一種電性能可控的聚酰亞胺紙及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高性能特種紙產(chǎn)品領(lǐng)域，具體地，涉及一種電性能可控的聚酰亞胺紙 的制備方法，以及該方法制備的電性能可控的聚酰亞胺紙。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國(guó)尚鐵、大飛機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等尚新技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)于尚性能電絕緣材料、 抗靜電材料、防電暈材料的溫度等級(jí)和功能性提出了更高的要求。長(zhǎng)期以來(lái)，以杜邦公司 NOMEX系列紙產(chǎn)品為代表的芳綸紙，因?yàn)榫哂心透邷?、高?qiáng)度和高絕緣等性能特點(diǎn)，一直是 制備高性能電機(jī)、干式變壓器、航空紙蜂窩等設(shè)備或產(chǎn)品所必不可少的關(guān)鍵材料，且該產(chǎn)品 曾長(zhǎng)期處于壟斷狀態(tài)。近年來(lái)，因?yàn)樵戏季]纖維的逐漸國(guó)產(chǎn)化，國(guó)產(chǎn)芳綸紙的研發(fā)和生產(chǎn) 取得了一定的進(jìn)步。然而，芳綸紙由于原料化學(xué)結(jié)構(gòu)的限制，長(zhǎng)期使用溫度通常在220Γ以 內(nèi)，已經(jīng)難以滿足對(duì)于更高溫度和功能性的使用要求。
[0003] 聚酰亞胺纖維是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種高性能有機(jī)纖維，具有優(yōu)異的耐高溫性 能、力學(xué)強(qiáng)度、絕緣性能、耐腐蝕性能、耐輻照性能和低吸水率的性能特點(diǎn)。該纖維的玻璃化 溫度可達(dá)400°C，熱分解溫度高于550°C，可在300°C的條件下長(zhǎng)期使用，熱性能明顯高于芳 綸纖維，且我國(guó)在該纖維的技術(shù)水平處于世界領(lǐng)先地位。采用聚酰亞胺纖維制備聚酰亞胺 紙能夠有效的提升高性能特種紙產(chǎn)品的絕緣溫度和絕緣等級(jí)?，F(xiàn)有技術(shù)主要通過(guò)聚酰胺酸 短切纖維經(jīng)濕法抄紙并熱壓成型制備，得到的紙強(qiáng)度與芳綸紙還有很大差距。另外，現(xiàn)有技 術(shù)制備的聚酰亞胺紙雖然具有良好的絕緣性能和耐溫性能，但卻并不具備耐電暈和抗靜電 等功能，嚴(yán)重限制了其在絕緣材料中的大范圍推廣應(yīng)用。
[0004] 針對(duì)以上問(wèn)題，開(kāi)發(fā)一種效率高、設(shè)備投入小、操作簡(jiǎn)單，適合于工業(yè)化持續(xù)生產(chǎn) 的電性能可控的聚酰亞胺紙及其制備方法非常必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中聚酰亞胺紙電性能不可控、紙強(qiáng)度較低、且 生產(chǎn)成本偏高等缺陷，提供一種電性能可控的聚酰亞胺紙及其制備方法。
[0006] 因此，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電性能可控的聚酰亞胺紙的制備方 法，該方法包括：
[0007] (1)將聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰胺酸沉析纖維和聚酰亞胺沉析 纖維分散在水溶液中，或者將聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維和聚酰亞胺沉析纖維 分散在水溶液中，再將聚酰胺酸溶液在攪拌條件下于含有聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo) 電纖維和聚酰亞胺沉析纖維的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纖維，制得 含聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰胺酸沉析纖維和聚酰亞胺沉析纖維的水溶 液；
[0008] (2)將步驟(1)得到產(chǎn)物依次進(jìn)行抄紙、輥壓和烘干；
[0009] (3)將步驟(2)得到產(chǎn)物進(jìn)行熱壓處理。
[0010] 另一方面，本發(fā)明提供了上述方法制備的電性能可控的聚酰亞胺紙。
[0011] 本發(fā)明的方法中使用了聚酰胺酸沉析纖維，該纖維是一種全新的具有高比表面積 和活性基團(tuán)的聚酰胺酸纖維，其高比表面積的性能特點(diǎn)使其能夠在聚酰亞胺短切纖維、聚 酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰亞胺沉析纖維的表面起到很好的包覆和粘結(jié)作用。然后通過(guò)高溫?zé)?壓即可完成從聚酰胺酸到聚酰亞胺的轉(zhuǎn)變，形成具有高度交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺紙。本發(fā)明 還創(chuàng)造性的采用聚酰亞胺導(dǎo)電纖維為關(guān)鍵原料，通過(guò)纖維表面的金屬層起到電荷傳導(dǎo)作 用，通過(guò)纖維基體起到短纖維在紙中的支撐作用，通過(guò)調(diào)整聚酰亞胺導(dǎo)電纖維的用量以控 制聚酰亞胺紙的電性能，既兼顧了成紙的力學(xué)性能，又賦予了一定的電荷傳輸能力。本發(fā)明 所提供的產(chǎn)品和制備方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)高性能聚酰亞胺紙電性能的有效調(diào)控，簡(jiǎn)化聚酰亞胺 紙的生產(chǎn)步驟，豐富聚酰亞胺紙產(chǎn)品的品種形式，大幅度提高我國(guó)在高性能特種紙領(lǐng)域的 研究水平，滿足更高使用溫度下對(duì)于抗靜電、防電暈等電性能的特殊要求。
[0012] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說(shuō)明。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 一方面，本發(fā)明提供了 一種電性能可控的聚酰亞胺紙的制備方法，該方法包括：
[0014] (1)將聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰胺酸沉析纖維和聚酰亞胺沉析 纖維分散在水溶液中，或者將聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維和聚酰亞胺沉析纖維 分散在水溶液中，再將聚酰胺酸溶液在攪拌條件下于含有聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo) 電纖維和聚酰亞胺沉析纖維的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纖維，制得 含聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰胺酸沉析纖維和聚酰亞胺沉析纖維的水溶 液；
[0015] (2)將步驟(1)得到產(chǎn)物依次進(jìn)行抄紙、輥壓和烘干；
[0016] (3)將步驟(2)得到產(chǎn)物進(jìn)行熱壓處理。
[0017]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，步驟(1)中，優(yōu)選地，聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖 維、聚酰胺酸沉析纖維、聚酰亞胺沉析纖維的重量比為1:0.1-10:1-10:0.1-0.5,更優(yōu)選為1 :0.5-2:3-10:0.1-0.2，從而能夠制得電性能可控且紙強(qiáng)度較高的聚酰亞胺紙。
[0018] 本發(fā)明一種【具體實(shí)施方式】中，將聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰胺酸 沉析纖維和聚酰亞胺沉析纖維分散在水溶液中，制得含聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電 纖維、聚酰胺酸沉析纖維和聚酰亞胺沉析纖維的水溶液，然后再進(jìn)行步驟(2)。
[0019] 本發(fā)明的另一種【具體實(shí)施方式】中，將聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維和聚 酰亞胺沉析纖維分散在水溶液中，將聚酰胺酸溶液在攪拌條件下于含有聚酰亞胺短切纖 維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維和聚酰亞胺沉析纖維的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸 沉析纖維，制得含聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰胺酸沉析纖維和聚酰亞胺沉 析纖維的水溶液，其中，可以先制備聚酰胺酸，再將含聚酰胺酸的溶液在攪拌條件下于含有 聚酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維和聚酰亞胺沉析纖維的水溶液中沉析以使得聚酰胺 酸形成聚酰胺酸沉析纖維，也可以直接用一定濃度的聚酰胺酸溶液在攪拌條件下于含有聚 酰亞胺短切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維和聚酰亞胺沉析纖維的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸 形成聚酰胺酸沉析纖維，其中，無(wú)論是先制備聚酰胺酸還是直接用商購(gòu)的聚酰胺酸制備聚 酰胺酸水溶液，聚酰胺酸的濃度只要能夠使得步驟（1)制得的水溶液中分散有聚酰亞胺短 切纖維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰胺酸沉析纖維和聚酰亞胺沉析纖維，且聚酰亞胺短切纖 維、聚酰亞胺導(dǎo)電纖維、聚酰胺酸沉析纖維和聚酰亞胺沉析纖維的重量比在上述優(yōu)選范圍 內(nèi)即可。在沉析聚酰胺酸的方法中，攪拌條件包括:攪拌速度優(yōu)選為300-2000r/min，更優(yōu)選 為600-1000r/min，攪拌時(shí)間優(yōu)選為l-50min，更優(yōu)選為l-35min;沉析的溫度優(yōu)選為25-80 °C，更優(yōu)選為30-50°C。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，該方法還包括:步驟（1)得到的水溶液中還含有 功能填料。更優(yōu)選地，聚酰亞胺短切纖維與功能填料的重量比為1:0.01-1，從而能夠制得電 性能可控且紙強(qiáng)度較高的聚酰亞胺紙。
[0021] 本發(fā)明可以通過(guò)添加不同類型的功能填料，進(jìn)一步對(duì)該聚酰亞胺紙的電性能進(jìn)行 調(diào)控，比如具有良好導(dǎo)電性能的炭黑、石墨粉、石墨烯、碳納米管和金屬粉中的至少一種，或 者具有良好絕緣性能的云母、二氧化硅氣凝膠、空心玻璃微球中的至少一種，或者具有導(dǎo)熱 性能的氮化硼、碳化硅、氮化鋁、氧化鋁、氧化鎂和氧化鋅中的至少一種。優(yōu)選為石墨烯和/ 或云母，從而能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)聚酰亞胺紙電性能的調(diào)控。
[0022]根據(jù)本發(fā)明所述的方法，聚酰亞胺短切纖維可以為本領(lǐng)域常規(guī)的聚酰亞胺短切纖 維，其長(zhǎng)度可以為l-10mm。
[0023] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，聚酰亞胺導(dǎo)電纖維可以為本領(lǐng)域常規(guī)的聚酰亞胺導(dǎo)電纖 維，優(yōu)選地，聚酰亞胺導(dǎo)電纖維的平均長(zhǎng)度為2-10mm，電阻率小于10- 5Ω · cm，更優(yōu)選地，電 阻率為HT6-KT5 Ω · cm，從而能夠制得電性能可控且紙強(qiáng)度較高的聚酰亞胺紙。
[0024] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，聚酰胺酸沉析纖維的平均長(zhǎng)度為0.1-10_，比表 面積為15-65m2/g，從而能夠制得電性能可控且紙強(qiáng)度較高的聚酰亞胺紙，更優(yōu)選地，該聚 酰胺酸沉析纖維為自制。
[0025] 根據(jù)本發(fā)明所述的方法，優(yōu)選地，聚酰亞胺沉析纖維的平均長(zhǎng)度為0.1-10_，比表 面積為15-55m2/g，該聚酰亞胺沉析纖維可以用常規(guī)的聚酰亞胺纖維漿柏替代，也可以自 制，優(yōu)選為自制。
[0026] 聚酰胺酸沉析纖維的制備方法優(yōu)選包括：（1)將胺類單體和酸酐類單體在極性溶 劑中反應(yīng)生成聚酰胺酸產(chǎn)物；（2)將步驟(1)得到的產(chǎn)物稀釋至聚酰胺酸濃度為1-14重量％ 且粘度小于500cp，然后將稀釋后的溶液在攪拌條件下注入沉淀劑中，制得聚酰胺酸沉析纖 維;其中，所述沉淀劑為水、乙醇、甲醇、丙酮和甲苯中的至少一種。
[0027] 制備聚酰胺酸沉析纖維方法的步驟(1)中，所述胺類單體為本領(lǐng)域各種胺類，例如 可以為二元胺和/或三元胺，優(yōu)選為二元胺，更優(yōu)選為六氟二胺、聯(lián)苯二胺、3，4-二氨基二苯 醚、4，V -二氨基-4〃-羥基三苯甲烷中的至少一種。
[0028] 制備聚酰胺酸沉析纖維方法的步驟(1)中，所述酸酐類單體可以本領(lǐng)域各種酸酐， 例如可以為二元酐和/或三元酐，優(yōu)選為二元酐，更優(yōu)選為均苯四甲酸二酐，3,3'，4,4'_聯(lián) 苯四甲酸二酐， 3，3 '，4，4 ' _二苯醚四酸二酐，六氟四酸二酐，3，3/，4，4/ -二苯酮四酸二酐和 2,3,3'，4'-聯(lián)苯四酸二酐中的至少一種，最優(yōu)選為2,3,3'，4'-聯(lián)苯四酸二酐、