專利名稱：一種聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電機、電纜、電容器和變壓器等設備使用的紙質絕緣材料制備技術， 特別是一種聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備方法。
背景技術：
絕緣紙廣泛用作電機、電纜、電容器和變壓器等設備的絕緣材料，也是層壓制品、 復合材料和預浸材料等絕緣材料的主要組成材料。由于絕緣紙的特殊用途，要求其必須具 備一些不同于其它紙種的特性，主要包括機械性能、電氣性能和熱穩(wěn)定性。而且由于各類電 氣設備使用環(huán)境的不同，如濕熱條件下運行的電機、化工廠經常接觸高濃度的腐蝕性化學 介質的電機、在有放射性輻射下運行的電機等，要求絕緣紙還要有較好的物理化學性能和 環(huán)境適應性。近年來，隨著我國電力、電氣、電子、家電和通訊等行業(yè)的快速發(fā)展，耐高溫合 成纖維絕緣紙的研究和開發(fā)也取得了長足的進展。該進展對各種電氣設備實現(xiàn)小型化、大 容量化、使用環(huán)境苛刻多樣化和提高使用壽命等意義重大。聚苯硫醚纖維在高溫下具有優(yōu)良的強度、剛性及耐疲勞性，可在200—240°C 下連續(xù)使用，在低于400°C的空氣或氮氣中較穩(wěn)定，基本無重量損失；在204°C高溫空氣中， 2000小時后有90%強度保持率，5000小時后有70%強度保持率，8000小時后有60%強度 保持率；在260°C中，1000小時后有60%強度保持率。聚苯硫醚纖維具有優(yōu)良的耐化學腐 蝕性，僅次于聚四氟乙烯纖維，能耐絕大多數(shù)有機和無機試劑。聚苯硫醚纖維耐高溫，熔點 達285°C，并且阻燃性很好，極限氧指數(shù)為34。聚苯硫醚纖維有優(yōu)良的電絕緣性，介電常數(shù) 一般高于5. 1，其產品適用于電性能要求極嚴格的場合。另外，聚苯硫醚纖維成型收縮率和 線膨脹系數(shù)低，吸水率低，使其制品無論在高溫還是高濕狀態(tài)下都不易變形，具有優(yōu)良的尺 寸穩(wěn)定性。美國杜邦公司研制的Nomex紙以聚間苯二甲酰間苯二胺短纖維和沉析纖維(也 即漿粕)為原料，采用斜網成型濕法抄紙，再經干燥熱軋制得，屬于H級絕緣(耐熱溫度為 180°C)o由于410型Nomex絕緣紙(產品有11種不同厚度可供選擇，現(xiàn)為大量電工設備所 廣泛使用)良好的性能，長期在市場上處于壟斷地位，但是Nomex絕緣紙也存在耐光性較差， 復合過程中紙面易產生分層、氣泡的缺點，而且價格十分昂貴(售價高達330元/kg)，大大 限制了它在國內的使用。目前國內外絕緣紙的制備方法，多采用濕法造紙技術抄造成型，它也是制備絕緣 紙的常規(guī)技術。濕法造紙技術是以水為介質的造紙技術。這種技術存在生產工序多，效率 低，工藝難以控制，對設備要求高，能耗大等缺點。在濕法抄造過程中，為了解決纖維的均勻 分散、良好結合問題，往往需要添加分散劑等助劑，工藝難度大。目前，國內的濕法生產商生 產出來的絕緣紙產品，均勻度較差，難以滿足在高技術方面的應用要求。中國發(fā)明專利200610021882. 5號公布了一種高性能聚苯硫醚纖維復合紙的制造 方法，它將聚苯硫醚樹脂經熔融紡絲制成纖維原絲，再經熱牽伸處理成成品纖維，最后把成 品纖維與添加劑和粘合劑壓制成高性能聚苯硫醚纖維復合紙。該專利介紹的聚苯硫醚纖維
3復合紙的制法，主要目的是為了改善聚苯硫醚樹脂的可紡性，對纖維的成網方式、壓制的方 式、添加劑與粘合劑的種類等均未給出。這種方法雖然工藝步驟簡單，但加入添加劑和粘合 劑后，纖維易出現(xiàn)分層，而且添加劑和粘合劑的加入量難以控制，量少則纖維粘結不充分， 均勻度低，易出現(xiàn)缺陷，導致絕緣紙強力低；過量則會很大程度降低聚苯硫醚纖維復合紙的 熱性能、電氣性能和耐腐蝕性，限制了其在高溫和各種苛刻環(huán)境中的使用。日本旭化成公司在中國申請的專利200780031924. 6公開了一種耐熱性無紡布的 制法。該耐熱性無紡布由聚苯硫醚長纖維構成的層和由聚苯硫醚微細纖維構成的層進行層 疊一體化復合而成，其中聚苯硫醚纖維的30wt%以上的結晶度為25— 50%。該無紡布的制 備優(yōu)選紡粘型無紡布、SM層疊無紡布、SMS層疊無紡布、3層以上的多層構造無紡布，然后通 過熱粘結方式形成。該發(fā)明旨在提供一種耐熱無紡布，并且有良好的尺寸穩(wěn)定性。該無紡 布采用紡粘、熔噴方法復合制備，存在設備投資大、成本高的缺點；由于采用不同結晶度的 纖維層疊而成，不僅對聚合物的紡絲工藝提出了更高的要求，而且結晶度不同，會引起纖維 軟化、熔融等熱性能差異，在熱粘結過程中可能會出現(xiàn)粘結力不足、層間剝離傾向、無法穩(wěn) 定生產等問題。美國專利2007/0161309 Al號公開了一種無紡布基材的制作方法，將短纖和粘合 纖維均勻混合后經熱軋成型，其中粘合纖維包括聚苯硫醚纖維。制成的無紡布基材中短纖 含量至少5%重量份，粘合纖維至少5%重量份。該專利詳細描述了不同組分、不同截面形態(tài) 纖維間的混合，并重點介紹了聚苯硫醚纖維和其它纖維間的混合，其中包括經過牽伸的聚 苯硫醚纖維和未經牽伸的聚苯硫醚纖維混合熱軋而形成的無紡布基材。但專利中未明確該 無紡布的具體用途、纖維的成網形式、具體熱軋工藝等，因此也就無法從絕緣紙的角度對各 項性能進行分析和比較。美國專利4454189號介紹了一種聚苯硫醚紙及其制法，它是將聚苯硫醚聚合物擠 出成長絲后，再經高速空氣牽伸，最后熱軋加固形成聚苯硫醚纖維紙。該制備方法采用熔融 擠出工藝，設備投資大，而且由于聚苯硫醚聚合物熔點高，熔融工藝難以控制，擠出的長絲 性能不穩(wěn)定。

發(fā)明內容
針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是，提供一種聚苯硫醚纖維絕 緣紙的制備方法。該制備方法工藝簡單，控制容易，操作方便，能耗低，產品耐高溫，絕緣性 優(yōu)良，阻燃性好，耐化學腐蝕，容易工業(yè)化實施。本發(fā)明解決所述技術問題的技術方案是，設計一種聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備方 法，該制備方法采用100%聚苯硫醚纖維作為原料，經過2—3道開松、高速梳理，縱橫向90 度交叉鋪網后，再經熱軋工藝制得；所述聚苯硫醚纖維的長度為20— 78mm，纖度為0. 7— 8. Odtex ；所述高速梳理的速度為1200— 1600m/min ；所述熱軋工藝使用平板式熱軋機或者 軋輥式熱軋機，采用軋輥式熱軋機時的參數(shù)設計為熱軋溫度240— 282°C，輥速2 — 20m/ min，熱軋壓力200—2000N/cm ；采用平板熱軋機時的參數(shù)設計為熱軋溫度240—282°C，熱 軋壓力2 — 30MPa，熱軋時間10 — 50min，正反面分別熱軋1一2次。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備方法工藝簡單，沒有使用 特殊或新設備，一般相關企業(yè)的常規(guī)設備即可適用本發(fā)明制備方法，因此工業(yè)化實施容易；本發(fā)明制備方法不添加任何填料或其他纖維，也無特殊工藝要求，控制容易，產品性能優(yōu) 良，質量穩(wěn)定；本發(fā)明制備方法能耗低，無污染，符合現(xiàn)代生產要求。
具體實施例方式
下面結合實例進一步介紹本發(fā)明
本發(fā)明設計的聚苯硫醚纖維絕緣紙(簡稱絕緣紙)的制備方法(簡稱制備方法)，該制備 方法采用100%聚苯硫醚纖維作為原料，經過2— 3道開松、高速梳理，縱橫向90度交叉鋪 網后，再經熱軋工藝制得；所述聚苯硫醚纖維的長度為20— 78mm，纖度為0. 7—8. Odtex ； 所述高速梳理的速度為1200— 1600m/min ；所述熱軋工藝使用平板式熱軋機或者軋輥式熱 軋機，采用軋輥式熱軋機時的參數(shù)設計為熱軋溫度240—282°C，輥速2—20m/min，熱軋壓 力200—2000N/cm ；采用平板熱軋機時的參數(shù)設計為熱軋溫度240— 282°C，熱軋壓力2— 30MPa，熱軋時間10 — 50min，正反面分別熱軋1一2次。本發(fā)明制備方法采用的原料100%為聚苯硫醚纖維，長度為20— 78mm，纖度為 0. 7-8. Odtex0由于聚苯硫醚纖維屬于熱塑性纖維，在加熱加壓過程中，會發(fā)生軟化、熔融 等熱變化，因此不加入其他纖維，也不添加任何填料，纖網便會實現(xiàn)良好粘結，而且可以充 分發(fā)揮聚苯硫醚纖維的特性和優(yōu)點，保證和提高產品質量，并使工藝簡單，控制容易。在本發(fā)明制備方法中所述的開松、梳理成網工藝本身系現(xiàn)有技術。一般企業(yè)所具 有的開松和梳理成網設備均可實現(xiàn)該工藝。在本發(fā)明制備方法中，纖維原料只需要使用開 松機進行2—3道開松，減少了常規(guī)無紡布制備方法中的混合工序，因此減少了對設備的要 求，降低了能耗，節(jié)約了成本。在本發(fā)明制備方法中，梳理工藝中采用的高速梳理工藝，即梳 理速度高于常規(guī)無紡布的梳理速度，可以達到1200— 1600m/min，因此可提高生產效率，增 加產量。在本發(fā)明制備方法中，由于梳理出的纖網很薄，如果鋪網時采用常規(guī)的交叉鋪網， 纖網縱橫向強力比很大，本發(fā)明設計采用縱橫向90度交叉鋪網的鋪網工藝，可以使纖維在 纖網中的各個角度方向上分布更加均勻，降低了縱橫向強力比。與濕法相比，梳理成網工藝 簡單，能耗低，不用添加分散劑等助劑；與聚合物成網法比較，梳理成網設備投資小。本發(fā)明制備方法中，所述的熱軋工藝是關鍵工序。所述熱軋設備可以使用平板式 熱軋機或者無紡布常用的軋輥式熱軋機。當采用軋輥式熱軋機時，其參數(shù)設計為熱軋溫度 240—282°C，輥速2-20m/min，熱軋壓力200—2000N/cm ；當采用平板熱軋機時，其參數(shù)設計 為熱軋溫度240— 282°C，熱軋壓力2 — 30MPa，熱軋時間10 — 50min，正反面分別熱軋的次 數(shù)為1一2次；所述正反面分別熱軋的次數(shù)可以相同，也可以不相同，熱軋次數(shù)取決于產品 要求和工藝設計。本發(fā)明制備方法采用的熱軋溫度低于聚苯硫醚纖維的熔點，但高于常規(guī) 含聚苯硫醚纖維復合紙的熱軋溫度，這樣可以使纖維得到良好的粘結，增加成品的機械強 度和緊度，更接近于紙質材料產品。在實際工業(yè)生產中，考慮到效率和能耗問題，本發(fā)明優(yōu) 先選用軋輥式熱軋機。本發(fā)明制備方法系物理機械方法，沒有化學助劑污染，也不使用濕法造紙技術離 不開的水，能耗低，資源省，益環(huán)保。本發(fā)明制備方法所得產品性能與芳綸絕緣紙一樣，都屬于H級耐高溫絕緣紙，但 與芳綸紙相比，聚苯硫醚纖維絕緣紙成本更低。僅在原料價格上，芳綸纖維就達到14萬元/ 噸，而聚苯硫醚纖維僅約10萬元/噸，并且本發(fā)明聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備工藝比芳綸纖維絕緣紙的制備工藝簡單的多，具有明顯的競爭優(yōu)勢。采用本發(fā)明的聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備方法可直接制得聚苯硫醚纖維絕緣紙， 該絕緣紙的厚度為0. 05—0. 3mm，克重為40— 300g/m2，介電強度為彡17kv/mm，介電常數(shù)為 4. 8—5. 2，介電損耗因數(shù)為0. 002—0. 005，體積電阻率為8 X IO14 Ω · m，在180°C時熱收縮 率<0. 5%，具有良好的性能。本發(fā)明絕緣紙屬于H級絕緣紙，可用于電動機、發(fā)電機、變壓器 等電氣設備中。本發(fā)明聚苯硫醚纖維絕緣紙和410型Nomex絕緣紙的具體檢驗指標對比如表1所 示
表1聚苯硫醚纖維絕緣紙和410型Nomex絕緣紙的性能指標對比
權利要求
一種聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備方法，該制備方法采用100%聚苯硫醚纖維作為原料，經過2—3道開松、高速梳理，縱橫向90度交叉鋪網后，再經熱軋工藝制得；所述聚苯硫醚纖維的長度為20—78mm，纖度為0.7—8.0dtex；所述高速梳理的速度為1200—1600m/min；所述熱軋工藝使用平板式熱軋機或者軋輥式熱軋機，采用軋輥式熱軋機時的參數(shù)設計為熱軋溫度240—282℃，輥速2—20m/min，熱軋壓力200—2000N/cm；采用平板熱軋機時的參數(shù)設計為熱軋溫度240—282℃，熱軋壓力2—30MPa，熱軋時間10—50min，正反面分別熱軋1—2次。
2.根據(jù)權利要求1所述的聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備方法，其特征在于所述熱軋工藝 使用軋輥式熱軋機，參數(shù)設計為熱軋溫度240—282°C，輥速2—20m/min，熱軋壓力200— 2000N/cm。
3.一種聚苯硫醚纖維絕緣紙，其特征在于該絕緣紙采用權利要求1所述的聚苯硫醚 纖維絕緣紙的制備方法制造，絕緣紙的厚度為0. 05—0. 30mm,克重為40— 300g/m2，介電 強度為> 17kv/mm,介電常數(shù)4. 8 —5. 2，介電損耗因數(shù)為0. 002—0. 005，體積電阻率為 8 X IO14 Ω · m，在180°C時熱收縮率彡0. 5%。
全文摘要
本發(fā)明公開一種聚苯硫醚纖維絕緣紙的制備方法，該制備方法采用100%聚苯硫醚纖維作為原料，經過2—3道開松、高速梳理，縱橫向90度交叉鋪網后，再經熱軋工藝制得；所述聚苯硫醚纖維的長度為20—78mm，纖度為0.7—8.0dtex；所述高速梳理的速度為1200—1600m/min；所述熱軋工藝使用平板式熱軋機或者軋輥式熱軋機，采用軋輥式熱軋機時的參數(shù)設計為熱軋溫度240—282℃，輥速2—20m/min，熱軋壓力200—2000N/cm；采用平板熱軋機時的參數(shù)設計為熱軋溫度240—282℃，熱軋壓力2—30MPa，熱軋時間10—50min，正反面分別熱軋的1—2次。
文檔編號D04H1/44GK101949082SQ201010267320
公開日2011年1月19日 申請日期2010年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者焦曉寧, 王樺, 程博聞, 肖鵬遠 申請人:天津工業(yè)大學