CN114806174B - 一种改性聚醚酰亚胺材料及其制备方法、电缆支座 - Google Patents

一种改性聚醚酰亚胺材料及其制备方法、电缆支座 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种改性聚醚酰亚胺材料及其制备方法、电缆支座，属于绝缘材料技术领域。本发明提供的改性聚醚酰亚胺材料的制备方法包括以下步骤：将聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯进行共挤出，得到改性聚醚酰亚胺材料；所述聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯的质量比为(60～80):(10～30):(1～5)。本发明将MBene和玻璃纤维引入到PEI电缆支座中，在保证器件优良绝缘性的条件下有效提高其强度和耐高温性能。

Description

一种改性聚醚酰亚胺材料及其制备方法、电缆支座
技术领域
本发明涉及绝缘材料技术领域，尤其涉及一种改性聚醚酰亚胺材料及其制备方法、电缆支座。
背景技术
聚醚酰亚胺(PEI)同时具有优良的耐高温、阻燃性、绝缘性、电学性能及机械性能。PEI作为绝缘电缆支座广泛应用于发动机中。但是，纯PEI的减摩耐磨性能较差、冲击性能差、短期可耐180℃。PEI电缆支座在发动机中做固定器件时，由于长期处于高低温工况，产生变形、严重磨损甚至失效现象，制约了该材料产品的发展及应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性聚醚酰亚胺材料及其制备方法、电缆支座，采用本发明的改性聚醚酰亚胺材料制备电缆支座，能在保证电缆支座优良绝缘性的条件下有效提高其强度和耐高温性能。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种改性聚醚酰亚胺材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯进行共挤出，得到改性聚醚酰亚胺材料；所述聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯的质量比为(60～80):(10～30):(1～5)。
优选的，所述聚醚酰亚胺的粒径为2～5mm；所述玻璃纤维的直径为7～14μm；所述二维硼烯的粒径为15～25μm。
优选的，所述共挤出的温度为310～340℃。
优选的，采用螺杆挤出机进行所述共挤出，螺杆转速为50～80rpm，螺杆的长径比为25:1。
优选的，所述共挤出后，还包括将挤出的丝材依次进行冷却、造粒和干燥。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的改性聚醚酰亚胺材料。
本发明提供了一种电缆支座，由上述方案所述的改性聚醚酰亚胺材料经注塑成型得到。
优选的，所述注塑成型时，喷嘴温度为330～345℃，料筒I段、II段和III段温度分别为305～320℃、320～330℃和330～345℃。
优选的，所述注塑成型的背压为0.5～1bar，注塑压力为80～130bar。
优选的，所述注塑成型的保压时间为1～3s，冷却时间为17～24s。
本发明提供了一种改性聚醚酰亚胺材料的制备方法，包括以下步骤：将聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯进行共挤出，得到改性聚醚酰亚胺材料；所述聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯的质量比为(60～80):(10～30):(1～5)。在本发明中，玻璃纤维具有高强度、绝缘、耐温性能好等优点，玻璃纤维增强的PEI在保证优异绝缘性的条件下提高了复合材料的强度、耐温性能和冲击性能，可以在高低温条件下长期使用；二维硼烯(MBene)因其特有的层状结构、比表面积大等特点，作为功能填料可以使PEI及其器件表现出多功能性，减摩耐磨性能尤为显著，避免电线外皮在剧烈振动时损伤导致短路现象的发生。此外，MBene还进一步提高了PEI的耐热性能。本发明将MBene和玻璃纤维引入到PEI电缆支座中，在保证器件优良绝缘性的条件下有效提高其强度和耐高温性能。
具体实施方式
本发明提供了一种改性聚醚酰亚胺材料的制备方法，包括以下步骤：
将聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯进行共挤出，得到改性聚醚酰亚胺材料；所述聚醚酰亚胺粒料、玻璃纤维和二维硼烯的质量比为(60～80):(10～30):(1～5)。
在本发明中，未经特殊说明，所用原料均为本领域熟知的市售商品。
在本发明中，所述聚醚酰亚胺的粒径优选为2～5mm；所述玻璃纤维的直径优选为7～14μm；所述二维硼烯的粒径优选为15～25μm。
在本发明中，所述二维硼烯优选自行制备得到，本发明对所述二维硼烯的制备方法没有特殊要求，本领域熟知的制备方法均可。
在本发明的实施例中，所述二维硼烯的制备方法优选包括：将装有Mo粉、铝粒和硼粉(按照摩尔比Mo:Al:B＝1:53:1)的坩埚放置于管式炉中，在氩气保护下，将温度升至1400℃保持12h，降温得到MoAlB粉末；将所述MoAlB粉末加入浓度为9M的HCl溶液里，缓慢加入LiF粉末(溶解后LiF粉末在溶液中的浓度为2M)，在室温下进行磁力搅拌24h，将反应后溶液进行离心、去离子水洗涤，直至溶液pH值为7，冷冻干燥得到MBene粉末。
在本发明中，所述聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯的质量比优选为(60～70):30:(1～5)。在本发明的实施例中，所述聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯的质量比为69:30:1、67:30:3或65:30:5。
在本发明中，所述共挤出的温度优选为310～340℃，更优选为320～330℃。本发明优选采用螺杆挤出机进行所述共挤出，螺杆转速优选为50～80rpm，螺杆的长径比优选为25:1。所述共挤出后，本发明优选还包括将挤出的丝材依次进行冷却、造粒和干燥。本发明对所述冷却、造粒和干燥的过程没有特殊要求，采用本领域熟知的过程即可。在本发明中，所述造粒后改性聚醚酰亚胺材料的粒径优选为2～5mm。
本发明提供了上述方案所述制备方法制备得到的改性聚醚酰亚胺材料。玻璃纤维具有高强度、绝缘、耐温性能好等优点，玻璃纤维增强的PEI在保证优异绝缘性的条件下提高了复合材料的强度、耐温性能和冲击性能，可以在高低温条件下长期使用；二维硼烯(MBene)因其特有的层状结构、比表面积大等特点，作为功能填料可以使PEI及其器件表现出多功能性，减摩耐磨性能尤为显著，避免电线外皮在剧烈振动时损伤导致短路现象的发生。此外，MBene还进一步提高了PEI的耐热性能。本发明将MBene和玻璃纤维引入到PEI中，在保证优良绝缘性的条件下有效提高其强度和耐高温性能。
本发明提供了一种电缆支座，由上述方案所述的改性聚醚酰亚胺材料经注塑成型得到。
在本发明中，所述注塑成型时，喷嘴温度优选为330～345℃，从进料口到喷嘴方向，料筒依次包括I段、II段和III段，料筒I段、II段和III段温度分别优选为305～320℃、320～330℃和330～345℃；所述注塑成型的背压优选为0.5～1bar，注塑压力优选为80～130bar。在本发明中，所述注塑成型的保压时间优选为1～3s，更优选为2s，冷却时间优选为17～24s，更优选为20s。
下面结合实施例对本发明提供的改性聚醚酰亚胺材料及其制备方法、电缆支座进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
以下所用原料情况：
Mo粉是由上海麦克林生化科技有限公司提供；
Al粒是由上海麦克林生化科技有限公司提供；
硼粉是由上海麦克林生化科技有限公司提供；
PEI由沙伯基础中国有限公司提供，粒径为2～5mm；
玻璃纤维(GF)由南京得贝利新型材料有限责任公司提供，直径为7～14μm。
以下实施例和对比例所用MBene粉末的制备方法如下：
将装有Mo粉、铝粒和硼粉(按照摩尔比Mo:Al:B＝1:53:1)的坩埚放置于管式炉中，在氩气保护下，将温度升至1400℃保持12h，降温得到MoAlB粉末；将所述MoAlB粉末加入浓度为9M的HCl溶液里，缓慢加入LiF粉末(溶解后LiF粉末在溶液中的浓度为2M)，在室温下进行磁力搅拌24h，将反应后溶液进行离心、去离子水洗涤，直至溶液pH值为7，冷冻干燥得到MBene粉末，粒径为15～25μm。
实施例1
将PEI粒料、玻璃纤维(GF)、MBene粉末按质量比69:30:1，使用螺杆挤出机进行共挤出，其中螺杆的转速为60rpm，温度为330℃，螺杆的长径比为25:1，将挤出的长丝进行冷却、造粒、烘干，得到改性PEI粒料，粒径为3mm。
将上述改性PEI粒料进行注塑成型，其中料筒I段、II段、III段温度分别为315℃、330℃、340℃，喷嘴温度为340℃，背压1bar，注塑压力为120bar，保压时间为2s，冷却时间为20s，得到电缆支座产品。
实施例2
将PEI粒料、GF、MBene粉末按质量比67:30:3，使用螺杆挤出机进行共挤出，其中螺杆的转速为60rpm，温度为330℃，螺杆的长径比为25:1。将挤出的长丝进行冷却、造粒、烘干，得到改性PEI粒料，粒径为3mm。
将上述改性PEI粒料进行注塑成型，其中料筒I段、II段、III段温度分别为315℃、330℃、340℃，喷嘴温度为340℃，背压1bar，注塑压力为120bar，保压时间为2s，冷却时间为20s，得到电缆支座产品。
实施例3
将PEI粒料、GF、MBene粉末按质量比65:30:5，使用螺杆挤出机进行共挤出，其中螺杆的转速为60rpm，温度为330℃，螺杆的长径比为25:1。将挤出的长丝进行冷却、造粒、烘干，得到改性PEI粒料，粒径为3mm。
将上述改性PEI粒料进行注塑成型，其中料筒I段、II段、III段温度分别为315℃、330℃、340℃，喷嘴温度为340℃，背压1bar，注塑压力为120bar，保压时间为2s，冷却时间为20s，得到电缆支座产品。
对比例1
将PEI粒料、GF按质量比70:30，不添加MBene粉末，其余工艺与实施例3完全相同。
对比例2
将PEI粒料、GF按质量比80:20，不添加MBene粉末，其余工艺与实施例3完全相同。
性能测试：
1、采用伏特计-安培计法测定体积电阻率，测试结果表明，各实施例与对比例材料的体积电阻率均大于1x1016Ω·cm，即添加GF与MBene不仅提高了PEI的减摩耐磨性同时也没有改变PEI的优良绝缘性。
2、摩擦磨损测试条件：摩擦磨损测试采用THT 07-135高温摩擦磨损试验机，PPS复合材料与GCr15钢球对磨，试验载荷5N，转速50mm/s，运行时间1h，摩擦系数和磨损率为3～5次测试的平均值，试验温度为180℃。测试结果见表1。
表1实施例和对比例的试验结果
项目 摩擦系数 磨损率(10-6mm3·/N·m)
实施例1 0.25 0.9
实施例2 0.21 0.5
实施例3 0.18 0.3
对比例1 0.32 1.2
对比例2 0.28 1.8
由表1可以看出，MBene和玻璃纤维同时添加到PEI中的作用大于单独使用，添加MBene和玻璃纤维的改性PEI在高温条件下具有优异的摩擦学性能，说明其耐高温性能优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种改性聚醚酰亚胺材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯进行共挤出，得到改性聚醚酰亚胺材料；所述聚醚酰亚胺、玻璃纤维和二维硼烯的质量比为(60～80):(10～30):(1～5)。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚醚酰亚胺的粒径为2～5mm；所述玻璃纤维的直径为7～14μm；所述二维硼烯的粒径为15～25μm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述共挤出的温度为310～340℃。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用螺杆挤出机进行所述共挤出，螺杆转速为50～80rpm，螺杆的长径比为25:1。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述共挤出后，还包括将挤出的丝材依次进行冷却、造粒和干燥。
6.权利要求1～5任一项所述制备方法制备得到的改性聚醚酰亚胺材料。
7.一种电缆支座，其特征在于，由权利要求6所述的改性聚醚酰亚胺材料经注塑成型得到。
8.根据权利要求7所述的电缆支座，其特征在于，所述注塑成型时，喷嘴温度为330～345℃，料筒I段、II段和III段温度分别为305～320℃、320～330℃和330～345℃。
9.根据权利要求7所述的电缆支座，其特征在于，所述注塑成型的背压为0.5～1bar，注塑压力为80～130bar。
10.根据权利要求9所述的电缆支座，其特征在于，所述注塑成型的保压时间为1～3s，冷却时间为17～24s。
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