硅树脂涂层芳纶纸及其制造方法和应用与流程

本发明属于绝缘材料技术领域，尤其是一种硅树脂涂层芳纶纸及其制造方法和应用。

背景技术

随着国家对环保的重视程度越来越高，新能源产业借着政策的鼓励和扶持，发展得如火如荼。这几年，特别是新能源产业，已经成长为一个欣欣向荣的朝阳产业。新能源汽车市场不断增长的同时，新能源汽车电机的市场需求也在不断增长，并且对新能源电机性能提出了更高的要求。

新能源汽车电机是特指应用在新能源电动汽车上的电动机，电动汽车作为一种特殊的乘用设备，对安全性和可靠性要求高。而作为电动汽车“心脏”的电动机的性能要求就更高，因此，需要对电机的绝缘系统以及绝缘系统普遍使用的芳纶绝缘材料提出新的更高要求。

20世纪60年代，美国杜邦公司发明了具有耐高温、阻燃性能的高性能间位芳纶纤维，并以此为原料开发并量产了间位芳纶纸。其具有较好的热稳定性、阻燃性、耐高温绝缘性和化学稳定性，因此被广泛应用于航空航天、交通、电子等领域，特别是电机绝缘材料的应用上。

现有芳纶纸通常采用间位芳纶短切纤维、间位芳纶浆粕、粘结剂复合成型。芳纶纸由于其特殊的材料属性和成型方法，其微观结构上存在一些空隙，一般用孔隙率表征。由于存在孔隙率，这些空隙在微观的空间结构上表现为交错分布，并没有对穿，所以在干燥状态下，电气性能特别是介电性能非常好。一旦这些具有一定孔隙的芳纶纸在特殊条件下使用，特别是空气湿度大、盐雾浓度大、甚至是盐水浸透的恶劣条件下使用时，其介电性能会骤降至80％以上，工作状态下极易造成击穿而导致电机故障甚至引起安全事故。

技术实现要素：

针对目前芳纶纸在空气湿度大、盐雾浓度大或者盐水浸透等恶劣环境使用时介电性能出现大幅度下降而导致击穿等问题，本发明提供一种硅树脂涂层芳纶纸及其制造方法。

进一步地，本发明还提供该硅树脂涂层芳纶纸在电机领域中的应用。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种硅树脂涂层芳纶纸，包括芳纶纸以及粘结于所述芳纶纸表面的粘接层，还包括粘结于所述粘接层表面的硅树脂涂层。

相应地，一种硅树脂涂层芳纶纸的制造方法，至少包括以下步骤：

步骤s01.采用稀酸对表面洁净的芳纶纸进行酸活化处理，并采用去离子水洗涤、烘干待用；

步骤s02.将硅烷偶联剂溶液涂覆于步骤s01处理后的芳纶纸表面，使其粘结于所述芳纶纸上，形成硅氧活化基团，经固化处理，获得粘接层；

步骤s03.将环氧改性有机硅涂料涂覆于步骤s02得到的粘接层表面，经固化处理，得到硅烷树脂涂层。

以及，相应地，一种新能源汽车电机绝缘材料，所述绝缘材料为如上所述的硅树脂涂层芳纶纸。

本发明的有益效果为：

相对于现有技术，本发明的硅树脂涂层芳纶纸，由于在芳纶纸表面先形成粘接层，使得芳纶纸表面具有良好的表面活性，再于粘接层上层叠形成硅树脂涂层，使得芳纶纸表现出良好的防盐、防盐雾、防水浸透性能，同时还具有良好的耐候性，在雨水浸透、盐水浸透或者盐雾后，介电性能不发生变化，表现出良好的安全性和可靠性。

本发明提供的硅树脂涂层芳纶纸的制造方法，将芳纶纸进行活化后，在其表面涂覆一层粘接层，再于粘接层表面涂覆形成一层即可获得具有良好耐盐、耐水浸透性能的硅树脂涂层芳纶纸，而且获得的硅树脂涂层芳纶纸在水、盐雾、盐水环境中仍然能够保持高的介电性能，极大地提高了芳纶纸的安全性和可靠性。本制造方法具有工艺简单、加工产品合格率高以及获得的材料性能稳定等特点，适合工业化生产。

本发明提供的新能源汽车电解绝缘材料，由于该绝缘材料为本发明硅树脂涂层芳纶纸，因此具有良好的防水、防盐水、防盐雾浸透性能，在水、盐水、盐雾等的环境中，仍然能够保持稳定的介电性能，安全性和可靠性稳定，使得电机系统安全性能提高、故障减少而且使用寿命变长。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的硅树脂涂层芳纶纸结构示意图；

图2为不含有涂层的芳纶纸表面sem图；

图3为本发明提供的硅树脂涂层芳纶纸表面sem图；

其中，1-芳纶纸，2-粘接层，3-硅树脂涂层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明提供一种硅树脂涂层芳纶纸，所述硅树脂涂层芳纶纸包括芳纶纸1以及粘结于芳纶纸1表面的粘接层2，还包括粘结剂于粘接层2表面的硅树脂涂层3。

具体地，芳纶纸1为间位芳纶纸，该芳纶纸由间位芳纶沉析纤维或间位芳纶浆粕和间位芳纶短切纤维经疏解、打浆、混合、上网抄造、压榨脱水、干燥、热压成型而制得。

本发明的粘接层2主要是为了增强芳纶纸1和硅树脂涂层3的粘结性，使得硅树脂涂层3和芳纶纸1粘接更为牢固，避免硅树脂涂层3发生脱落。

优选地，粘接层2的厚度为1～8个分子层，在该厚度范围内，便于操作，粘结性能最佳。

进一步优选地，所述粘接层2为硅烷偶联剂涂层。硅烷偶联剂涂层能够在芳纶纸的表面层生成硅氧活性官能团，能够降低硅树脂与芳纶纸表面结合的界面阻力，提高硅树脂的附着力，宏观上表现出良好的粘结性和粘结强度。

优选地，所述硅烷偶联剂涂层使用的硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、改性氨基硅烷偶联剂、环氧硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中的任一种。

本发明的硅树脂涂层3在芳纶纸表面上起到减少芳纶纸孔隙的作用，并且还能起到防水、防盐雾、防盐水的效果，能够极大地降低雨水浸透、盐雾侵蚀、盐水浸透对芳纶纸性能的破坏效果。该结构的芳纶纸，具有绝佳的耐盐水浸透能力，能够让芳纶纸在苛刻的气候条件下工作还能够保持高且稳定的介电性能，从而提高了芳纶纸的安全性、可靠性和使用寿命。

相应地，本发明在提供上述硅树脂涂层芳纶纸的基础上，还进一步提供该硅树脂涂层芳纶纸的一种制造方法。

在一实施例中，所述硅树脂涂层芳纶纸的制造方法至少包括以下步骤：

步骤s01.采用稀酸对表面洁净的芳纶纸进行酸活化处理，并采用去离子水洗涤、烘干待用；

步骤s02.将硅烷偶联剂溶液涂覆于步骤s01处理后的芳纶纸表面，经固化处理，获得粘接层；

步骤s03.将环氧改性有机硅涂料涂覆于步骤s02得到的粘接层表面，经固化处理，得到硅烷树脂涂层。

下面对本发明的制造方法技术方案做进一步的详细解释。

具体来说，步骤s01中的芳纶纸1可以采用丙酮浸泡，随后在60～80℃中烘干，以去除其表面的污垢。具体浸泡时间可以是24～48h。

上述酸活化的时间为2～5h，经过酸活化后，得到表面具有活性的芳纶纸，具体地，使用的酸为稀硫酸。

步骤s02中，使用的硅烷偶联剂溶液的质量浓度为0.5～2.0％，具体地，硅烷偶联剂溶液的成分包括硅烷偶联剂、溶剂、催化剂。其中，溶剂为去离子水、乙醇中的任一种；催化剂为冰醋酸，冰醋酸能促进硅烷偶联剂的水解并调节溶液的ph值为3.5～5.5。

将硅烷偶联剂溶液涂覆于芳纶纸1表面的涂覆方式可以是喷雾喷涂法、刷涂法、浸渍法、精密转移涂布法等。优选喷雾喷涂法。涂覆了硅烷偶联剂的芳纶纸，在80～120℃的环境中，干燥处理，使得硅烷偶联剂发生固化，获得稳定的硅烷偶联剂粘接层2。

步骤s03中，环氧改性有机硅涂料包括环氧改性有机硅树脂的制备和环氧改性有机硅涂料的制备。

其中，环氧改性有机硅树脂的制备为将环氧树脂溶于溶剂中，并向其中加入有机硅树脂、偶联剂，经搅拌充分混匀，得到环氧改性有机硅树脂。

所述环氧树脂为缩水甘油醚型环氧树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂、线性脂肪族型环氧树脂、脂环族型环氧树脂中的至少一种。更优先的选用双酚a型环氧树脂，包括但不限于如e-51、e-54等环氧树脂。

所述有机硅树脂为聚甲基硅树脂、聚乙基硅树脂、聚芳基硅树脂、中的任一种；

所述硅烷偶联剂为氨基硅烷偶联剂、改性氨基硅烷偶联剂、环氧硅烷偶联剂、乙烯基硅烷偶联剂中的任一种。本发明的硅烷偶联剂是分子结构式为y-r-si(or)3的一类化合物，其含有的硅氧基对于无机物具有反应活性，有机官能团对有机物具有反应性或相容性，在有机与无机之间起到桥梁作用，改善二者之间的相容性，具体就是利用其改善固相的芳纶纤维纸与液态有机树脂的结合性。

上述环氧改性有机硅树脂制备的投料比中，按照摩尔比，环氧树脂与有机硅树脂的比例为1:1～1.5。

加入的溶剂为二甲苯，二甲苯的加入量为环氧树脂和有机硅树脂总质量的2～3倍。

所述环氧改性有机硅涂料的制备包括以下步骤：

按照质量比为环氧改性有机硅树脂：促进剂＝100：(0.2～1.5)的比例混合搅拌，促进剂进行混料处理，再加入固化剂，经混合，得到环氧改性有机硅涂料。

所述促进剂为胺类促进剂，如hdg-a/b环氧树脂促进剂、dmp-30、叔胺类促进剂、季铵盐类促进剂、脂肪胺类促进剂，优选dmp-30。

其中，叔胺类促进剂为三乙胺、三乙醇胺、bmda、dbu、dmp-10、吡啶中的任一种。

所述固化剂为多元胺、聚酰胺、聚氨酯、硅氮低聚物中的任一种。所述固化剂占所述环氧改性有机硅树脂总质量的8～11％。

所述环氧改性有机硅涂料涂覆于粘接层2表面的涂覆方式可以是喷雾喷涂法、刷涂法、浸渍法、精密转移涂布法等。优选喷雾喷涂法。更为优选地，采用精密转移涂布法，从而可以获得较薄的硅树脂涂层3。

涂覆了环氧改性有机硅涂层的芳纶纸，在80～100℃的环境中干燥处理，使得环氧改性有机硅涂层发生固化，获得稳定的硅树脂涂层3。

本发明硅树脂涂层芳纶纸的制造方法，在活化处理后的芳纶纸表面涂覆一层硅烷偶联剂涂层，使得硅烷偶联剂涂层牢牢的固定在芳纶纸表面，并且继续在硅烷偶联剂涂层表面涂覆一层硅树脂涂层，一方面，借助硅树脂涂层覆盖住芳纶纸表的大量孔隙，另一方面由于硅树脂涂层具有良好的防水特性，使得获得的硅树脂涂层芳纶纸对雨水浸透、盐雾侵蚀、盐水浸透等有优异的阻止效果，维持稳定的介电性能，使得芳纶纸即使在苛刻的气候条件下工作，也能够保持极高的可靠性和超长的使用寿命。因此非常适合作为新能能源汽车电机的绝缘材料。另外，本制造方法工艺简单、加工产品合格率高，获得的产品性能稳定，可实现工业化生产。

为更有效的说明本发明的技术方案，下面通过多个具体实施例说明本发明的技术方案。

实施例1

一种硅树脂涂层芳纶纸，其结构如图1所示，包括芳纶纸1，芳纶纸1表面涂覆有硅烷偶联剂涂层2，硅烷偶联剂涂层2表面涂覆有硅树脂涂层3。

所述硅树脂涂层芳纶纸的制造方法如下：

步骤(1)：间位芳纶沉析纤维或间位芳纶浆粕中和间位芳纶短切纤维经疏解、打浆、混合、上网抄造、压榨脱水、干燥、热压成型制得芳纶纸。

步骤(2)：将芳纶纸在丙酮中浸泡24h，除去表面杂质，随后在温度60℃烘箱中干燥40min，用稀硫酸活化2h，并采用去离子水清洗，烘干备用；

步骤(3)：取500g质量分数为0.5％kh530硅烷偶联剂溶液，并向溶液体系中加入无水乙醇，将偶联剂浓度稀释到0.125％，边稀释边搅拌，以60rpm/min的速度搅拌30min，制得硅烷偶联剂溶液；

步骤(4)：将配制好的硅烷偶联剂溶液通过喷雾法涂覆在处理过的芳纶纸的正反面，在芳纶纸的两面均面得到硅烷偶联剂涂层；

步骤(5)：将步骤(7)所得硅烷偶联剂涂层，置于120℃烘箱，抽真空烘烤30min，得硅烷偶联剂涂层。

步骤(6)：环氧改性有机硅树脂的制备：按摩尔比1:1向混合器中加入一定量的e-51环氧树脂和聚甲基硅树脂，2倍树脂总质量的二甲苯，以60rpm/min的速度搅拌30min混合物，使树脂充分溶解、混匀；

步骤(7)：称取一定量的环氧改性有机硅树脂，加入树脂重量1％的分促进剂，以120rpm/min的速度搅拌60min；

步骤(8)：向步骤(7)所得树脂浆料中，加入树脂质量8％的乙二胺固化剂，并以500rpm/min的速度搅拌20min，使其分散均匀，得环氧改性有机硅树脂涂料；

步骤(9)：将步骤(8)配制好的环氧改性有机硅树脂涂料采用刷涂法涂覆在硅烷偶联剂涂层上，正反面环氧改性有机硅树脂涂层厚度均为15μm；

步骤(10)：将步骤(9)所得环氧改性有机硅树脂涂层，先静置2h待溶剂挥发完成，置于120℃烘箱，抽真空烘烤120min，使得环氧改性有机硅树脂涂层发生固化，得到硅树脂涂层芳纶纸。

实施例2

一种硅树脂涂层芳纶纸，其结构如图1所示，包括芳纶纸1，芳纶纸1表面涂覆有硅烷偶联剂涂层2，硅烷偶联剂涂层2表面涂覆有硅树脂涂层3。

所述硅树脂涂层芳纶纸的制造方法如下：

步骤(1)：间位芳纶沉析纤维或间位芳纶浆粕中和间位芳纶短切纤维经疏解、打浆、混合、上网抄造、压榨脱水、干燥、热压成型制得芳纶纸。

步骤(2)：取500g质量分数为0.5％kh530硅烷偶联剂溶液，并向溶液体系中加入无水乙醇，将偶联剂浓度稀释到0.125％，边稀释边搅拌，以60rpm/min的速度搅拌30min，制得硅烷偶联剂溶液；

步骤(3)：将配制好的硅烷偶联剂溶液通过喷雾法涂覆在处理过的芳纶纸的正反面，在芳纶纸的两面均面得到硅烷偶联剂涂层；

步骤(4)：将步骤(3)所得硅烷偶联剂涂层，置于120℃烘箱，抽真空烘烤30min，得硅烷偶联剂涂层。

步骤(5)：环氧改性有机硅树脂的制备：按摩尔比1:1向混合器中加入一定量的e-51环氧树脂和聚乙基硅树脂，2.5倍树脂总质量的二甲苯，以60rpm/min的速度搅拌30min混合物，使树脂充分溶解、混匀；

步骤(6)：称取一定量的环氧改性有机硅树脂，加入树脂重量1％的促进剂，以120rpm/min的速度搅拌60min；

步骤(7)：向步骤(6)所得树脂浆料中，加入树脂质量8％的乙二胺固化剂，并以500rpm/min的速度搅拌20min，使其分散均匀，得环氧改性有机硅树脂涂料；

步骤(8)：将步骤(7)配制好的环氧改性有机硅树脂涂料采用喷雾喷涂法涂覆在硅烷偶联剂涂层上，正反面环氧改性有机硅树脂涂层厚度均为10μm；

步骤(9)：将步骤(8)所得环氧改性有机硅树脂涂层，先静置2h待溶剂挥发完成，置于120℃烘箱，抽真空烘烤120min，使得环氧改性有机硅树脂涂层发生固化，得到硅树脂涂层芳纶纸。

实施例3

一种硅树脂涂层芳纶纸，其结构如图1所示，包括芳纶纸1，芳纶纸1表面涂覆有硅烷偶联剂涂层2，硅烷偶联剂涂层2表面涂覆有硅树脂涂层3。

所述硅树脂涂层芳纶纸的制造方法如下：

步骤(1)：间位芳纶沉析纤维或间位芳纶浆粕中和间位芳纶短切纤维经疏解、打浆、混合、上网抄造、压榨脱水、干燥、热压成型制得芳纶纸。

步骤(2)：将芳纶纸在丙酮中浸泡24h，除去表面杂质，随后在温度60℃烘箱中干燥40min，用稀硫酸活化2h，并采用去离子水清洗，烘干备用；

步骤(3)：取500g质量分数为0.7％kh550硅烷偶联剂溶液，并向溶液体系中加入无水乙醇，将偶联剂浓度稀释到0.15％，边稀释边搅拌，以60rpm/min的速度搅拌30min，制得硅烷偶联剂溶液；

步骤(4)：将配制好的硅烷偶联剂溶液通过喷雾法涂覆在处理过的芳纶纸的正反面，在芳纶纸的两面均面得到硅烷偶联剂涂层；

步骤(5)：将步骤(4)所得硅烷偶联剂涂层，置于120℃烘箱，抽真空烘烤30min，得硅烷偶联剂涂层。

步骤(6)：环氧改性有机硅树脂的制备：按摩尔比1:1向混合器中加入一定量的e-54环氧树脂和聚芳基硅树脂，2倍树脂总质量的二甲苯，以60rpm/min的速度搅拌30min混合物，使树脂充分溶解、混匀；

步骤(7)：称取一定量的环氧改性有机硅树脂，加入树脂重量1％的促进剂，以120rpm/min的速度搅拌60min；

步骤(8)：向步骤(7)所得树脂浆料中，加入树脂质量11％的二乙烯三胺固化剂，并以500rpm/min的速度搅拌20min，使其分散均匀，得环氧改性有机硅树脂涂料；

步骤(9)：将步骤(8)配制好的环氧改性有机硅树脂涂料采用刷涂法涂覆在硅烷偶联剂涂层上，正反面环氧改性有机硅树脂涂层厚度均为15μm；

步骤(10)：将步骤(9)所得环氧改性有机硅树脂涂层，先静置2h待溶剂挥发完成，置于120℃烘箱，抽真空烘烤120min，使得环氧改性有机硅树脂涂层发生固化，得到硅树脂涂层芳纶纸。

对比例1

一种芳纶纸，其采用如下的方法制备：

步骤(1)：间位芳纶沉析纤维或间位芳纶浆粕中和间位芳纶短切纤维经疏解、打浆、混合、上网抄造、压榨脱水、干燥、热压成型制得芳纶纸。

为验证实施例1～3和对比例1获得的芳纶纸的性能，对实施例1和对比例1获得的材料进行sem扫描，扫面结果如图2、3所示。

其中图2为实施例1得到的材料的sem图，图3为对比例1得到的材料的sem图，从图2和图3的对比可知，在芳纶纸表面涂覆硅烷偶联剂涂层和硅树脂涂层后，其表面孔隙明显减少。

同时，对实施例1～3及对比例1获得的材料进行奇特性能的测试，具体试验方法及步骤如下：

在25℃，相对湿度65％的条件下，将以上实施例1～3所得样品以及对比例1所得样品，分别裁切成a4纸样，并将4种样品分别置于5％氯化钠溶液中浸泡1h，测试各样品分别在擦干和烘干条件下的介电强度。

表1实施例1～3及对比例1的样品测数据

由表1可知，实施例1～3的硅树脂涂层芳纶纸，经过盐水浸透以后，介电强度仅降低0.6％左右，可以说几乎没有出现下降的趋势；而对比例1经盐水浸透以后，介电强度下降达到80.56％。证明本发明对芳纶纸涂覆的硅树脂涂层能够提高耐盐水浸透性能。因此，采用此法制造的芳纶纸以及以该芳纶纸制造的新能源电机，是有能力在雨水浸泡、盐雾侵蚀、盐水浸泡的恶劣气候下持续稳定工作的。本发明采用的方法，材料来源广泛，工艺简单易行，所得产品使用性能优异，具有很好的推广使用价值。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。