一种电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高性能特种纸产品领域，具体地，涉及一种电性能可控的聚酰亚胺纸 的制备方法，以及该方法制备的电性能可控的聚酰亚胺纸。
【背景技术】
[0002]随着我国尚铁、大飞机、运输机等尚新技术的飞速发展，对于尚性能电绝缘材料、 抗静电材料、防电晕材料的温度等级和功能性提出了更高的要求。长期以来，以杜邦公司 NOMEX系列纸产品为代表的芳纶纸，因为具有耐高温、高强度和高绝缘等性能特点，一直是 制备高性能电机、干式变压器、航空纸蜂窝等设备或产品所必不可少的关键材料，且该产品 曾长期处于垄断状态。近年来，因为原料芳纶纤维的逐渐国产化，国产芳纶纸的研发和生产 取得了一定的进步。然而，芳纶纸由于原料化学结构的限制，长期使用温度通常在220Γ以 内，已经难以满足对于更高温度和功能性的使用要求。
[0003] 聚酰亚胺纤维是近年来发展起来的一种高性能有机纤维，具有优异的耐高温性 能、力学强度、绝缘性能、耐腐蚀性能、耐辐照性能和低吸水率的性能特点。该纤维的玻璃化 温度可达400°C，热分解温度高于550°C，可在300°C的条件下长期使用，热性能明显高于芳 纶纤维，且我国在该纤维的技术水平处于世界领先地位。采用聚酰亚胺纤维制备聚酰亚胺 纸能够有效的提升高性能特种纸产品的绝缘温度和绝缘等级。现有技术主要通过聚酰胺酸 短切纤维经湿法抄纸并热压成型制备，得到的纸强度与芳纶纸还有很大差距。另外，现有技 术制备的聚酰亚胺纸虽然具有良好的绝缘性能和耐温性能，但却并不具备耐电晕和抗静电 等功能，严重限制了其在绝缘材料中的大范围推广应用。
[0004] 针对以上问题，开发一种效率高、设备投入小、操作简单，适合于工业化持续生产 的电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法非常必要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是为了克服现有技术中聚酰亚胺纸电性能不可控、纸强度较低、且 生产成本偏高等缺陷，提供一种电性能可控的聚酰亚胺纸及其制备方法。
[0006] 因此，为了实现上述目的，本发明提供了一种电性能可控的聚酰亚胺纸的制备方 法，该方法包括：
[0007] (1)将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析 纤维分散在水溶液中，或者将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维 分散在水溶液中，再将聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导 电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纤维，制得 含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶 液；
[0008] (2)将步骤(1)得到产物依次进行抄纸、辊压和烘干；
[0009] (3)将步骤(2)得到产物进行热压处理。
[0010] 另一方面，本发明提供了上述方法制备的电性能可控的聚酰亚胺纸。
[0011] 本发明的方法中使用了聚酰胺酸沉析纤维，该纤维是一种全新的具有高比表面积 和活性基团的聚酰胺酸纤维，其高比表面积的性能特点使其能够在聚酰亚胺短切纤维、聚 酰亚胺导电纤维、聚酰亚胺沉析纤维的表面起到很好的包覆和粘结作用。然后通过高温热 压即可完成从聚酰胺酸到聚酰亚胺的转变，形成具有高度交联结构的聚酰亚胺纸。本发明 还创造性的采用聚酰亚胺导电纤维为关键原料，通过纤维表面的金属层起到电荷传导作 用，通过纤维基体起到短纤维在纸中的支撑作用，通过调整聚酰亚胺导电纤维的用量以控 制聚酰亚胺纸的电性能，既兼顾了成纸的力学性能，又赋予了一定的电荷传输能力。本发明 所提供的产品和制备方法，可实现对高性能聚酰亚胺纸电性能的有效调控，简化聚酰亚胺 纸的生产步骤，丰富聚酰亚胺纸产品的品种形式，大幅度提高我国在高性能特种纸领域的 研究水平，满足更高使用温度下对于抗静电、防电晕等电性能的特殊要求。
[0012] 本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【具体实施方式】
[0013] 一方面，本发明提供了 一种电性能可控的聚酰亚胺纸的制备方法，该方法包括：
[0014] (1)将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析 纤维分散在水溶液中，或者将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维 分散在水溶液中，再将聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导 电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸沉析纤维，制得 含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶 液；
[0015] (2)将步骤(1)得到产物依次进行抄纸、辊压和烘干；
[0016] (3)将步骤(2)得到产物进行热压处理。
[0017]根据本发明所述的方法，步骤(1)中，优选地，聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤 维、聚酰胺酸沉析纤维、聚酰亚胺沉析纤维的重量比为1:0.1-10:1-10:0.1-0.5,更优选为1 :0.5-2:3-10:0.1-0.2，从而能够制得电性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸。
[0018] 本发明一种【具体实施方式】中，将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸 沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，制得含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电 纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液，然后再进行步骤(2)。
[0019] 本发明的另一种【具体实施方式】中，将聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚 酰亚胺沉析纤维分散在水溶液中，将聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚酰亚胺短切纤 维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸形成聚酰胺酸 沉析纤维，制得含聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉 析纤维的水溶液，其中，可以先制备聚酰胺酸，再将含聚酰胺酸的溶液在搅拌条件下于含有 聚酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺 酸形成聚酰胺酸沉析纤维，也可以直接用一定浓度的聚酰胺酸溶液在搅拌条件下于含有聚 酰亚胺短切纤维、聚酰亚胺导电纤维和聚酰亚胺沉析纤维的水溶液中沉析以使得聚酰胺酸 形成聚酰胺酸沉析纤维，其中，无论是先制备聚酰胺酸还是直接用商购的聚酰胺酸制备聚 酰胺酸水溶液，聚酰胺酸的浓度只要能够使得步骤（1)制得的水溶液中分散有聚酰亚胺短 切纤维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维，且聚酰亚胺短切纤 维、聚酰亚胺导电纤维、聚酰胺酸沉析纤维和聚酰亚胺沉析纤维的重量比在上述优选范围 内即可。在沉析聚酰胺酸的方法中，搅拌条件包括:搅拌速度优选为300-2000r/min，更优选 为600-1000r/min，搅拌时间优选为l-50min，更优选为l-35min;沉析的温度优选为25-80 °C，更优选为30-50°C。
[0020] 根据本发明所述的方法，优选地，该方法还包括:步骤（1)得到的水溶液中还含有 功能填料。更优选地，聚酰亚胺短切纤维与功能填料的重量比为1:0.01-1，从而能够制得电 性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸。
[0021] 本发明可以通过添加不同类型的功能填料，进一步对该聚酰亚胺纸的电性能进行 调控，比如具有良好导电性能的炭黑、石墨粉、石墨烯、碳纳米管和金属粉中的至少一种，或 者具有良好绝缘性能的云母、二氧化硅气凝胶、空心玻璃微球中的至少一种，或者具有导热 性能的氮化硼、碳化硅、氮化铝、氧化铝、氧化镁和氧化锌中的至少一种。优选为石墨烯和/ 或云母，从而能够进一步实现对聚酰亚胺纸电性能的调控。
[0022]根据本发明所述的方法，聚酰亚胺短切纤维可以为本领域常规的聚酰亚胺短切纤 维，其长度可以为l-10mm。
[0023] 根据本发明所述的方法，聚酰亚胺导电纤维可以为本领域常规的聚酰亚胺导电纤 维，优选地，聚酰亚胺导电纤维的平均长度为2-10mm，电阻率小于10- 5Ω · cm，更优选地，电 阻率为HT6-KT5 Ω · cm，从而能够制得电性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸。
[0024] 根据本发明所述的方法，优选地，聚酰胺酸沉析纤维的平均长度为0.1-10_，比表 面积为15-65m2/g，从而能够制得电性能可控且纸强度较高的聚酰亚胺纸，更优选地，该聚 酰胺酸沉析纤维为自制。
[0025] 根据本发明所述的方法，优选地，聚酰亚胺沉析纤维的平均长度为0.1-10_，比表 面积为15-55m2/g，该聚酰亚胺沉析纤维可以用常规的聚酰亚胺纤维浆柏替代，也可以自 制，优选为自制。
[0026] 聚酰胺酸沉析纤维的制备方法优选包括：（1)将胺类单体和酸酐类单体在极性溶 剂中反应生成聚酰胺酸产物；（2)将步骤(1)得到的产物稀释至聚酰胺酸浓度为1-14重量％ 且粘度小于500cp，然后将稀释后的溶液在搅拌条件下注入沉淀剂中，制得聚酰胺酸沉析纤 维;其中，所述沉淀剂为水、乙醇、甲醇、丙酮和甲苯中的至少一种。
[0027] 制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中，所述胺类单体为本领域各种胺类，例如 可以为二元胺和/或三元胺，优选为二元胺，更优选为六氟二胺、联苯二胺、3，4-二氨基二苯 醚、4，V -二氨基-4〃-羟基三苯甲烷中的至少一种。
[0028] 制备聚酰胺酸沉析纤维方法的步骤(1)中，所述酸酐类单体可以本领域各种酸酐， 例如可以为二元酐和/或三元酐，优选为二元酐，更优选为均苯四甲酸二酐，3,3'，4,4'_联 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'-联苯四酸二酐中的至少一种，最优选为2,3,3'，4'-联苯四酸二酐、