溶液中，加入硅烷偶联剂，超声分散均匀后，在45～55℃的条件下混合搅拌处理8～12h，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到活性绿泥石粉末；
其中，绿泥石粉末、硅烷偶联剂与氢氧化钠溶液的质量比为1:0.04～0.08:5～10；
S3、将活性绿泥石粉末与二氯甲烷混合，再加入甲苯，超声分散均匀后，室温下搅拌处理15～20h，除去溶剂后，干燥处理，得到N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末；
其中，活性绿泥石粉末、N'N-羰基二咪唑与甲苯的质量比为1:0.5～0.7:3～6；
S4、将N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末混合至酸酐改性酚醛树脂溶液中，搅拌混合均匀后，在惰性气体的保护下，室温下搅拌处理0.5～1h，再滴加氨水，同时控制反应温度，室温下搅拌处理8～12h，除去溶剂后，得到改性酚醛树脂；
其中，N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末、氨水与酸酐改性酚醛树脂溶液1:0.05～0.1:2.2～2.8。
优选地，所述S2中，氢氧化钠溶液的质量分数为5％～10％。
优选地，所述S4中，氨水的质量分数为20％～25％。
第二方面，本发明提供一种高强度铜皮换向器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取改性酚醛树脂、无机填料、交联剂和助剂投入至高速混合机中，混合均匀后，得到第一混合料；
步骤二、按照重量份依次称取固化催化剂至高速混合机中，搅拌混合均匀后，得到第二混合料；
步骤三、将第二混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种高强度铜皮换向器材料。
优选地，所述步骤一中以30～50rpm的转速混合均匀。
优选地，所述步骤二中以200～300rpm的转速混合均匀。
优选地，所述步骤三中，双螺杆挤出机的温度设置为185～220℃。
本发明的有益效果为：
本发明在现有的酚醛树脂的基础上进行了改性，制备得到的改性酚醛树脂在保持原酚醛树脂本身的耐高温、耐腐蚀、阻燃好的优点外，还增强了其力学强度以及降低了其粘结性，同时改善了酚醛树脂的韧性，使其更加适合作为铜皮换向器的材料使用。
在本发明对酚醛树脂的改性过程中，使用的是绿泥石作为基体，先经过活化处理后再负载N'N-羰基二咪唑形成N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末，之后与邻苯二甲酸酐改性后的酚醛树脂结合反应，由于N'N-羰基二咪唑活性很强很容易与酸酐改性酚醛树脂中的羧基反应，结合生成N-酰基咪唑，再与氨水反应生成酰胺基团，因此，绿泥石粉末与酚醛树脂通过反应生成的酰胺基团固定结合。
绿泥石粉末的活化过程中，使用的是硅烷偶联剂与碱液共同作用，硅烷偶联剂增加了绿泥石的表面活性使其更容易分散，碱液能够与绿泥石中的金属氧化物结合反应，从而生成表面凹凸不平且具有活性基团的绿泥石粉末，也是为了方便后续与N,N-二甲基甲酰胺的结合。
具体实施方式
为了更清楚的说明本发明，对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
电木粉又名酚醛塑料粉或胶木粉，以酚醛树脂为基本原料的压塑粉。相对密度1.4以下，吸水性24小时不大于0.3％，耐油性24小时不大于0.03％。具有较高的耐热性、耐酸性及耐水性，介电性能良好，随温度与频率的变化而改变，耐电弧性小。主要由酚醛树脂和填料等经混合粉碎而成。但是最大的缺陷是脆性大，耐冲击性较低。
下面结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
一种高强度铜皮换向器材料，包括以下成分：
100份改性酚醛树脂、212份无机填料、18份润滑剂、2.5份交联剂、12份助剂和24份固化催化剂。
其中，无机填料为云母粉与玻璃纤维按照质量比为4:1，润滑剂为硬脂酸锌，交联剂为三甲氧基硅烷，助剂为丁腈橡胶，固化催化剂为氧化钙。
改性酚醛树脂的制备方法为：
S1、称取酚醛树脂与邻苯二甲酸酐混合至N,N-二甲基甲酰胺中，升温至100℃，搅拌反应处理7h，冷却至室温后，得到酸酐改性酚醛树脂溶液；
其中，酚醛树脂、邻苯二甲酸酐与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.32:4；
S2、称取绿泥石粉末混合至质量分数为8％的氢氧化钠溶液中，加入硅烷偶联剂，超声分散均匀后，在55℃的条件下混合搅拌处理10h，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到活性绿泥石粉末；
其中，绿泥石粉末、硅烷偶联剂与氢氧化钠溶液的质量比为1:0.06:8；
S3、将活性绿泥石粉末与二氯甲烷混合，再加入甲苯，超声分散均匀后，室温下搅拌处理15～20h，除去溶剂后，干燥处理，得到N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末；
其中，活性绿泥石粉末、N'N-羰基二咪唑与甲苯的质量比为1:0.6:5；
S4、将N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末混合至酸酐改性酚醛树脂溶液中，搅拌混合均匀后，在惰性气体的保护下，室温下搅拌处理1h，再滴加质量分数为25％的氨水，同时控制反应温度，室温下搅拌处理10h，除去溶剂后，得到改性酚醛树脂；
其中，N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末、氨水与酸酐改性酚醛树脂溶液1:0.08:2.5。
上述中高强度铜皮换向器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取改性酚醛树脂、无机填料、交联剂和助剂投入至高速混合机中，以40rpm的转速混合均匀后，得到第一混合料；
步骤二、按照重量份依次称取固化催化剂至高速混合机中，以250rpm的转速搅拌混合均匀后，得到第二混合料；
步骤三、将第二混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，温度区间设置为185～220℃，得到一种高强度铜皮换向器材料。
实施例2
一种高强度铜皮换向器材料，包括以下成分：
100份改性酚醛树脂、185份无机填料、12份润滑剂、1.5份交联剂、10份助剂和21份固化催化剂。
其中，无机填料为云母粉与玻璃纤维按照质量比为3～5:1，润滑剂为硬脂酸钙，交联剂为三甲氧基硅烷，助剂为丁腈橡胶，固化催化剂为氧化镁。
改性酚醛树脂的制备方法为：
S1、称取酚醛树脂与邻苯二甲酸酐混合至N,N-二甲基甲酰胺中，升温至90℃，搅拌反应处理6h，冷却至室温后，得到酸酐改性酚醛树脂溶液；
其中，酚醛树脂、邻苯二甲酸酐与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.25:3；
S2、称取绿泥石粉末混合至质量分数为5％的氢氧化钠溶液中，加入硅烷偶联剂，超声分散均匀后，在45℃的条件下混合搅拌处理8h，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到活性绿泥石粉末；
其中，绿泥石粉末、硅烷偶联剂与氢氧化钠溶液的质量比为1:0.04:5；
S3、将活性绿泥石粉末与二氯甲烷混合，再加入甲苯，超声分散均匀后，室温下搅拌处理15h，除去溶剂后，干燥处理，得到N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末；
其中，活性绿泥石粉末、N'N-羰基二咪唑与甲苯的质量比为1:0.5:3；
S4、将N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末混合至酸酐改性酚醛树脂溶液中，搅拌混合均匀后，在惰性气体的保护下，室温下搅拌处理0.5h，再滴加质量分数为20％的氨水，同时控制反应温度，室温下搅拌处理8h，除去溶剂后，得到改性酚醛树脂；
其中，N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末、氨水与酸酐改性酚醛树脂溶液1:0.05:2.2。
上述中高强度铜皮换向器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取改性酚醛树脂、无机填料、交联剂和助剂投入至高速混合机中，以30rpm的转速混合均匀后，得到第一混合料；
步骤二、按照重量份依次称取固化催化剂至高速混合机中，以200rpm的转速搅拌混合均匀后，得到第二混合料；
步骤三、将第二混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，温度区间设置为185～220℃，得到一种高强度铜皮换向器材料。
实施例3
一种高强度铜皮换向器材料，包括以下成分：
100份改性酚醛树脂、264份无机填料、24份润滑剂、3份交联剂、16份助剂和28份固化催化剂。
其中，无机填料为云母粉与玻璃纤维按照质量比为5:1，润滑剂为硬脂酸镁，交联剂为三甲氧基硅烷，助剂为丁腈橡胶，固化催化剂为氢氧化钙。
改性酚醛树脂的制备方法为：
S1、称取酚醛树脂与邻苯二甲酸酐混合至N,N-二甲基甲酰胺中，升温至100℃，搅拌反应处理8h，冷却至室温后，得到酸酐改性酚醛树脂溶液；
其中，酚醛树脂、邻苯二甲酸酐与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.48:6；
S2、称取绿泥石粉末混合至质量分数为10％的氢氧化钠溶液中，加入硅烷偶联剂，超声分散均匀后，在55℃的条件下混合搅拌处理12h，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到活性绿泥石粉末；
其中，绿泥石粉末、硅烷偶联剂与氢氧化钠溶液的质量比为1:0.08:10；
S3、将活性绿泥石粉末与二氯甲烷混合，再加入甲苯，超声分散均匀后，室温下搅拌处理20h，除去溶剂后，干燥处理，得到N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末；
其中，活性绿泥石粉末、N'N-羰基二咪唑与甲苯的质量比为1:0.7:6；
S4、将N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末混合至酸酐改性酚醛树脂溶液中，搅拌混合均匀后，在惰性气体的保护下，室温下搅拌处理1h，再滴加质量分数为25％的氨水，同时控制反应温度，室温下搅拌处理12h，除去溶剂后，得到改性酚醛树脂；
其中，N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末、氨水与酸酐改性酚醛树脂溶液1:0.1:2.8。
上述中高强度铜皮换向器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取改性酚醛树脂、无机填料、交联剂和助剂投入至高速混合机中，以50rpm的转速混合均匀后，得到第一混合料；
步骤二、按照重量份依次称取固化催化剂至高速混合机中，以300rpm的转速搅拌混合均匀后，得到第二混合料；
步骤三、将第二混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，温度区间设置为185～220℃，得到一种高强度铜皮换向器材料。
对比例1
一种铜皮换向器材料，包括以下成分：
100份改性酚醛树脂、212份无机填料、18份润滑剂、2.5份交联剂、12份助剂和24份固化催化剂。
其中，无机填料为云母粉与玻璃纤维按照质量比为4:1，润滑剂为硬脂酸锌，交联剂为三甲氧基硅烷，助剂为丁腈橡胶，固化催化剂为氧化钙。
改性酚醛树脂的制备方法为：
S1、称取酚醛树脂与邻苯二甲酸酐混合至N,N-二甲基甲酰胺中，升温至100℃，搅拌反应处理7h，冷却至室温后，得到酸酐改性酚醛树脂溶液；
其中，酚醛树脂、邻苯二甲酸酐与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.32:4；
S2、称取绿泥石粉末混合至质量分数为8％的氢氧化钠溶液中，加入硅烷偶联剂，超声分散均匀后，在55℃的条件下混合搅拌处理10h，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到活性绿泥石粉末；
其中，绿泥石粉末、硅烷偶联剂与氢氧化钠溶液的质量比为1:0.06:8；
S3、将绿泥石粉末混合至酸酐改性酚醛树脂溶液中，搅拌混合均匀后，在惰性气体的保护下，室温下搅拌处理1h，再滴加质量分数为25％的氨水，同时控制反应温度，室温下搅拌处理10h，除去溶剂后，得到改性酚醛树脂；
其中，绿泥石粉末、氨水与酸酐改性酚醛树脂溶液1:0.08:2.5。
上述中铜皮换向器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取改性酚醛树脂、无机填料、交联剂和助剂投入至高速混合机中，以40rpm的转速混合均匀后，得到第一混合料；
步骤二、按照重量份依次称取固化催化剂至高速混合机中，以250rpm的转速搅拌混合均匀后，得到第二混合料；
步骤三、将第二混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，温度区间设置为185～220℃，得到一种铜皮换向器材料。
对比例2
一种铜皮换向器材料，包括以下成分：
100份酚醛树脂、212份无机填料、18份润滑剂、2.5份交联剂、12份助剂和24份固化催化剂。
其中，无机填料为云母粉与玻璃纤维按照质量比为4:1，润滑剂为硬脂酸锌，交联剂为三甲氧基硅烷，助剂为丁腈橡胶，固化催化剂为氧化钙。
上述中铜皮换向器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取酚醛树脂、无机填料、交联剂和助剂投入至高速混合机中，以40rpm的转速混合均匀后，得到第一混合料；
步骤二、按照重量份依次称取固化催化剂至高速混合机中，以250rpm的转速搅拌混合均匀后，得到第二混合料；
步骤三、将第二混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，温度区间设置为185～220℃，得到一种铜皮换向器材料。
为了更加清楚地对本发明进行说明，将本发明实施例1～3以及对比例1～2制备的高强度铜皮换向器材料进行性能上的检测对比，拉伸强度根据标准GB/T1040.1-2006检测，抗冲击强度根据标准GB/T 3808-1995检测，剥离强度根据标准GB/T 7122-1986的方法检测，结果如表1所示：
表1不同铜皮换向器材料的性能比较
Figure BDA0003448544080000071
上述表1中能够看出，本发明实施例1～3制备的铜皮换向器材料具有更高的力学强度(拉伸强度)和韧性(抗冲击强度)，以及更低的粘结强度(剥离强度)。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，包括以下成分：
100份改性酚醛树脂、185～264份无机填料、12～24份润滑剂、1.5～3份交联剂、10～16份助剂和21～28份固化催化剂；
所述改性酚醛树脂由酸酐改性后再与N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末结合反应后得到。
2.根据权利要求1所述的一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，所述无机填料为云母粉与玻璃纤维按照质量比为3～5:1。
3.根据权利要求1所述的一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，所述交联剂为三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，所述助剂为丁腈橡胶。
6.根据权利要求1所述的一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，所述固化催化剂为氧化钙、氢氧化钙、氧化镁、氢氧化镁中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，所述改性酚醛树脂的制备方法为：
S1、称取酚醛树脂与邻苯二甲酸酐混合至N,N-二甲基甲酰胺中，升温至90～100℃，搅拌反应处理6～8h，冷却至室温后，得到酸酐改性酚醛树脂溶液；
其中，酚醛树脂、邻苯二甲酸酐与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:0.25～0.48:3～6；
S2、称取绿泥石粉末混合至氢氧化钠溶液中，加入硅烷偶联剂，超声分散均匀后，在45～55℃的条件下混合搅拌处理8～12h，依次经过过滤、洗涤和干燥，得到活性绿泥石粉末；
其中，绿泥石粉末、硅烷偶联剂与氢氧化钠溶液的质量比为1:0.04～0.08:5～10；
S3、将活性绿泥石粉末与二氯甲烷混合，再加入甲苯，超声分散均匀后，室温下搅拌处理15～20h，除去溶剂后，干燥处理，得到N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末；
其中，活性绿泥石粉末、N'N-羰基二咪唑与甲苯的质量比为1:0.5～0.7:3～6；
S4、将N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末混合至酸酐改性酚醛树脂溶液中，搅拌混合均匀后，在惰性气体的保护下，室温下搅拌处理0.5～1h，再滴加氨水，同时控制反应温度，室温下搅拌处理8～12h，除去溶剂后，得到改性酚醛树脂；
其中，N'N-羰基二咪唑/绿泥石粉末、氨水与酸酐改性酚醛树脂溶液1:0.05～0.1:2.2～2.8。
8.根据权利要求7所述的一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，所述S2中，氢氧化钠溶液的质量分数为5％～10％。
9.根据权利要求7所述的一种高强度铜皮换向器材料，其特征在于，所述S4中，氨水的质量分数为20％～25％。
10.一种权利要求1～9任意之一所述的高强度铜皮换向器材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按照重量份称取改性酚醛树脂、无机填料、交联剂和助剂投入至高速混合机中，混合均匀后，得到第一混合料；
步骤二、按照重量份依次称取固化催化剂至高速混合机中，搅拌混合均匀后，得到第二混合料；
步骤三、将第二混合料置于双螺杆挤出机中挤出造粒，得到一种高强度铜皮换向器材料。
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