一種絕緣芳綸材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種絕緣芳綸材料及其制備方法。該方法先將芳綸基體材料干燥至含水率低于2％，配置預(yù)處理液，預(yù)處理液維持恒溫(25‐100)℃條件下，對(duì)芳綸基體材料進(jìn)行預(yù)處理，在壓力為(0.1‐100)MPa條件下進(jìn)行致密化加工，浸泡和洗滌，進(jìn)行高壓光處理，獲得高結(jié)構(gòu)致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表面。在厚度為0.02‐2.0mm時(shí)，絕緣芳綸紙抗拉強(qiáng)度為(70‐200)MPa，彈性模量為(2.0‐10.0)GPa，介電強(qiáng)度為(25‐60)kV/mm，耐溫度性能為(‐50‐210)℃，本發(fā)明工藝環(huán)境友好、成本低，材料無(wú)需涂布或其他表面處理，即可投入運(yùn)用，產(chǎn)品的綜合性能優(yōu)于美國(guó)杜邦芳綸紙的相關(guān)指標(biāo)。
【專利說(shuō)明】一種絕緣芳綸材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種絕緣芳綸材料，特別是涉及一種超高性能新型絕緣芳綸材料及其 制備方法，該超高性能新型絕緣芳綸材料可在耐高溫和絕緣領(lǐng)域，如航空航天、汽車、軍事 戰(zhàn)車、微波爐、船舶、導(dǎo)彈等軍民領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 芳綸絕緣材料作為一種新型的高絕緣性能特種材料，近些年來(lái)在許多的軍事、民 用領(lǐng)域獲得重要應(yīng)用。我國(guó)芳綸絕緣材料產(chǎn)業(yè)雖然近些年來(lái)獲得了較快速的發(fā)展，但與國(guó) 外發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)水平仍差距很大，部分關(guān)鍵技術(shù)仍為國(guó)外有關(guān)公司壟斷，因其價(jià)格昂貴， 阻礙我國(guó)相關(guān)芳綸絕緣材料產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。目前主要的絕緣芳綸材料主要通過(guò)造紙濕法 抄造工藝制造，再通過(guò)壓光等工序?qū)崿F(xiàn)結(jié)構(gòu)致密和表面光滑的芳綸絕緣材料。也有部分采 用干法水刺法無(wú)紡工藝制造芳綸無(wú)紡布絕緣材料，但這種無(wú)紡絕緣芳綸材料難以形成致密 的結(jié)構(gòu)和光滑表面，嚴(yán)重限制其廣泛應(yīng)用。上述兩類絕緣芳綸材料均會(huì)因結(jié)構(gòu)疏松或孔隙 率高等因素造成材料的整體性能和結(jié)構(gòu)致密性存在很大的上升空間，而目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此采 取的技術(shù)手段主要為高溫、高壓條件下的壓光處理，但因芳綸纖維的高彈性和延展性等因 素，無(wú)法從根本上使絕緣芳綸材料的結(jié)構(gòu)致密化和高性能化。本發(fā)明專利提出采用高效溶 解體系對(duì)芳綸纖維的表面進(jìn)行部分溶解的新方法，并對(duì)絕緣芳綸材料進(jìn)行致密化加工，制 造超高性能的絕緣芳綸材料，在不改變材料基本性質(zhì)前提下，實(shí)現(xiàn)絕緣芳綸材料的高性能 化加工。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0003] 本發(fā)明專利的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中絕緣芳綸材料的結(jié)構(gòu)致密性和高性 能化兩個(gè)方面內(nèi)容，提供一種生產(chǎn)成本低廉和超高力學(xué)強(qiáng)度性能和絕緣性能的絕緣芳綸紙 及其制備方法。
[0004] 現(xiàn)有國(guó)產(chǎn)絕緣芳綸材料都有應(yīng)用航空航天、汽車等領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)，但其強(qiáng)度性能和 絕緣性能與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家有一定差距；而本發(fā)明提出的一種新型絕緣芳綸紙及其新的制造 方法，可大大提升其強(qiáng)度性能和絕緣性能，符合工業(yè)生產(chǎn)的技術(shù)要求，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉， 目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有這種制造方法的報(bào)道。
[0005] 本發(fā)明的原理在于將預(yù)溶解體系對(duì)芳綸纖維的表面進(jìn)行深度潤(rùn)漲達(dá)到部分的溶 解，并在中溫壓力條件下實(shí)現(xiàn)芳綸纖維的自焊接與自增強(qiáng)，填補(bǔ)孔隙結(jié)構(gòu)，使材料結(jié)構(gòu)致密 化和表面光滑，而這些過(guò)程完全可通過(guò)現(xiàn)有的工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備與條件（如果浸漬、涂布、輥壓 等）實(shí)現(xiàn)工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，制造一種新型的超高性能絕緣芳綸材料。
[0006] 本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0007] -種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0008] (1)芳綸基體材料的干燥：將芳綸基體材料干燥至含水率低于2% ;
[0009] (2)預(yù)處理液的配置：預(yù)處理液為濃硫酸或者是預(yù)處理液為無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)溶劑 組成的復(fù)合處理液；復(fù)合處理液的配置方法是將無(wú)機(jī)鹽烘干至含水率低于2%后，將其在 (50 - 110) °C分散并全溶解于有機(jī)溶劑中，無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0. 1 - 99 :100,全 溶解完畢后靜置以備用；所述的無(wú)機(jī)鹽為氯化鋰、溴化鋰；所述的有機(jī)溶劑為N，N -二甲基 乙酰胺、N，N -二甲基甲酰胺或乙酸乙酯；
[0010] ⑶預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟⑵所配置的預(yù)處理液維持恒溫（25 - 100) °C條件 下，對(duì)芳綸基體材料進(jìn)行預(yù)處理，芳綸基體材料上預(yù)處理液的加載量為（〇. 1 - 200) g/m2。
[0011] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸基體材料在壓力為 (0. 1 - 100)Mpa，溫度為（30 - 120)°C條件下進(jìn)行致密化加工，時(shí)間為（0. 1 - 60)min ;
[0012] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟⑷處理后的芳綸基體材料在（25 - 80) °C下條件下進(jìn)行 浸泡和洗滌，去除大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)；
[0013] (6)高壓工藝：將經(jīng)步驟（5)洗滌完畢的的芳綸基體材料在壓力為（0 - 300) Mpa， 溫度為（30 - 300) °C條件下進(jìn)行高壓光處理（0. 1 - 60)min，以獲得高結(jié)構(gòu)致密的纖維結(jié)構(gòu) 以及平整光亮的材料表面，經(jīng)高壓處理后的材料取出。
[0014] 優(yōu)選地，所述芳綸基體材料是以對(duì)位芳酰胺纖維（PPTA)和間位芳酰胺纖維 (PMIA)為兩種主要化學(xué)結(jié)構(gòu)的纖維，經(jīng)過(guò)常規(guī)的無(wú)紡工藝或造紙抄造工藝制造芳綸纖維無(wú) 紡布或芳綸紙，其克重為（5 - 250) g/m2。
[0015] 步驟（1)所述干燥是在105°c條件下干燥。
[0016] 所述的預(yù)處理液對(duì)芳綸基體材料預(yù)處理加工包括浸漬、噴淋和涂布加工中的一種 或多種的組合。
[0017] 所述的涂布包括旋轉(zhuǎn)涂布、輥涂、浸漬提升、簾式淋涂、繞線棒涂布或刮漿刀涂布。
[0018] 所述致密化加工包括連續(xù)或間歇式輥壓和平壓中一的種或兩種結(jié)合。
[0019] 所述的洗滌是采用水、乙醇或異丙醇作為洗滌液。
[0020] 本發(fā)明還保護(hù)一種高性能絕緣芳綸材料，有上述所述制造方法制得，厚度為 0. 02 -2. 0mm時(shí)，所得絕緣芳綸紙的抗拉強(qiáng)度為（70 -200)Mpa，彈性模量為（2. 0 -10. 0)Gpa， 介電強(qiáng)度為（25 - 60)kV/mm，耐溫度性能為（-50 - 210) °C。
[0021] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0022] 1.本發(fā)明所得絕緣芳綸材料在厚度為0. 05 -2. 0mm時(shí)，具有高性能，其中抗拉強(qiáng)度 為70 - 200MPa、彈性模量為2. 0 - 10. OGPa，介電強(qiáng)度Wie25 - 60kV/mm的高絕緣性能，耐溫 度性能為-50 - 210°C。
[0023] 2.本發(fā)明方法相比傳統(tǒng)的造紙法及干法制造的芳綸紙材料具有工藝簡(jiǎn)單、性能優(yōu) 異、環(huán)境友好和成本低等特點(diǎn)，產(chǎn)品的綜合性能接近或優(yōu)于美國(guó)杜邦芳綸紙的相關(guān)指標(biāo)。
[0024] 3.本發(fā)明的一種絕緣芳綸材料的制備方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、無(wú)污染和等優(yōu) 點(diǎn)。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0025] 圖1(a)為實(shí)施例1的芳綸纖維材料處理前的掃描電鏡圖；
[0026] 圖1(b)為實(shí)施例1的芳綸纖維材料處理后的掃描電鏡圖；
[0027] 圖2 (a)實(shí)施例1所得芳綸材料（1#)、美國(guó)杜邦芳綸紙（2#)、絕緣芳綸纖維無(wú)紡布 材料（3#)的縱向抗拉強(qiáng)度對(duì)比情況圖；
[0028] 圖2 (b)實(shí)施例1所得新型芳綸材料（1#)、美國(guó)杜邦芳綸紙（2#)、絕緣芳綸纖維無(wú) 紡布材料（3#)的橫向抗拉強(qiáng)度對(duì)比情況圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，需要 說(shuō)明的是，本發(fā)明要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)施例表述的范圍。
[0030] 下面實(shí)施例中，拉伸強(qiáng)度、彈性模量測(cè)試采用IS07500 - 1和IS09513國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)測(cè)試；介電強(qiáng)度參照ASTM D149標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試；耐高溫性能參照GB/T11026. 3 - 2006 進(jìn)行測(cè)試；材料厚度測(cè)試按照GB/T20220 - 2006進(jìn)行；材料單位面積上的克重按照NF Q01 - 003 - 1975 進(jìn)行測(cè)試。
[0031] 實(shí)施例1
[0032] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0033] (1)芳綸基體材料的干燥：將間位芳酰胺纖維（PMIA)基芳綸無(wú)紡布材料在105°C 條件下干燥至含水率低于2%，克重為65g/m 2 ;
[0034] (2)預(yù)處理液的配置：在氯化鋰（LiCl)粉末烘干至含水率低于2 %后，將其在 6〇°C分散并全溶解于N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)溶劑中，氯化鋰（LiCl)與N，N-二甲基乙 酰胺（DMAc)溶劑質(zhì)量比為1 :10,全溶解完畢后靜置以備用；
[0035] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟⑵所配置的LiCl/DMAc預(yù)處理液維持恒溫（60°C ) 條件下，對(duì)絕緣芳綸無(wú)紡布材料進(jìn)行浸漬處理，絕緣芳綸無(wú)紡布材料上預(yù)處理液的加載量 為 10g/m2 ;
[0036] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的浸漬處理后的絕緣芳綸無(wú)紡布材料 在間歇式平壓機(jī)上以溫度90°C和壓力為lOMpa壓制時(shí)間為5min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表 面部分溶解的絕緣芳綸無(wú)紡布材料；
[0037] (5)洗滌工藝：將步驟（4)初步處理后的絕緣芳綸無(wú)紡布材料在25°C下條件進(jìn)行 水洗滌，去除大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)；
[0038] (6)高壓工藝：將經(jīng)步驟（5)洗滌完畢的絕緣芳綸無(wú)紡布材料在間歇式平壓機(jī)上， 以溫度l〇〇°C和壓力20Mpa壓制lOmin進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整 光亮的材料表面，經(jīng)高壓處理后的材料取出；
[0039] 經(jīng)過(guò)上述步驟的系列處理加工，絕緣芳綸無(wú)紡布材料（絕緣芳綸材料）由多孔 性的疏松結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)致密的高強(qiáng)度芳綸材料，表面光滑且整體質(zhì)感強(qiáng)。采用掃描電 鏡SEM技術(shù)對(duì)芳綸無(wú)紡布的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行深度掃描，從圖1(a)中可看出，絕緣芳綸無(wú)紡布 材料是由許多單根芳綸纖維構(gòu)成的結(jié)構(gòu)極為疏松的整體，如圖1(a)所示，纖維形態(tài)完整且 幾乎沒(méi)有粘結(jié)，而經(jīng)過(guò)本發(fā)明的技術(shù)處理后其表面出現(xiàn)許多分絲結(jié)構(gòu)形態(tài)，很少出現(xiàn)完整 的單根芳綸纖維形態(tài)結(jié)構(gòu)，而被分解為許多的細(xì)小纖維絲狀物質(zhì)，其互相交織與粘接，構(gòu)成 孔隙率低且結(jié)構(gòu)致密的新型芳綸材料，其原理是通過(guò)高效溶劑在較短程度上對(duì)芳綸纖維表 面進(jìn)行部分的溶解，達(dá)到許多根芳綸纖維部分的分離與膠粘作用，如圖1(b)所示。采用 INSTR0N5565拉伸壓縮材料試驗(yàn)機(jī)并參照國(guó)際測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)IS07500 - 1、IS09513對(duì)本發(fā)明技 術(shù)加工的新型芳綸材料、美國(guó)杜邦芳綸紙、絕緣芳綸纖維無(wú)紡布材料進(jìn)行縱、橫向抗拉強(qiáng)度 的測(cè)試與對(duì)比分析（測(cè)試速度：l〇mm/min)，經(jīng)過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施例制備的新型芳綸 材料具有優(yōu)異的縱向和橫向抗拉強(qiáng)度（分別為77MPa、56MPa)，明顯高于國(guó)外進(jìn)口的美國(guó)杜 邦芳綸紙（縱向和橫向抗拉強(qiáng)度分別為34MPa、20MPa)，是芳綸無(wú)紡布材料的2 - 3倍（縱 向和橫向抗拉強(qiáng)度分別為71MPa、34MPa)，如圖2(a)，圖2(b)所示。本實(shí)施例制備的新型芳 綸材料的縱、橫向彈性模量分別為2770, 2186MPa，美國(guó)杜邦芳綸紙的縱、橫向彈性模量分別 為1576, 1072MPa，而絕緣芳綸纖維無(wú)紡布材料的縱、橫向彈性模量分別為122, 33MPa。通過(guò) 在擊穿電壓測(cè)試儀上按照ASTM D149標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試其介電常數(shù)（測(cè)試介質(zhì)為空氣，升壓速 率0. 5Kv/秒，恒定時(shí)間30秒），其介電強(qiáng)度為32Kv/mm ;按照GB/T 11026. 3 - 2006測(cè)試其 耐高溫性能可達(dá)206°C;材料厚度測(cè)試為0. 12mm，克重為64g/m2。表明經(jīng)過(guò)上述處理后極少 部分的芳綸纖維損失，歸因于溶解的部分芳綸經(jīng)過(guò)水或醇洗滌后流失。上述結(jié)果表明本發(fā) 明制造的高性能絕緣芳綸材料具有比普通絕緣芳綸紙或芳綸無(wú)紡布更高的性能優(yōu)勢(shì)，包括 強(qiáng)度性能和介電強(qiáng)度，與美國(guó)杜邦同類芳綸紙相比具有優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明方法不僅可直接由無(wú) 紡布等芳綸纖維材料轉(zhuǎn)換為超高性能的芳綸新材料，還可以降低加工成本，對(duì)現(xiàn)有工藝設(shè) 備進(jìn)行部分改造即可投入工業(yè)化運(yùn)行。
[0040] 實(shí)施例2
[0041] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0042] (1)芳綸基體材料的干燥：將間位芳酰胺纖維（PMIA)基芳綸原紙?jiān)?05°C條件下 干燥至含水率低于2%，克重為40g/m 2 ;
[0043] (2)預(yù)處理液的配置：在氯化鋰（LiCl)烘干至含水率低于2%后，將其在80°C分 散并全溶解于N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)溶劑中，氯化鋰（LiCl)無(wú)機(jī)鹽與N，N-二甲基乙 酰胺（DMAc)溶劑的質(zhì)量比為6 :100,全溶解完畢后靜置以備用；
[0044] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟⑵所配置的預(yù)處理液維持恒溫40°C條件下，對(duì)芳綸 原紙進(jìn)行旋轉(zhuǎn)涂布處理，芳綸原紙上預(yù)處理液的加載量為4g/m 2 ;
[0045] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸原紙?jiān)谶B續(xù)式平壓 機(jī)上以溫度70°C和壓力為5Mpa壓制時(shí)間為3min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解的芳 綸原紙材料；
[0046] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸原紙?jiān)?5°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去除 大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0047] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸原紙?jiān)陂g歇式平壓機(jī)上，以溫度120°C和壓力 30Mpa壓制5min進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表面。
[0048] 經(jīng)檢測(cè)，經(jīng)過(guò)上述工藝處理后絕緣芳綸材料的厚度為0. 08mm，克重為39g/m2,縱、
[0049] 橫向拉伸強(qiáng)度分別為51、39MPa，縱、橫向彈性模量分別為2120、1863MPa，介電強(qiáng) 度為26Kv/mm ;耐高溫性能可達(dá)201°C。
[0050] 實(shí)施例3
[0051] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0052] (1)芳綸基體材料的干燥：將對(duì)位芳酰胺纖維（PPTA)基芳綸原紙?jiān)?05°C條件下 干燥至含水率低于2%,克重為45g/m 2 ;
[0053] (2)預(yù)處理液的配置：在氯化鋰（LiCl)烘干至含水率低于2%后，將其在80°C分 散并全溶解于N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)溶劑中，氯化鋰（LiCl)無(wú)機(jī)鹽與N，N-二甲基 乙酰胺（DMAc)溶劑的質(zhì)量比為15:100,全溶解完畢后靜置以備用；
[0054] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫80°C條件下，對(duì)芳綸 原紙進(jìn)行輥涂涂布處理，芳綸原紙上預(yù)處理液的加載量為l〇g/m 2 ;
[0055] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸原紙?jiān)陂g歇式平壓 機(jī)上以溫度l〇〇°C和壓力為2Mpa壓制時(shí)間為5min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解的 芳綸原紙材料；
[0056] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸原紙?jiān)?5°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去除 大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0057] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸原紙?jiān)谶B續(xù)式平壓機(jī)上，以溫度120°C和壓力 25Mpa壓制12min進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表面。
[0058] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳纟侖材料的厚度為0. 09mm，克重為44g/m2,縱、橫向拉伸 強(qiáng)度分別為62、45MPa，縱、橫向彈性模量分別為1998、1875MPa，介電強(qiáng)度為31Kv/mm ;耐高 溫性能可達(dá)210°C。
[0059] 實(shí)施例4
[0060] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0061] (1)芳纟侖基體材料的干燥：將間位芳酰胺纖維（PMIA)基芳纟侖無(wú)紡布在105°C條件 下干燥至含水率低于2%，克重為80g/m 2 ;
[0062] (2)預(yù)處理液的配置：在溴化鋰（LiBr)烘干至含水率低于2%后，將其在80°C分 散并全溶解于N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)溶劑中，溴化鋰（LiBr)無(wú)機(jī)鹽與N，N-二甲基乙 酰胺（DMAc)溶劑的質(zhì)量比為12 :100,全溶解完畢后靜置以備用；
[0063] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫60°C條件下，對(duì)芳綸 無(wú)紡布進(jìn)行簾式淋涂處理，芳綸無(wú)紡布上預(yù)處理液的加載量為12g/m 2 ;
[0064] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸無(wú)紡布在連續(xù)式輥 壓機(jī)上以溫度80°C和壓力為4Mpa壓制時(shí)間為4min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解的 芳綸無(wú)紡布材料；
[0065] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸無(wú)紡布在40°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去 除大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0066] (6)高壓工藝：洗滌完畢的絕緣芳綸無(wú)紡布材料在連續(xù)式輥壓機(jī)上，以溫度150°C 和壓力30Mpa壓制6min進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表 面。
[0067] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳纟侖材料的厚度為0. 148mm，克重為79g/m2,縱、橫向拉 伸強(qiáng)度分別為80、71MPa，縱、橫向彈性模量分別為2988、2541MPa，介電強(qiáng)度為35Kv/mm ;耐 高溫性能可達(dá)210°C。
[0068] 實(shí)施例5
[0069] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0070] (1)芳綸基體材料的干燥：將間位芳酰胺纖維（PMIA)基芳綸原紙?jiān)?05°C條件下 干燥至含水率低于2 %，克重為30g/m2 ;
[0071] (2)預(yù)處理液的配置：在溴化鋰（LiBr)烘干至含水率低于2%后，將其在80°C分 散并全溶解于N，N -二甲基甲酰胺（DMF)中，溴化鋰（LiBr)無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量與N，N -二甲基甲 酰胺（DMF)溶劑的質(zhì)量比為1:5,全溶解完畢后靜置以備用；
[0072] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫60°C條件下，對(duì)芳綸 原紙進(jìn)行刮漿刀涂布處理，芳綸原紙上預(yù)處理液的加載量為20g/m 2 ;
[0073] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸原紙?jiān)陂g歇式輥壓 機(jī)上以溫度120°C和壓力為5Mpa壓制時(shí)間為lOmin，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解的 芳綸原紙材料；
[0074] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸原紙?jiān)?0°C下條件下進(jìn)行乙醇洗滌，去 除大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0075] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸原紙材料在間歇式輥壓機(jī)上，以溫度200°C和壓力 lOOMpa壓制lOmin進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表面。
[0076] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳纟侖材料的厚度為0. 03mm，克重為29g/m2,縱、橫向拉伸 強(qiáng)度分別為45、31MPa，縱、橫向彈性模量分別為1433、998MPa，介電強(qiáng)度為39Kv/mm ;耐高溫 性能可達(dá)206 °C。
[0077] 實(shí)施例6
[0078] -種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0079] (1)芳綸基體材料的干燥：將對(duì)位芳酰胺纖維（PPTA)基芳綸原紙?jiān)?05°C條件下 干燥至含水率低于2 %，克重為150g/m2 ;
[0080] (2)預(yù)處理液的配置：在氯化鋰（LiCl)烘干至含水率低于2%后，將其在80°C分 散并全溶解于N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)中，氯化鋰（LiCl)無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量與N，N-二甲基乙 酰胺（DMAc)溶劑的質(zhì)量比為12 :100,全溶解完畢后靜置以備用；
[0081] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫80°C條件下，對(duì)芳綸 原紙進(jìn)行刮漿刀涂布處理，芳綸原紙上預(yù)處理液的加載量為15g/m 2 ;
[0082] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸原紙?jiān)陂g歇式輥壓 機(jī)上以溫度80°C和壓力為50Mpa壓制時(shí)間為30min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解的 芳綸原紙材料；
[0083] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸原紙?jiān)?5°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去除 大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0084] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸紙材料在間歇式平壓機(jī)上，以溫度160°C和壓力 150Mpa壓制5min進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表面。
[0085] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳給材料的厚度為0. 12mm，克重為149g/m2,縱、橫向拉 伸強(qiáng)度分別為160、145MPa，縱、橫向彈性模量分別為3992、3115MPa，介電強(qiáng)度為45Kv/mm ; 耐高溫性能可達(dá)210°C。
[0086] 實(shí)施例7
[0087] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0088] (1)芳綸基體材料的干燥：將間位芳酰胺纖維（PMIA)基芳綸無(wú)紡布在105°C條件 下干燥至含水率低于2%，克重為250g/m 2 ;
[0089] (2)預(yù)處理液的配置：在氯化鋰（LiCl)烘干至含水率低于2%后，將其在80°C分 散并全溶解于N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)中，氯化鋰（LiCl)無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量與N，N-二甲基乙 酰胺（DMAc)溶劑的質(zhì)量配比1:5,全溶解完畢后靜置以備用；
[0090] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫80°C條件下，對(duì)芳綸 無(wú)紡布進(jìn)行刮漿刀涂布處理，芳綸無(wú)紡布上預(yù)處理液的加載量為50g/m2 ;
[0091] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸無(wú)紡布在間歇式平 壓機(jī)上以溫度ll〇°C和壓力為90Mpa壓制時(shí)間為60min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶 解的芳綸無(wú)紡布材料；
[0092] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸無(wú)紡布在25°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去 除大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0093] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸無(wú)紡布材料在間歇式輥壓機(jī)上，以溫度250°C和壓 力250Mpa壓制25min進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表 面。
[0094] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳給材料的厚度為0. 25mm，克重為248g/m2,縱、橫向拉 伸強(qiáng)度分別為290、227MPa，縱、橫向彈性模量分別為8520、6954MPa，介電強(qiáng)度為42Kv/mm ; 耐高溫性能可達(dá)210°C。
[0095] 實(shí)施例8
[0096] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0097] (1)芳綸基體材料的干燥：將間位芳酰胺纖維（PMIA)基芳綸無(wú)紡布在105°C條件 下干燥至含水率低于2%，克重為15g/m 2 ;
[0098] (2)預(yù)處理液的配置：在氯化鋰（LiCl)烘干至含水率低于2%后，將其在100°C分 散并全溶解于N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)中，氯化鋰（LiCl)無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量與N，N-二甲基乙 酰胺（DMAc)溶劑的質(zhì)量比為1:10,全溶解完畢后靜置以備用；
[0099] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫60°C條件下，對(duì)芳綸 無(wú)紡布進(jìn)行刮漿刀涂布處理，芳綸無(wú)紡布上預(yù)處理液的加載量為50g/m 2 ;
[0100] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸無(wú)紡布在連續(xù)式平 壓機(jī)上以溫度90°C和壓力為50Mpa壓制時(shí)間為lOmin，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解 的芳綸無(wú)紡布材料；
[0101] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸無(wú)紡布在25°C下條件下進(jìn)行異丙醇洗 滌，去除大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0102] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸無(wú)紡布材料在連續(xù)式輥壓機(jī)上，以溫度200°C和壓 力120Mpa壓制lOmin進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表 面。
[0103] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳給材料的厚度為0. 02mm，克重為14g/m2,縱、橫向拉伸 強(qiáng)度分別為32、21MPa，縱、橫向彈性模量分別為350、280MPa，介電強(qiáng)度為24Kv/mm ;耐高溫 性能可達(dá)210°C。
[0104] 實(shí)施例9
[0105] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0106] (1)芳綸基體材料的干燥：將間位芳酰胺纖維（PMIA)基芳綸原紙?jiān)?05°C條件下 干燥至含水率低于2%，克重為100g/m 2 ;
[0107] (2)預(yù)處理液的配置：在溴化鋰（LiBr)烘干至含水率低于2%后，將其在100°C分 散并全溶解于N，N-二甲基乙酰胺（DMAc)中，溴化鋰（LiBr)無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量與N，N-二甲基乙 酰胺（DMAc)溶劑的質(zhì)量比為15:100,全溶解完畢后靜置以備用；
[0108] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫80°C條件下，對(duì)芳綸 原紙進(jìn)行噴淋處理，芳綸原紙上預(yù)處理液的加載量為25g/m 2 ;
[0109] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸原紙?jiān)陂g歇式平壓 機(jī)上以溫度120°C和壓力為6Mpa壓制時(shí)間為15min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解 的芳綸無(wú)紡布材料；
[0110] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸原紙?jiān)?0°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去除 大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0111] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸原紙材料在連續(xù)式輥壓機(jī)上，以溫度260°C和壓力 250Mpa壓制lmin進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表面。
[0112] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳纟侖材料的厚度為0. 156mm，克重為97g/m2,縱、橫向拉 伸強(qiáng)度分別為122、98MPa，縱、橫向彈性模量分別為5556、4789MPa，介電強(qiáng)度為52Kv/mm ;耐 高溫性能可達(dá)208 °C。
[0113] 實(shí)施例10
[0114] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0115] (1)芳綸基體材料的干燥：將對(duì)位芳酰胺纖維（PPTA)芳綸原紙?jiān)?05°C條件下干 燥至含水率低于2 %，克重為60g/m2 ;
[0116] (2)預(yù)處理液的配置：在溴化鋰（LiBr)烘干至含水率低于2%后，將其在100°C分 散并全溶解于N，N-二甲基甲酰胺（DMF)中，溴化鋰（LiBr)無(wú)機(jī)鹽質(zhì)量與N，N-二甲基甲 酰胺（DMF)溶劑的質(zhì)量比為12:100,全溶解完畢后靜置以備用；
[0117] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫35°C條件下，對(duì)芳綸 原紙進(jìn)行浸漬處理，芳綸原紙上預(yù)處理液的加載量為18g/m 2 ;
[0118] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸原紙?jiān)陂g歇式平壓 機(jī)上以溫度70°C和壓力為60Mpa壓制時(shí)間為15min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解的 芳綸原紙材料；
[0119] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸原紙?jiān)?5°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去除 大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0120] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸紙材料在連續(xù)式輥壓機(jī)上，以溫度60°C和壓力 270Mpa壓制50min進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表面。
[0121] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳纟侖材料的厚度為0. 115mm，克重為58g/m2,縱、橫向拉 伸強(qiáng)度分別為70、58MPa，縱、橫向彈性模量分別為2125、1985MPa，介電強(qiáng)度為25Kv/mm ;耐 高溫性能可達(dá)208 °C。
[0122] 實(shí)施例11
[0123] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0124] (1)芳綸基體材料的干燥：將對(duì)位芳酰胺纖維（PPTA)芳綸原紙?jiān)?05°C條件下干 燥至含水率低于2 %，克重為120g/m2 ;
[0125] (2)預(yù)處理液的配置：將高濃硫酸（質(zhì)量濃度98% )降低至室溫完畢后靜置以備 用；
[0126] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫25°C條件下，對(duì)芳綸 原紙進(jìn)行浸漬處理，芳綸原紙上預(yù)處理液的加載量為5g/m 2 ;
[0127] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸無(wú)紡布在間歇式平 壓機(jī)上以溫度60°C和壓力為lOMpa壓制時(shí)間為lmin，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解 的芳綸無(wú)紡布材料；
[0128] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸原紙?jiān)?5°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去除 大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0129] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸原紙材料在連續(xù)式輥壓機(jī)上，以溫度150°C和壓力 180Mpa壓制20min進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表面。
[0130] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳纟侖材料的厚度為0. 155mm，克重為115g/m2,縱、橫向拉 伸強(qiáng)度分別為89、71MPa，縱、橫向彈性模量分別為2899、2544MPa，介電強(qiáng)度為26Kv/mm ;耐 高溫性能可達(dá)205 °C。
[0131] 實(shí)施例12
[0132] 一種絕緣芳綸材料的制備方法，包括如下步驟和工藝條件：
[0133] (1)芳綸基體材料的干燥：將對(duì)位芳酰胺纖維（PPTA)芳綸原紙?jiān)?05°C條件下干 燥至含水率低于2 %，克重為80g/m2 ;
[0134] (2)預(yù)處理液的配置：預(yù)處理液的配置：在氯化鋰（LiCl)烘干至含水率低于2% 后，將其在80°C分散并溶解于乙酸乙酯中，氯化鋰（LiCl)無(wú)機(jī)鹽與乙酸乙酯溶劑的質(zhì)量比 為8:100,全溶解完畢后靜置以備用；；
[0135] (3)預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟（2)所配置的預(yù)處理液維持恒溫25°C條件下，對(duì)芳綸 原紙進(jìn)行浸漬處理，芳綸原紙上預(yù)處理液的加載量為25g/m 2 ;
[0136] (4)纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸原紙?jiān)陂g歇式平壓 機(jī)上以溫度80°C和壓力為60Mpa壓制時(shí)間為12min，實(shí)現(xiàn)致密化加工，獲得表面部分溶解的 芳綸原紙材料；
[0137] (5)洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸原紙?jiān)?5°C下條件下進(jìn)行水洗滌，去除 大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)。
[0138] (6)高壓工藝：洗滌完畢的芳綸原紙材料在間歇式平壓機(jī)上，以溫度1800°C和壓 力120Mpa壓制30min進(jìn)行高壓光處理，以獲得高致密的纖維結(jié)構(gòu)以及平整光亮的材料表 面。
[0139] 經(jīng)過(guò)上述工藝處理后新型芳給材料的厚度為0. 139mm，克重為79g/m2,縱、橫向拉 伸強(qiáng)度分別為99、81MPa，縱、橫向彈性模量分別為3122、2998MPa，介電強(qiáng)度為39Kv/mm ;耐 高溫性能可達(dá)209 °C。
【權(quán)利要求】
1. 一種絕緣芳綸材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟和工藝條件： (1) 芳綸基體材料的干燥：將芳綸基體材料干燥至含水率低于2% ; (2) 預(yù)處理液的配置：預(yù)處理液為濃硫酸或者是預(yù)處理液為無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)溶劑組 成的復(fù)合處理液；復(fù)合處理液的配置方法是將無(wú)機(jī)鹽烘干至含水率低于2%后，將其在 (50 - 110) °C分散并全溶解于有機(jī)溶劑中，無(wú)機(jī)鹽與有機(jī)溶劑的質(zhì)量比為0. 1 - 99 :100,全 溶解完畢后靜置以備用；所述的無(wú)機(jī)鹽為氯化鋰、溴化鋰；所述的有機(jī)溶劑為N，N -二甲基 乙酰胺、N，N -二甲基甲酰胺或乙酸乙酯； (3) 預(yù)處理工藝過(guò)程：將步驟⑵所配置的預(yù)處理液維持恒溫（25 - 100) °C條件下，對(duì) 芳綸基體材料進(jìn)行預(yù)處理，芳綸基體材料上預(yù)處理液的加載量為（0. 1 - 200) g/m2。 (4) 纖維表面部分溶解：將步驟（3)所獲得的預(yù)處理后的芳綸基體材料在壓力為 (0. 1 - 100)Mpa，溫度為（30 - 120)°C條件下進(jìn)行致密化加工，時(shí)間為（0. 1 - 60)min ; (5) 洗滌工藝：將經(jīng)步驟（4)處理后的芳綸基體材料在（25 - 80) °C下條件下進(jìn)行浸泡 和洗滌，去除大部分的預(yù)處理液和鞏固纖維結(jié)構(gòu)； (6) 高壓工藝：將經(jīng)步驟（5)洗滌完畢的的芳綸基體材料在壓力為（0 - 300) Mpa，溫度 為（30 - 300) °C條件下進(jìn)行高壓光處理（0. 1 - 60)min，以獲得高結(jié)構(gòu)致密的纖維結(jié)構(gòu)以及 平整光亮的材料表面，經(jīng)高壓處理后的材料取出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣芳綸材料的制備方法，其特征在于，所述芳綸基體材料 是以對(duì)位芳酰胺纖維和間位芳酰胺纖維為兩種主要化學(xué)結(jié)構(gòu)的纖維，經(jīng)過(guò)常規(guī)的無(wú)紡工藝 或造紙抄造工藝制造芳纟侖纖維無(wú)紡布或芳纟侖紙，其克重為（5 - 250) g/m2。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣芳綸材料的制備方法，其特征在于，步驟（1)所述干燥是 在105°C條件下干燥。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣芳綸材料的制備方法，其特征在于，所述的預(yù)處理液對(duì) 芳綸基體材料預(yù)處理加工包括浸漬、噴淋和涂布加工中的一種或多種的組合。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣芳綸材料的制備方法，其特征在于，所述的涂布包括旋 轉(zhuǎn)涂布、輥涂、浸漬提升、簾式淋涂、繞線棒涂布或刮漿刀涂布。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣芳綸材料的制備方法，其特征在于，所述致密化加工包 括連續(xù)或間歇式輥壓和平壓中一的種或兩種結(jié)合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣芳綸材料的制備方法，其特征在于，所述的洗滌是采用 水、乙醇或異丙醇作為洗滌液。
8. -種絕緣芳綸材料的制備方法，其特征在在于其由權(quán)利要求1 -7任一項(xiàng)所述制造方 法制得，厚度為0. 05 - 2. 0mm時(shí)，所得絕緣芳綸紙的抗拉強(qiáng)度為（70 - 200) Mpa，彈性模量為 (2. 0 - 10. 0)Gpa，介電強(qiáng)度為（25 - 60)kV/mm，耐溫度性能為（-50 - 210) °C。
【文檔編號(hào)】D21H17/66GK104088131SQ201410284559
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年6月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月23日
【發(fā)明者】劉德桃, 陳進(jìn)波, 陳克復(fù) 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)