CN115873489A - 一种应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜及其制备方法，其制备方法包括：将聚氨酯溶液溶解DMF和NMP的混合溶剂形成溶液A；通过偶联剂修饰的白云母和长石粉体C；取溶液A和粉体C制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；将聚氨酯复合白云母/长石溶液D涂覆于铜线上，并将涂膜后的铜线放入到管式炉中，进行阶段性升温去除溶剂并热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线；本发明通过简单的一步固化法结合热处理法合成聚氨酯复合白云母/长石扁铜线，白云母和长石粉体均匀分散在聚氨酯分散液中，提高了聚氨酯复合白云母/长石扁铜线的绝缘耐高温性能，反应条件要求简单，易于操作。

Description

一种应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜及其 制备方法

技术领域

本发明属于漆包线材料技术领域，涉及漆包线材料及其制备方法，具体涉及一种应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜及其制备方法。

背景技术

特种涂层是涂层中的重要组成部分，在国防、电子、机械等领域中应用广泛，具有防火、绝缘、隔热、电磁屏蔽等功能。据了解，金属电磁线的表面绝缘处理方法主要有三种:绕包薄膜、绕包云母带以及在铜线的表面涂覆绝缘漆。其中，在铜线的表面涂覆绝缘漆就是将漆包线漆均匀涂覆在金属导线表面上，经过阶段性升温去除溶剂固化成型后，在电磁线表面即可获得一层绝缘漆层。这种方法具有工序简单、厚度适中等优点，在电工、电器等领域具有广泛的应用。因此，漆包线漆的结构与性能会直接影响漆线的使用性能。目前，比较成熟的高分子有机涂层有聚酯、聚酰亚胺、聚酯亚胺等。

无机材料具有高键能和键强的离子键与混合键等，使其具有高硬度、高熔点、高强度、高热稳定性、耐腐蚀、耐磨损、抗氧化等基本属性和宽广的隔热性、透光性等性能。近年来，无机-有机杂化材料得到越来越广泛的研究，涵盖了材料的改性、制备方法、工艺控制等多方面，应用涉及到光学、涂层、薄膜、纤维、电学等领域。根据复合材料的特性，可通过组分材料的选择、界面控制等手段进行设计，实现材料的功能性复合、互补效应和不连续效应等，从而产生新的性能。鲍等制备了表面亲水的中空SiO₂微球，然后将制备的中空SiO₂微球与水性聚氨酯乳液物理共混，考察中空SiO₂微球对水性聚氨酯涂膜透水汽性、耐水性以及力学性能的影响。结果表明，随着SiO₂微球的数目增加，复合涂膜的透水汽性呈现先升高后降低的趋势。然而，无机颗粒高的表面力和不均匀的表面力场使纳米颗粒在聚合物涂层的固化过程中易于彼此团聚，使两相不能表现出协同作用，同时,加入的无机粉体大多价格高、制备条件苛刻。国内外有一些报道提出了聚氨酯漆包线漆的改性研究途径,但在耐高温、综合性能及成本等影响因素的综合优化方面始终没有提出一个合理的工艺方案。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜及其制备方法，制备方法简单、可信性高，作为漆包扁铜线漆膜表现出较好的性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将固含量为26％的聚氨酯溶液溶解在DMF和NMP的混合溶剂中，在氮气保护下，在25～40℃温度保护下充分搅拌后形成溶液A；

其中，聚氨酯溶液与溶剂体积比为1：(0.05～0.1)，DMF和NMP的体积比为(1～3)：(1～4)；

步骤二、量取蒸馏水20～60mL，用冰乙酸调节pH至3～5，加入90～150mg偶联剂，常温搅拌水解，制得偶联剂溶液B；

步骤三、按质量比为(1～2):(1～3)取白云母和长石粉体，加入占粉体质量1.0％～3.0％的步骤二制备的偶联剂溶液B中，搅拌20～50min，于80～120℃恒温干燥箱中恒温处理30～60min，在研钵中研磨，混合均匀后制得处理后的白云母和长石粉体C；

步骤四、称取溶液A质量分数0.25～5％的粉体C加入到三口烧瓶中，连续搅拌6～12h，制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；

步骤五、将铜线置于涂膜机上，用刮刀刮涂一层步骤四制备出的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D，将刮涂溶液D的铜线放入烘箱2～10min至烘干，在铜线的另外一面重复刮涂一层溶液D并烘干，按照以上方法重复涂膜5～10次，将涂膜后的铜线放入到管式炉中，依次进行40～90℃保温120～240min，100～150℃保温30～90min，180～250℃保温50～90min的阶段性升温去除溶剂并热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线。

本发明还具有以下技术特征：

优选的，步骤一中所述的聚氨酯的分子量范围为1000～1800。

优选的，步骤一中所述的容器为配有温度计、机械搅拌的三口烧瓶中。

进一步的，步骤一中所述的充分搅拌为在400～800r/min转速下，搅拌30～60min。

优选的，步骤二中所述的偶联剂包括KH-550、A151和KH-570中的任一种。

优选的，步骤二中所述的常温搅拌水解时间为0.5～3h。

优选的，步骤二中所述的白云母和长石粉体粒径为600～2000。

本发明还保护一种如上所述的方法制备的应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜材料。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明通过简单的一步固化法结合热处理法合成聚氨酯复合白云母/长石扁铜线，白云母和长石粉体均匀分散在聚氨酯分散液中，提高了聚氨酯复合白云母/长石扁铜线的绝缘耐高温性能，反应条件要求简单，易于操作；

本发明通过简单方法的制备出了通过偶联剂修饰的白云母和长石粉体，可使蒙脱石层间距增大，改变层间微环境，由亲水性变为亲油性，有利于单体或聚合物插入层间而形成纳米复合材料使白云母/长石粉体在聚氨酯涂料基体内分散均匀；

本发明制得的聚氨酯复合白云母/长石薄膜，在漆包扁铜线漆膜制备中表现出良好的绝缘耐高温性能。

附图说明

图1为本发明实施例1制备得到的白云母粉体的SEM图谱；

图2为本发明实施例1制备得到的长石粉体的SEM图谱；

图3为本发明实施例1制备得到的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的XRD图；

图4为本发明实施例1制备得到的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的TG图；

图5为本发明实施例1制备得到的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的介电性能图(介电常数)；

图6为本发明实施例1制备得到的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的介电性能图(介电损耗)。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的具体内容做进一步详细解释说明。

以下各实施例中聚氨酯溶液为市售产品，型号为TONGSOLD 215/28S。

实施例1：

步骤一、取固含量为26％的聚氨酯溶液溶解在DMF和NMP的混合溶剂中，在有氮气保护并配有温度计、机械搅拌的三口烧瓶中，在25℃、转速为400r/min下，充分搅拌30min后形成溶液A；

其中，聚氨酯溶液与溶剂体积比为1：0.05，DMF和NMP的体积比为1:1；

步骤二、量取蒸馏水20mL，用冰乙酸调节pH至3，加入90mg偶联剂KH-550，常温搅拌水解0.5h，制得偶联剂溶液B；

步骤三、按偶联剂溶液B用量为粉体质量1.0％，加入粒径为600目的白云母和长石粉体(质量比为1：1)，搅拌20min，低温干燥后，再于80℃恒温干燥箱中恒温处理30min，制得处理后的白云母和长石粉体C；

步骤四、称取溶液A质量分数为0.25％的处理后的白云母和长石粉体C加入到在三口烧瓶中，连续搅拌6h，制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；

步骤五、将制备出的均匀分散白云母/长石的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D溶液称量90ml后，在铜箔上用刮刀刮涂一层步骤四制备出的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D后放入到烘箱中2min至烘干后翻面再另外一面的铜线上刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D，烘干后按照以上方法重复涂膜5次，将涂膜后的铜线放入到管式炉中，依次进行40℃保温120min，100℃保温30min，180℃保温50min的阶段性升温去除溶剂和热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线。

图1为本发明实施例1制备得到的白云母粉体的SEM图谱，图2为本发明实施例1制备得到的长石粉体的SEM图谱，从图中可以看到白云母和长石粉体经表面处理后，层间变得松散，有助于粉体均匀地分散在聚氨酯漆层中。

图3为本发明实施例1制备得到的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的XRD图，从图中可以看到，其对应标准卡片为48-1224的绢云母和硅酸锆颗粒。

图4为本发明实施例1制备得到的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的TG图，可以看出加入白云母和长石颗粒后提高了聚氨酯薄膜的耐高温性能。

图5和图6为本发明实施例1制备得到的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的介电性能图，可以看到，加入白云母和长石后复合薄膜的介电常数得到提高，而介电损耗随着加入无机粒子而增加是因为无机相与有机相引起的电导损耗造成的介电损耗升高。

实施例2：

步骤一、将固含量为26％的聚氨酯溶液溶解在DMF和NMP的混合溶剂中，在有氮气保护并配有温度计、机械搅拌的三口烧瓶中，在30℃、转速为500r/min下，充分搅拌40min后形成溶液A；

其中，聚氨酯溶液与溶剂体积比为1：0.08，DMF和NMP的体积比为1:2；

步骤二、量取蒸馏水30mL，用冰乙酸调节pH至4，加入100mg偶联剂A151，常温搅拌水解1h，制的偶联剂溶液B；

步骤三、按偶联剂溶液B用量为粉体质量2.0％，加入粒径为600目的白云母和长石粉体(质量比为1:2)，搅拌20min，低温干燥后，再于85℃恒温干燥箱中恒温处理30min，制得处理后的白云母和长石粉体C；

步骤四、称取质量分数为0.75％的处理后的白云母和长石粉体C加入到在三口烧瓶中，连续搅拌8h，制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；

步骤五、将制备出的均匀分散白云母/长石的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D溶液称量100ml后，在铜线上用刮刀刮涂一层步骤四制备出的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D后放入到烘箱中5min至烘干后翻面再另外一面的铜线上刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D，烘干后按照以上方法重复涂膜6次，将涂膜后的铜线放入到管式炉中，依次进行50℃保温150min，110℃保温40min，190℃保温60min的阶段性升温去除溶剂和热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线。

实施例3：

步骤一、取固含量为26％的聚氨酯溶液溶解在DMF和NMP的混合溶剂中，在有氮气保护并配有温度计、机械搅拌的三口烧瓶中，在30℃、转速为550r/min下，充分搅拌40min后形成溶液A；

其中，聚氨酯溶液与溶剂体积比为1：0.1，DMF和NMP的体积比为2:1；

步骤二、量取蒸馏水40mL，用冰乙酸调节pH至4，加入120mg偶联剂KH-550，常温搅拌水解1.5h，制的偶联剂溶液B；

步骤三、按偶联剂溶液B用量为粉体质量2.0％，加入粒径为1250目的白云母和长石粉体(质量比为2:1)，搅拌40min，低温干燥后，再于90℃恒温干燥箱中恒温处理45min，制得处理后的白云母和长石粉体C；

步骤四、称取质量分数为1％的处理后的白云母和长石粉体C加入到在三口烧瓶中，连续搅拌10h，制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；

步骤五、将制备出的均匀分散白云母/长石的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D溶液称量110ml后，在铜箔上用刮刀刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D后放入到烘箱中7min至烘干后翻面再另外一面的铜线上刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D，烘干后按照以上方法重复涂膜6次，将涂膜后的铜线放入到管式炉中，依次进行60℃保温180min，120℃保温80min，200℃保温60min的阶段性升温去除溶剂和热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线。

实施例4：

步骤一、取固含量为26％的聚氨酯溶液溶解在DMF和NMP的混合溶剂中，在有氮气保护并配有温度计、机械搅拌的三口烧瓶中，在30℃、转速为600r/min下，充分搅拌50min后形成溶液A；

其中，聚氨酯溶液与溶剂体积比为1：0.07，DMF和NMP的体积比为1:3；

步骤二、量取蒸馏水50mL，用冰乙酸调节pH至4，加入120mg偶联剂KH-550，常温搅拌水解2h，制的偶联剂溶液B；

步骤三、按偶联剂溶液B用量为粉体质量2.0％，加入粒径为1250目的白云母和长石粉体(质量比为1:1)，搅拌40min，低温干燥后，再于100℃恒温干燥箱中恒温处理50min，制得处理后的白云母和长石粉体C；

步骤四、称取质量分数为2％的处理后的白云母和长石粉体C加入到在三口烧瓶中，连续搅拌10h，制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；

步骤五、将制备出的均匀分散白云母/长石的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D溶液称量110ml后，在铜箔上用刮刀刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D后放入到烘箱中8min至烘干后翻面再另外一面的铜线上刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D，烘干后按照以上方法重复涂膜9次，将涂膜后的铜线放入到管式炉中，依次进行85℃保温110min，120℃保温80min，210℃保温80min的阶段性升温去除溶剂和热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线。

实施例5：

步骤一、取固含量为26％的聚氨酯溶液溶解在DMF和NMP的混合溶剂中，在有氮气保护并配有温度计、机械搅拌的三口烧瓶中，在40℃、转速为700r/min下，充分搅拌60min后形成溶液A；

其中，聚氨酯溶液与溶剂体积比为1：0.1，DMF和NMP的体积比为2:3；

步骤二、量取蒸馏水50mL，用冰乙酸调节pH至4，加入140mg偶联剂A151，常温搅拌水解2h，制的偶联剂溶液B；

步骤三、按偶联剂溶液B用量为粉体质量2.5％，加入粒径为1500目的白云母和长石粉体(质量比为2:1)，搅拌45min，低温干燥后，再于110℃恒温干燥箱中恒温处理55min，制得处理后的白云母和长石粉体C；

步骤四、称取质量分数为3％的处理后的白云母和长石粉体C加入到在三口烧瓶中，连续搅拌12h，制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；

步骤五、将制备出的均匀分散白云母/长石的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D溶液称量110ml后，在铜箔上用刮刀刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D后放入到烘箱中9min至烘干后翻面再另外一面的铜线上刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D，烘干后按照以上方法重复涂膜10次，将涂膜后的铜线放入到管式炉中，依次进行85℃保温120min，130℃保温80min，230℃保温85min的阶段性升温去除溶剂和热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线。

实施例6：

步骤一、取固含量为26％的聚氨酯溶液溶解在DMF和NMP的混合溶剂中，在有氮气保护并配有温度计、机械搅拌的三口烧瓶中，在40℃、转速为800r/min下，充分搅拌60min后形成溶液A；

其中，聚氨酯溶液与溶剂体积比为1：0.08，DMF和NMP的体积比为3:4；

步骤二、量取蒸馏水60mL，用冰乙酸调节pH至5，加入150mg偶联剂KH-570，常温搅拌水解3h，制的偶联剂溶液B；

步骤三、按偶联剂溶液B用量为粉体质量3.0％，加入粒径为2000目的白云母和长石粉体(质量比为2:3)，搅拌50min，低温干燥后，再于120℃恒温干燥箱中恒温处理60min，制得处理后的白云母和长石粉体C；

步骤四、称取质量分数为5％的处理后的白云母和长石粉体C加入到在三口烧瓶中，连续搅拌12h，制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；

步骤五、将制备出的均匀分散白云母/长石的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D溶液称量130ml后，在铜箔上用刮刀刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D后放入到烘箱中10min至烘干后翻面再另外一面的铜线上刮涂一层步骤四制备的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D，烘干后按照以上方法重复涂膜10次，将涂膜后的铜线放入到管式炉中，依次进行90℃保温240min，150℃保温90min，250℃保温90min的阶段性升温去除溶剂和热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；所属领域的普通技术人员在未脱离本发明精神和范围内对本发明技术方案所做出的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护范围当中。

Claims (8)

1.一种应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、将固含量为26％的聚氨酯溶液溶解在DMF和NMP的混合溶剂中，在氮气保护下，在25～40℃温度保护下充分搅拌后形成溶液A；

其中，聚氨酯溶液与溶剂体积比为1：(0.05～0.1)，DMF和NMP的体积比为(1～3)：(1～4)；

步骤二、量取蒸馏水20～60mL，用冰乙酸调节pH至3～5，加入90～150mg偶联剂，常温搅拌水解，制得偶联剂溶液B；

步骤三、按质量比为(1～2):(1～3)取白云母和长石粉体，加入占粉体质量1.0％～3.0％的步骤二制备的偶联剂溶液B中，搅拌20～50min，于80～120℃恒温干燥箱中恒温处理30～60min，在研钵中研磨，混合均匀后制得处理后的白云母和长石粉体C；

步骤四、称取溶液A质量分数0.25～5％的粉体C加入到三口烧瓶中，连续搅拌6～12h，制备出聚氨酯复合白云母/长石溶液D；

步骤五、将铜线置于涂膜机上，用刮刀刮涂一层步骤四制备出的聚氨酯复合白云母/长石混合溶液D，将刮涂溶液D的铜线放入烘箱2～10min至烘干，在铜线的另外一面重复刮涂一层溶液D并烘干，按照以上方法重复涂膜5～10次，将涂膜后的铜线放入到管式炉中，依次进行40～90℃保温120～240min，100～150℃保温30～90min，180～250℃保温50～90min的阶段性升温去除溶剂并热亚胺化后，制备出聚氨酯复合白云母/长石漆包扁铜线。

2.如权利要求1所述的应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的聚氨酯的分子量范围为1000～1800。

3.如权利要求1所述的应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的容器为配有温度计、机械搅拌的三口烧瓶中。

4.如权利要求3所述的应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的充分搅拌为在400～800r/min转速下，搅拌30～60min。

5.如权利要求1所述的应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的偶联剂包括KH-550、A151和KH-570中的任一种。

6.如权利要求1所述的应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的常温搅拌水解时间为0.5～3h。

7.如权利要求1所述的应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的白云母和长石粉体粒径为600～2000。

8.一种如权利要求1至7中任一项所述的方法制备的应用于漆包扁铜线的聚氨酯复合白云母/长石薄膜材料。

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