含氟层聚酰亚胺复合材料的制备方法及用于该方法的设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于聚酰亚胺材料领域，具体涉及一种含氟层聚酰亚胺复合材料的制备方 法以及用于该方法的设备。
【背景技术】
[0002] 含氟层聚酰亚胺复合材料，是由聚酰亚胺薄膜单面或者双面复合一层或者多层含 氟材料，经过主成型而成。这种复合材料综合了聚酰亚胺和含氟材料的优点，具有耐高/低 温、耐幅射、耐候，并可在200_370°C熔融自粘。其优异的电气性能，使其广泛用于电线、电 缆、石油工业、航空航天等领域。
[0003] 氟材料普遍熔点高、熔程短；高熔点导致氟材料熔融困难，短熔程导致氟材料流动 性差，一过熔点，氟材料的粘度迅速下降；所以氟材料的熔融加工性能太差，因此现有技术 中，制备含氟层聚酰亚胺复合材料，均采用浸渍涂覆法，即将各种氟材料的悬浮液涂覆在聚 酰亚胺薄膜表面，依靠重力流平，然后干燥或者烧结得到产品；但是此方法制备的产品厚度 均匀性较差，且无法避免如气泡，颗粒、流胶痕等外观缺陷，同时这种方法很难生产超薄氟 层(低于〇. 〇〇5mm)及超厚氟层（高于0. 15mm)材料。
[0004] 随着科技的发展，目前这种含氟层聚酰亚胺复合材料用量日益增加，且使用环境 越来越苛刻，但涂覆法制备含氟层聚酰亚胺复合材料时，依靠重力流平、需要将大量水分烘 干，因此车速非常缓慢(一般为0. 8-3m/min)，生产效率低下；同时氟材料的悬浮液再生产 时加入了大量的乳化剂、消泡剂等添加剂，这在加工复合材料、后期使用时均带来很大麻 烦，且大量添加剂会破坏氟层材料以及氟层材料与聚酰亚胺的内在结构，在一定程度上影 响了含氟层聚酰亚胺复合材料的性能。
[0005] 目前，涂覆法制备的含氟层聚酰亚胺复合材料已满足不了工业上对该类产品的性 能要求，急需研发一种新的工艺以高效的制备出厚薄跨度大的含氟层聚酰亚胺复合材料。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种含氟层聚酰亚胺复合材料的制备方法以及用于该方法 的设备。本发明首以熔融浇铸的方式将氟材料复合至聚酰亚胺薄膜上，实现了多层复合、单 /双面复合，并可制备不同氟层厚度的复合材料，工艺简洁、精度高、效率高，具有广阔的工 业应用前景。
[0007] 为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是： 一种含氟层聚酰亚胺复合材料的制备方法，包括以下步骤： 将处理后的聚酰亚胺薄膜以0. 5-100m/min的速度经过挤出浇铸系统，制备复合氟材 料的聚酰亚胺薄膜；复合氟材料的聚酰亚胺薄膜经过成型处理后得到含氟层聚酰亚胺复合 材料； 所述挤出浇铸系统包括储料器、螺杆挤出机以及挤出模头； 所述挤出模头设有加热装置； 所述制备复合氟材料的聚酰亚胺薄膜的步骤为，氟材料由储料器进入螺杆挤出机中， 经挤出模头挤出后浇铸在聚酰亚胺薄膜上，得到复合氟材料的聚酰亚胺薄膜； 所述成型处理包括冷却处理；所述冷却处理的温度为-15~60°C。
[0008] 上述技术方案中，所述聚酰亚胺薄膜的处理为表面处理。表面处理为了提高聚酰 亚胺薄膜的附着力及清除表面的灰尘油污等，一般为电晕处理；电晕处理的条件为：功率 0-6KW、频率20-25KHZ，单面/双面处理。
[0009] 优选的技术方案中，聚酰亚胺薄膜经过纠偏装置后再经过挤出浇铸系统。
[0010] 上述技术方案中，所述成型处理还包括定型处理与烧结处理；所述定型处理的温 度为低于氟材料熔点50~80°C ;所述烧结处理的温度为高于氟材料熔点60~120°C。
[0011] 优选的技术方案中，复合氟材料的聚酰亚胺薄膜经过成型处理后再经过静电消 除，得到含氟层聚酰亚胺复合材料。
[0012] 优选的技术方案中，将处理后的聚酰亚胺薄膜以lO-lOOm/min的速度经过挤出浇 铸系统。现有技术的车速最高为3m/min，本发明最高可达100m/min，而且制备的产品性能 好，取得了意想不到的效果。
[0013] 上述技术方案中，所述氟材料为聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯、可溶性聚四氟乙烯、 聚三氟氯乙烯、乙烯-四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚氟乙烯中的一种或者一种以上混合 物；所述聚酰亚胺薄膜为热固性材料，其没有确定的熔点，短期使用温度超过400°c。
[0014] 现有技术认为氟材料熔点高、熔程短，不适合熔融加工工艺，即使勉强为之，得到 的产品外观不可控，缺陷较多，关键是性能稳定性差，附着力差。本发明创造性的在挤出模 头设置加热装置，保证氟材料经过挤出模头挤出时保持合适的粘度；进一步的，挤出模头 包括模头本体与熔体流量调整杆；所述模头本体内部设有加热装置与树脂流道；所述模头 本体设有与树脂流道连通的挤出唇口；所述树脂流道由一段衣架式流道与一段窄缝流道组 成，其中窄缝流道靠近挤出唇口。氟材料经过螺杆挤出机熔融挤出后进入挤出模头的树脂 流道，按照本发明的方法，氟材料先进入衣架式流道，再进入窄缝流道，创造性的解决了氟 材料粘度不稳定的问题，由此，氟材料可以以合适的粘度由挤出唇口浇铸至聚酰亚胺薄膜 表面。
[0015] 根据本发明公开的含氟层聚酰亚胺复合材料的制备方法可以制备出单面含氟层 聚酰亚胺复合材料，再将单面含氟层聚酰亚胺复合材料按照上述方法处理还可以制备出双 面含氟层聚酰亚胺复合材料，并且两面含氟层厚度可调。进一步的，还可以制备出多层含氟 层聚酰亚胺复合材料。
[0016] 上述技术方案中，熔融浇铸法避免了现有浸渍涂覆法的缺陷，可以精确地控制含 氟层的厚度与品质；得到的含氟层聚酰亚胺复合材料的氟层厚度为0. 001-0. 2mm，厚度上 下限大大优于现有技术的水平，可以得到超薄或者超厚含氟层的聚酰亚胺复合材料，取得 了意想不到的技术效果。
[0017] 本发明还公开了一种用于制备含氟层聚酰亚胺复合材料的设备，包括放卷装置、 纠偏装置、电晕处理装置、收卷装置，还包括挤出浇铸系统、成型系统；所述挤出浇铸系统包 括储料器、螺杆挤出机以及挤出模头；所述挤出模头设有加热装置；所述成型系统为冷却 装置或者所述定型系统由冷却装置、定型装置以及烧结装置组成。
[0018] 上述技术方案中，放卷装置包括传动电机、变频调速器、张力控制器；收卷装置包 括传动电机、变频调速器、张力控制器、计米器。放卷装置、收卷装置可以控制聚酰亚胺薄膜 的牵引速度。
[0019] 上述技术方案中，所述挤出模头使用特殊的耐腐蚀合金钢制作而成，包括模头本 体与熔体流量调整杆；所述模头本体内部设有加热装置与树脂流道；所述模头本体设有与 树脂流道连通的挤出唇口；所述树脂流道由一段衣架式流道与一段窄缝流道组成，其中窄 缝流道靠近挤出唇口。加热装置使得挤出模头保持一定的温度，保证氟材料在树脂流道中 稳定流动；树脂流道连通螺杆挤出机出口与模头挤出唇口；熔体流量调整杆可以调节氟材 料挤出量，进而调节聚酰亚胺复合材料中含氟层厚度，其一般位于挤出唇口的斜上方。
[0020] 氟材料由储料器进入螺杆挤出机中，熔融后经螺杆挤出机口的挤出模头挤出；然 后浇铸在聚酰亚胺薄膜上，得到复合氟材料的聚酰亚胺薄膜。氟材料熔体没有溶剂、乳化 剂、消泡剂等现有技术使用的各种添加剂，避免了诸类添加剂对含氟层聚酰亚胺材料的外 观以及内在性能的影响，保证了最终产品的高品质。
[0021] 冷却装置主要包括：两根主冷却辊、张力辊、冷冻机组、温控调节等组成；通过冷 媒不断循环控制冷却温度。冷却装置的目的是为了使挤出熔体快速形成固化层，附着在聚 酰亚胺表面，以免经过后面导辊时出现粘辊现象；为了更高精度控制复合层厚度并提高氟 层与聚酰亚胺膜之间的粘结牢度，可以增加定型装置以及烧结装置对复合氟材料的聚酰亚 胺薄膜进行定型处理与烧结处理。
[0022] 根据本发明用于制备含氟层聚酰亚胺复合材料的设备，聚酰亚胺薄膜经过纠偏、 电晕处理后，经过挤出浇铸系统复合上氟材料，然后经成型系统成型，得到厚度可控、高品 质的含氟层的聚酰亚胺复合材料，最后收卷；为了便于后续加工及减少灰尘的吸附，在收卷 前，将含氟层的聚酰亚胺复合材料经过静电消除装置。
[0023] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 1.本发明首次公开了将氟材料以熔融浇铸的方式复合至聚酰亚胺薄膜上，制备含氟层 聚酰亚胺复合材料，避免了现有技术存在的汽泡、胶粒等外观缺陷以及材料性能不稳定的 问题，保证了产品的品质。
[0024] 2.本发明公开的熔融浇铸法制备含氟层聚酰亚胺复合材料时，无需溶剂，不仅保 证了产品的外观、厚度以及性能的均匀性，更克服了现有车速低的缺陷，聚酰亚胺薄膜的牵 引车速可以达到l〇〇m/min，远超过现有最高的3m/min，取得了意想不到的技术效果。
[0025] 3.本发明公开的熔融浇铸法制备含氟层聚酰亚胺复合材料，设备精度高，最终产 品的厚度，特别是含氟层的厚度可以精确控制，为〇. 001-0. 2_，厚度上下限大大优于现有 技术的水平，可以得到超薄或者超厚含氟层的聚酰亚胺复合材料，并且各种厚度产品的缺 陷少、质量优，取得了意想不到的技术效果。
[0026] 4.本发明公开的制备含氟层聚酰亚胺复合材料的方法，由于采用快速冷却、热定 型等工艺，使厚度控制更精确、效率更高；而现有技术只有烧结，厚度是靠自流平控制，而且 在流平的过程中，必须留有足够的干燥时间，因此厚度很难精确控制，而且车速慢。
[0027] 5.本发明克服了现有认为氟材料熔点高、熔程短，难以熔融加工的技术偏见，创 造性地保证了氟材料在各阶段的粘度稳定性，成功的实现了熔融浇铸制备含氟层聚酰亚 胺；并且氟材料粘度可控有利于超薄、超厚以及不同车速产品的生产。
[0028] 6.本发明公开的用于制备含氟层聚酰亚胺复合材料的设备组成合理，无污染物排 放，符合当代绿色化学发展的要求和方向；并且可以高精