新型杂萘联苯聚芳醚腈(酮) 耐高温绝缘漆的研制

新型杂萘联苯聚芳醚腈(酮) 耐高温绝缘漆的研制

阎庆玲,王锦艳,王明晶,刘志勇,李树奇,蹇锡高
(大连理工大学高分子材料系,辽宁大连116012)

1  引 言
航天航空事业和微电子工业的发展对绝缘材料的耐温性能及阻燃性能提出了更高的要求。新型高性能飞机的设计和制造对绝缘材料的要求越来越高,有的航空电机要求长期在250 ℃工作,短期290 ℃,瞬间高达420 ℃左右。这样就给绝缘结构提出十分苛刻的要求。漆包线作为绝缘设备的核心组件,其性能的优劣对促进电气设备向大容量、高电压、小体积和重量轻的方向发展至关重要。近20 年来,耐高温绝缘涂料主要包括聚酰胺、聚酰亚胺及聚酰胺酰亚胺树脂类[1~4 ] ,如Du pont 公司的聚酰亚胺清漆(Pyre2ML) 及Amoco 公司的聚酰胺酰亚胺(A1) 涂料。但是由于所有的酰胺、酰亚胺类材料都或多或少地存在着耐湿热性差的缺点,因而极大地限制了它们在航空、宇航等领域的应用。聚醚砜(酮) 树脂虽然具有很好的耐湿热性,但一直以来这类材料溶解性都比较差,只能用于制备耐高温压塑料,而不能广泛地应用于其它绝缘领域,中科院长春应用化学研究所开发的可溶性聚醚砜树脂[5 ] ,可用于制备220 级漆包线,但酚酞侧基的存在使树脂的稳定性差。因此,开发新型H 级以上绝缘涂料,对于工业和新技术的发展具有深远的意义。新型杂萘联苯聚芳醚腈系列高性能聚合物是本研究组新近开发成功的耐高温共聚物[6 ] 。兼具耐高温可溶解性能,因而除可用于云母制品和层压塑料外,还可广泛地应用于绝缘漆、层压板、薄膜及纤维纸等绝缘领域。与国外通用的改性聚酰亚胺类绝缘材料相比,除具有更高的耐热性外,还有优异的耐湿热性,有更广阔的市场竞争力。并且由于反应活性基团- CN 的存在,聚合物在加热条件下能够发生交联反应[7~10 ] 可以使材料的热稳定性得到进一步的提高。本文主要报道不同的链段结构对耐高温绝缘漆性能的影响。

2  实 验
2. 1  原料及试剂
N ,N-二甲基乙酰胺(DMAc) 为工业品,其余溶剂为试剂级;马口铁板为市购;圆铜线,由大连长城电缆厂提供,500 ℃软化炉软化;聚芳醚腈树脂,制备方法参考文献[12 ] 。
2. 2  实验方法
2. 2. 1  绝缘漆及漆膜的制备
将聚合物(特性粘度η= 0. 45~0. 55dL/ g) 搅拌溶解于由DMAc 等不同沸点溶剂所配制成的混合溶剂中,溶液中聚合物的固含量( 质量分数) 为12 %~18 %。添加偶联剂、流平剂等助剂,静置备用。参照国家标准GB/ T 1727279 将上述绝缘漆制成膜,并在固定温度下烘干固化。
2. 2. 2  漆包线涂线工艺
采用立式漆包机, 进出口炉温分别为380 和480 ℃,收线速度为8 m/ min ,漆温为20~50 ℃,漆液涂4 粘度为30~80s。
2. 3  分析测试
涂料附着力参照国家标准GB/ T 1720289 测定;涂料柔韧性参照国家标准GB/ T 1731293 测定; 涂料冲击强度参照国家标准GB/ T 1732293 测定。漆包线性能参考国家标准GB/ T4074283 漆包线试验方法;GB/ T6109288 漆包线绕组线产品标准测定。

3  结果与讨论
3. 1  聚合物中腈酮比对绝缘漆膜机械性能的影响
以腈/ 酮(N/ K) 比值对涂层机械性能变化作图,(见图1) ,从图1 (a) 可见,随着K的增加,附着力下降,这是由于漆膜附着力是聚合物中极性基团作用的结果, —CN 对金属的亲和力比—CO 强,更容易得到电子,故电子易从金属移向漆膜,使界面产生接触电势,并形成双电层,产生静电引力,因此随着K 含量的增加,涂层附着力下降;涂膜的柔韧性和冲击性与N/ K变化也不呈线性关系,这是因为涂膜的柔韧性和冲击性不只与成膜物结构相关,与涂层附着力也密切相关。可以看出,当N/ K= 3/ 1 ,2/ 1 ,1/ 1 时,涂层的各项性能都比较好。

图1  腈/ 酮比对涂层附着力、冲击强度和柔韧性的影响
 为了进一步考察腈酮含量对涂层性能的影响,用上述3 种聚合物制成漆包线,考察其在铜上的附着性和柔韧性。结果见表1 。
表1  腈/ 酮比对漆包线圆棒卷绕性能的影响

 从表1 可以看出,当N/ K= 1/ 1 时,涂层的柔韧性和附着力最好,因此在应用时采用N/ K= 1/ 1 的PPEN K树脂为主要成膜物。

3. 2  不同共聚物结构对绝缘漆膜性能的影响
聚合时,改变双酚或双卤单体,聚合物分子结构式如图2 ,进一步考察涂层性能变化。

图2  聚合物分子结构式
表2 给出不同共聚物结构对绝缘漆膜性能的影响。从表2 看出,以二氟双酮代替二氟酮单体,增加了重复单元中—CO 的含量,涂层的柔韧性和附着力都有所下降;而分子链重复单元中只有—CN (即PPEN) ,使分子链刚性增强,涂层柔韧性和抗冲击性能有所降低;当在聚合物链段中引入异丙基基团( PPEN2BPA) ,虽然分子链柔性基团含量有所增加,但由于分子链的极性和具有扭曲结构的DHPZ 含量下降了,涂层附着力和柔韧性也有所下降。这也进一步说明了,漆膜具有良好的机械性能是- CN 和- CO 以及杂萘联苯结构共同作用的结果。

3. 3  漆包线的综合性能测试结果
以PPEN K(N/ K = 1/ 1) 树脂为成膜物制成漆包线,对漆包线各项性能进行了测试。从表3 可以看出,和C 级聚酰亚胺漆包线国家标准对比,PPEN K漆包线的刮破力、回弹性和击穿电压均优于标准;特别是热冲击温度为470 ℃,远远高于标准要求的240 ℃。可见以PPEN K为基料制得的漆包线有优异的机械性能、电性能和热性能。
表3  PPEN K漆包线的综合性能

 a :漆包线的综合性能测试按国标GB/ T6109288 标准进行。
4  结 论
含有杂萘联苯结构的聚芳醚腈(酮) 树脂可以用来制备绝缘漆,其中腈、酮的含量对绝缘漆的机械性能有很大的影响,当N/ K= 1/ 1 (摩尔比) 时,能够制得性能优异的耐高温绝缘涂料和漆包线。以PPEN K 为成膜物制得的漆包线,其机械性能、电性能、热性能远远超过C 级聚酰亚胺漆包线国家标准,领先于国内国际先进水平,具有广泛的市场前景。

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