基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带及其制备方法

本发明属于电缆辅助材料制备，具体为基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带及其制备方法。

背景技术：

1、云母鳞片高绝缘、耐电晕、耐高温，是特种电缆绝缘隔热不可或缺的辅助材料，但云母鳞片界面惰性强，独立成纸后几乎无强度。为了解决这个难题，传统缆芯包带材料制造通常引入硅胶、pet基带作为胶粘剂、补强和支撑材料。但硅胶耐温115℃、pet耐温160℃的耐温等级低、易老化，导致缆芯包带整体的绝缘性、耐温性以及使用寿命降低，无法满足特殊领域如核电、高铁机车、航空航天、国防军工等领域高端电缆的应用需求。为了解决这个问题，张云等人发明了(zl201310114775.7)以玻纤布/涤纶等为支撑材料的复合芯包带材料，虽然避免了pet基带引起的短板，但是硅胶的使用溶剂为甲苯，依旧会造成挥发性有机溶剂污染，造成环境和人体安全的危害。本项目发明了基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纤维纸基缆芯包带，解决了上述提到的耐温和有机溶剂挥发问题。

技术实现思路

1、针对硅胶限制了缆芯包带耐温等级，引起挥发性有机溶剂的问题，本发明提供基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带及其制备方法。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，包括如下步骤：

4、s1，聚酰亚胺纤维纸、羟基化云母鳞片和芳纶纳米纤维凝胶的制备；

5、其中，聚酰亚胺纤维纸的制备方法如下：首先将聚酰亚胺纤维在由氢氧化钾溶液/二甲基亚砜溶液配制成的浸泡体系中进行浸泡，之后乙酸清洗后干燥，获得活化聚酰亚胺纤维；然后将活化聚酰亚胺纤维、芳纶沉析纤维通过疏解机、纸页成型器湿法成形，随后通过压榨脱水、干燥获得聚酰亚胺纤维纸；

6、芳纶纳米纤维凝胶的制备方法如下：将芳纶纤维、氢氧化钾溶液、二甲基亚砜通过化学裂解法和过滤，制备高浓芳纶纳米纤维凝胶；

7、云母鳞片羟基化处理：将金云母鳞片在稀氢氧化钠溶液进行浸泡小时后，清洗、干燥，获得羟基化云母鳞片；

8、s2，将芳纶纳米纤维凝胶、聚乙烯醇溶液、羟基化金云母鳞片通过搅拌混合均匀，获得芳纶云母混合体；

9、s3，将芳纶云母混合体刮涂在聚酰亚胺纤维纸表面，通过热压干燥制得聚酰亚胺纤维/芳纶云母复合缆芯包带材料。

10、优选的，在s1的聚酰亚胺纤维纸的制备过程中，聚酰亚胺纤维为均苯四甲酸二酐、对苯二胺合成的全芳香族聚酰亚胺纤维，浸泡体系由0.5g/ml的氢氧化钾溶液与二甲基亚砜按照体积比(1-3)ml：300ml配制，浸泡时间为5～10min；清洗时乙酸的浓度为0.001-0.008mol/l。

11、优选的，在s1的聚酰亚胺纤维纸的制备过程中，聚酰亚胺纤维与芳纶沉析纤维的质量比为6：4，纤维疏解的转数为(15000～20000)转，混合浆料的浓度为(2.4～2.8)g/l。

12、优选的，在s1的聚酰亚胺纤维纸的制备过程中，纸张压榨脱水时，压榨的时间为8～10min，压力为5～9mpa；干燥时，时间为(10-15)min，温度(110～120)℃。

13、优选的，在s1的云母鳞片羟基化处理中，稀氢氧化钠的浓度为(0.1～0.5)g/l，清洗为自来进行水冲洗，干燥为真空烘箱(60～80)℃干燥(5～6)h。

14、优选的，在s1的芳纶纳米纤维凝胶的制备过程中，芳纶纳米纤维凝胶为对位芳纶纤维、氢氧化钾溶液、二甲基亚砜按照(1-2g)g：(1-3)ml：(200～400)ml的比例依次混合，之后磁力搅拌(10-20)h，制得芳纶纳米纤维溶液。

15、优选的，在s1的芳纶纳米纤维凝胶的制备过程中，将所制备的芳纶纳米纤维溶液通过加水相分离、疏解、过滤，获得浓度为(1～4)mg/ml高浓芳纶纳米纤维凝胶。

16、优选的，在s2中，芳纶云母混合体由芳纶纳米纤维凝胶、聚乙烯醇溶液、金云母鳞片按照(3-5)g：(1-2)ml：(6-10)g混合均匀制得，其中，聚乙烯醇溶液浓度为(0.2～0.8)mg/ml。

17、优选的，在s2中，芳纶云母混合体的刮涂量为(20～25)g/m2；热压干燥时，温度为100～105℃，压力为5～8mpa，时间为10～15min。

18、一种由基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法所制备的缆芯包带。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法包括聚酰亚胺纤维界面活化、聚酰亚胺纤维抄纸、云母鳞片羟基化、芳纶纳米纤维凝胶制备、芳纶云母刮涂复合等步骤，在保证云母自粘合同时，工艺过程具备绿色、无噪音、高效等优势。其次，针对以往硅胶胶粘剂云母纸制备缆芯包带材料引起耐温等级低、绝缘性能受限、引起有机溶剂甲苯挥发等问题，本发明以芳纶纳米纤维凝胶替换了硅胶胶粘剂和pet基带，采用芳纶纳米纤维凝胶粘合云母并刮涂在聚酰亚胺纤维纸表面，制成了纸膜复合的高性能缆芯包带，解决了现有市场上缆芯包带胶粘剂硅胶带来的环境和安全问题。

21、本发明基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带及其制备方法提出云母鳞片与芳纶纳米纤维、聚乙烯醇共混粘合在聚酰亚胺纤维纸表面，赋予了本发明在实际工程化过程中更高的可行性，为批量化生产奠定了基础。

22、为了提高纸张纤维内结合和芳纶云层涂层的结合，本发明通过碱液预水解了聚酰亚胺纤维表面，提供了附着位点。其机理是通过碱性有机环境水解亚胺基团，形成羧基活性基团。

23、最后，为了进一步增强芳纶与云母结合力，本发明通过氢氧化钠溶液对云母鳞片进行预处理促进云母鳞片形成羟基，干燥时与芳纶纳米纤维表面酰胺基团形成广泛氢键，为了增大氢键形成接触面，本发明优选引入了富含羟基的聚乙烯醇作为补充剂，从而完全避免了传统工艺中的硅胶使用。

24、另外，本发明制备时所采用的试剂均为常规药品试剂，低毒、廉价、易获得，所采用设备均为常规仪器设备，为发明所保护工艺技术产品市场化奠定基础，降低了成本的同时提高了市场竞争力。

技术特征：

1.一种基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，在s1的聚酰亚胺纤维纸的制备过程中，聚酰亚胺纤维为均苯四甲酸二酐、对苯二胺合成的全芳香族聚酰亚胺纤维，浸泡体系由0.5g/ml的氢氧化钾溶液与二甲基亚砜按照体积比(1-3)ml：300ml配制，浸泡时间为5～10min；清洗时乙酸的浓度为0.001-0.008mol/l。

3.根据权利要求1所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，在s1的聚酰亚胺纤维纸的制备过程中，聚酰亚胺纤维与芳纶沉析纤维的质量比为6：4，纤维疏解的转数为(15000～20000)转，混合浆料的浓度为(2.4～2.8)g/l。

4.根据权利要求1所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，在s1的聚酰亚胺纤维纸的制备过程中，纸张压榨脱水时，压榨的时间为8～10min，压力为5～9mpa；干燥时，时间为(10-15)min，温度(110～120)℃。

5.根据权利要求1所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，在s1的云母鳞片羟基化处理中，稀氢氧化钠的浓度为(0.1～0.5)g/l，清洗为自来水进行冲洗，干燥为真空烘箱在(60～80)℃下干燥(5～6)h。

6.根据权利要求1所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，在s1的芳纶纳米纤维凝胶的制备过程中，芳纶纳米纤维凝胶为对位芳纶纤维、氢氧化钾溶液、二甲基亚砜按照(1-2g)g：(1-3)ml：(200～400)ml的比例依次混合，之后磁力搅拌(10-20)h，制得芳纶纳米纤维溶液。

7.根据权利要求6所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，在s1的芳纶纳米纤维凝胶的制备过程中，将所制备的芳纶纳米纤维溶液通过加水相分离、疏解、过滤，获得浓度为(1～4)mg/ml高浓芳纶纳米纤维凝胶。

8.根据权利要求1所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，在s2中，芳纶云母混合体由芳纶纳米纤维凝胶、聚乙烯醇溶液、金云母鳞片按照(3-5)g：(1-2)ml：(6-10)g混合均匀制得，其中，聚乙烯醇溶液浓度为(0.2～0.8)mg/ml。

9.根据权利要求1所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法，其特征在于，在s2中，芳纶云母混合体的刮涂量为(20～25)g/m2；热压干燥时，温度为100～105℃，压力为5～8mpa，时间为10～15min。

10.一种由权利要求1～9中任意一项所述的基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带制备方法所制备的缆芯包带。

技术总结
本发明涉及特种电缆缆芯包带材料制备技术领域，尤其涉及基于芳纶云母涂层的聚酰亚胺纸质芯包带及其制备方法，其制备方法包括如下步骤：S1，聚酰亚胺纤维纸和芳纶纳米纤维凝胶的制备；步骤2：将芳纶纳米纤维凝胶与云母鳞片混合均匀后刮涂在聚酰亚胺纤维纸表面，干燥后获得芳纶云母刮涂的缆芯包带。本发明提出的芳纶云母共混凝胶刮涂聚酰亚胺纤维纸形成高性能缆芯包带方法，在实际工程化过程中可行性高，为产品批量化生产奠定了基础。

技术研发人员：陆赵情,黄涛,张璋,贾峰峰,花莉,徐明源,李思齐,郭苏越
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6