專利名稱：具有改進(jìn)的壓縮性能的片材結(jié)構(gòu)的制備方法
具有改進(jìn)的壓縮性能的片材結(jié)構(gòu)的制備方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及具有改進(jìn)的局部層片分層性能和壓縮性能的片材結(jié)構(gòu)及其制備方法。 這些片材結(jié)構(gòu)包括可適用于電絕緣、復(fù)合結(jié)構(gòu)、以及其他應(yīng)用的紙材和壓板。2.相關(guān)技術(shù)的描沭包含芳族聚酰胺纖條體的厚片材結(jié)構(gòu)通常通過(guò)使用濕法工藝來(lái)制備材料的層片， 然后將所述材料的多重層片進(jìn)行熱壓或壓實(shí)來(lái)形成。此類具有至多約0. 9-1. Omm的最終平均或標(biāo)稱厚度的多重層片的片材結(jié)構(gòu)通常被稱為紙材。如果最終平均或標(biāo)稱厚度為 0. 9-1. Omm或更大，該片材結(jié)構(gòu)通常被稱為壓板。如果在最終片材結(jié)構(gòu)中層片層之間的粘附力(即層片粘附力)既不足夠高也不均勻，則在該片材結(jié)構(gòu)上的附加工序例如裁切為窄條和/或小部件的穿孔可導(dǎo)致片材結(jié)構(gòu)的分層以及該部件的損失。具體地講，對(duì)較小穿孔部件的期望以及對(duì)高速穿孔操作的使用均需要改進(jìn)的局部層片粘附力。這些穿孔操作還需要片材結(jié)構(gòu)平坦并且不變形；否則不可能制備精確尺寸和必要形狀的最終部件。將層片層進(jìn)行熱層壓從而制備芳族聚酰胺壓板的示例性方法公開(kāi)于授予ftxwost 的美國(guó)專利4，752，355、和授予Hendren的美國(guó)專利5，076，887和5，089，088。這些方法都需要在所述熱層壓之前且在270至320攝氏度的溫度下從層片中除去水分。授予Hayes 的制備厚紙材的美國(guó)專利4，481，060是在層壓前完全干燥層片的需求的例證，常規(guī)的觀點(diǎn)是一旦熱片材結(jié)構(gòu)離開(kāi)高壓縮區(qū)域，層片中包含的任何過(guò)量的水分就將閃蒸，從而導(dǎo)致片材中的區(qū)域分層，并且產(chǎn)生本領(lǐng)域中通常所說(shuō)的“泡罩”，使得紙材或壓板無(wú)法使用。授予 Memeger的美國(guó)專利4，515，656對(duì)該效應(yīng)進(jìn)行了說(shuō)明，其中粘著的、膨脹的、高度中空的片材(通常不可用于壓板)通過(guò)以下方法制備提高片材中的水含量至按重量計(jì)至少60%， 在壓力和溫度下加熱該濕片材，從而迅速地將水蒸發(fā)，并且同時(shí)使片材膨脹。該方法在層片內(nèi)和層片間形成了無(wú)規(guī)膨脹的宏單元。然而，未審查的日本專利公布昭M-50613公開(kāi)了芳香族聚酰胺紙材層壓的材料的制備方法，其中將水、或者水和溶于水的有機(jī)溶劑加入到芳香族聚酰胺紙材中從而將該紙材的含水量提高至6至30重量％。然后將這些濕紙材中的若干個(gè)一起成層，然后將組合層在常溫(室溫)下進(jìn)行第一壓縮，然后將該層加熱至低溫，同時(shí)保持對(duì)組合層的壓縮。所述低溫低于本公布中所謂的“芳香族聚酰胺的熔融溫度”并且在150至230°C的范圍內(nèi)，優(yōu)選在170至190°C的范圍內(nèi)。在所述低溫?zé)釅褐螅鋮s到100°C或更低，同時(shí)保持對(duì)分層材料的壓力。最初的兩個(gè)步驟，即在室溫下未加熱壓縮中的第一壓縮步驟和隨后在低溫下進(jìn)行后續(xù)的輕度加熱的第二步驟，據(jù)說(shuō)與其他方法相比在低溫下制備了分層材料。遺憾的是，該方法產(chǎn)生了具有高壓縮率的分層材料，正如公開(kāi)內(nèi)容中的實(shí)例所顯示的那樣。所述分層材料具有在15至23%范圍內(nèi)的壓縮率。該材料可壓縮性過(guò)高并且剛性不足，以至于無(wú)法適于作為電絕緣體例如隔片和/或棒狀物、或者需要最小壓縮率和壓縮形變的其他結(jié)構(gòu)的組件。
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所以，所需的是致密片材結(jié)構(gòu)，例如具有改進(jìn)的層片粘附力和足夠的壓縮特性的厚紙材和壓板的改進(jìn)的制備方法。發(fā)明概述在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明涉及制備片材結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟a)將多個(gè)層片合并，所述層片包含熱穩(wěn)定的絮凝物和至少10重量％的芳族聚酰胺纖條體，并且所述層片進(jìn)一步具有介于25和95體積％的孔隙率和1. 5至7重量％的含水量；b)將合并的多個(gè)層片放入熱壓機(jī)中從而將所述層片一起熱層壓，所述熱壓機(jī)具有 250至400攝氏度的溫度；c)通過(guò)在至少1.3ΜΙ^的壓力下壓縮所述層片，同時(shí)在250至400攝氏度的溫度下加熱所述層片來(lái)在熱壓機(jī)中熱層壓所述多個(gè)層片，從而形成片材結(jié)構(gòu)；以及d)在所述片材結(jié)構(gòu)上保持至少1. 3MPa的恒定壓力，同時(shí)將所述結(jié)構(gòu)冷卻至低于 100攝氏度的溫度。發(fā)明詳述本發(fā)明涉及改進(jìn)的制備致密片材結(jié)構(gòu)例如紙材和/或壓板的方法，所述結(jié)構(gòu)具有改進(jìn)的層片粘附力并且由此具有改進(jìn)的局部分層性能，同時(shí)還具有改進(jìn)的壓縮特性，尤其是改進(jìn)的壓縮形變。所謂層片粘附力是指根據(jù)ASTMD 952-02測(cè)量的所述片材的Z方向上結(jié)構(gòu)的分層中的峰值載荷。所述改進(jìn)的制備多層片片材結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟將包含芳族聚酰胺纖條體和熱穩(wěn)定的絮凝物多個(gè)層片合并，所述層片具有1. 5至7重量％的含水量；在保持所述片材在壓力下的同時(shí)，在高溫下將所述多個(gè)層片熱層壓足以形成片材結(jié)構(gòu)的時(shí)間，然后將該結(jié)構(gòu)冷卻至低于100°C的溫度，同時(shí)保持在所述片材結(jié)構(gòu)上的壓力。在一些實(shí)施方案中，在壓縮循環(huán)的終點(diǎn)時(shí)所得的片材結(jié)構(gòu)在片材結(jié)構(gòu)中具有至少的水分。所得的具有40重量％ 或更多纖條體并且致密得達(dá)到25體積％或更小的孔隙率的片材結(jié)構(gòu)具有如以下公式所定義的層片粘附力(Y)，單位為兆帕Y > 2. 97 (X) (_0-25)其中⑴為壓板的厚度，單位為毫米；所述壓板可具有1.6%或更小的壓縮率和 0. 18%或更小的壓縮形變。通過(guò)該方法制備的壓板具有驚人的并且非常期望的壓縮特性。具有低壓縮率和低壓縮形變的壓板意味著所述壓板的厚度量綱在電氣器件的設(shè)計(jì)中用作隔片時(shí)更穩(wěn)定并且更有效。在一些實(shí)施方案中，壓縮形變?yōu)?. 18%或更小，所述壓縮形變?cè)陔娏︻A(yù)留容積下可能的壓力和一些其他事件期間為不可逆的壓縮變形。在一些實(shí)施方案中，所述壓板的壓縮率也是低的，為1.6%或更小。在所述片材結(jié)構(gòu)中使用的層片可通過(guò)干法成網(wǎng)或濕法成網(wǎng)的方法來(lái)形成。在一些實(shí)施方案中，使用濕法成網(wǎng)的方法來(lái)在從實(shí)驗(yàn)室篩選至商業(yè)級(jí)的造紙機(jī)器(例如長(zhǎng)網(wǎng)造紙機(jī)、滾筒機(jī)、或斜網(wǎng)紙機(jī))的任何等級(jí)的設(shè)備上形成芳族聚酰胺片材。一般的方法涉及在含水液體中制備芳族聚酰胺纖條體、熱穩(wěn)定纖維以及其他可能的成分的分散體，將液體從所述分散體中排出以獲得濕組合物，并且干燥所述濕紙組合物。分散體可通過(guò)分散纖維然后添加纖條體材料，或者通過(guò)分散纖條體然后添加纖維來(lái)制備。所述分散體也可以通過(guò)將纖維分散體與纖條體分散體合并來(lái)制備。分散體中的纖維濃度按分散體的總重量計(jì)可在0. 01 至1. 0重量％的范圍內(nèi)。纖條體在所述分散體中的濃度按固體的總重量計(jì)可為至多90重量％?？上蚣埥M合物中添加具有粉末或纖維形式的附加成分，例如用于調(diào)節(jié)片材傳導(dǎo)性和其他特性的填料、顏料、抗氧化劑等。分散體中的含水液體一般為水，但是可包括各種其他物質(zhì)，如pH調(diào)節(jié)物質(zhì)、成型助劑、表面活性劑、消泡劑等。含水液體通常按如下方式從分散體排出將分散體引導(dǎo)至篩網(wǎng)或其他有孔支撐件上，保留分散的固體，然后使液體流過(guò)，從而得到濕紙組合物。一旦所述濕紙組合物在載體上形成，就通常進(jìn)一步使用真空或其他壓力將其脫水并且通過(guò)將剩余液體蒸發(fā)來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行干燥從而形成在所述片材結(jié)構(gòu)中使用的層片。所述層片包含至少10重量％的芳族聚酰胺纖條體，并且剩余物一般是熱穩(wěn)定的絮凝物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“纖條體”是指小的薄膜狀的基本上為二維顆粒的細(xì)分聚合物產(chǎn)物，其具有約100至1000微米的長(zhǎng)度和寬度和僅約0. 1至1微米的厚度。纖條體通過(guò)使聚合物溶液流動(dòng)至與該溶液的溶劑不混溶的液體的凝固浴中來(lái)制得。聚合物溶液流在聚合物凝固時(shí)經(jīng)歷劇烈剪切力和紊流。在一些實(shí)施方案中，所述層片包含至少40重量％的芳族聚酰胺纖條體。當(dāng)例如在壓板中期望極剛性的片材結(jié)構(gòu)時(shí)，這些具有較高的纖條體含量的層片是最有用的?？捎糜谒龇甲寰埘０防w條體的合適的芳族聚酰胺聚合物是聚酰胺，其中至少 85%的酰胺(-C0-NH-)鍵直接連接至兩個(gè)芳族環(huán)。添加劑可用于芳族聚酰胺，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，多至10重量％的其他聚合材料可與芳族聚酰胺共混。可使用其中多至10%的其他二胺取代了芳族聚酰胺的二胺或者其中多至10%的其他二甲酰氯取代了芳族聚酰胺的二甲酰氯的共聚物。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述芳族聚酰胺纖條體包括間位芳族聚酰胺聚合物，并且在一些最優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述間位芳族聚酰胺聚合物是聚(間苯二甲酰間苯二胺)。多至且包括90重量％的單獨(dú)層片的組合物包括熱穩(wěn)定的絮凝物或者熱穩(wěn)定的絮凝物的混合物。所謂“絮狀物”是指具有2至25毫米、優(yōu)選3至7毫米的長(zhǎng)度以及3至20 微米、優(yōu)選5至14微米的直徑的纖維。如果絮狀物長(zhǎng)度小于3毫米，則其對(duì)最終的層壓結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響將不夠大；如果其長(zhǎng)度大于25毫米，則難以通過(guò)濕法成網(wǎng)法來(lái)形成均勻的纖維網(wǎng)。如果絮狀物的直徑小于5微米，則其很難以足夠的均勻性和可重復(fù)生產(chǎn)性來(lái)制造；如果其直徑大于20微米，則很難形成輕至中等基重的均勻紙材。一般通過(guò)將連續(xù)的卷繞絲切割成特定長(zhǎng)度的段來(lái)制備絮狀物。在一些實(shí)施方案中，所述層片包含多達(dá)至多且包括60重量％的熱穩(wěn)定絮凝物或者熱穩(wěn)定絮凝物的混合物，并且剩余物為芳族聚酰胺纖條體。當(dāng)在例如壓板中期望極剛性的片材結(jié)構(gòu)時(shí)，該實(shí)施方案尤其有用。一般來(lái)講，所述層片基本上由熱穩(wěn)定的絮凝物和芳族聚酰胺纖條體組成，但是也可添加至多約10重量％的其他紙材添加劑。在一些優(yōu)選實(shí)施方案中，不存在其他材料諸如熱塑性絮凝物；然而，在一些實(shí)施方案中，可存在至多20%的其他絮凝物，只要不損害最終的層壓片材結(jié)構(gòu)或壓板的溫度穩(wěn)定性即可。所謂“熱穩(wěn)定”是指所述纖維在空氣中在250°C下10分鐘之后損失不超過(guò)其韌度的10%。為了確定纖維是否熱穩(wěn)定，在室溫條件下測(cè)量所述纖維樣品的韌度；然后當(dāng)受限時(shí)，將樣品在空氣中加熱至250°c保持10分鐘，然后使其冷卻至室溫條件，然后測(cè)量其韌度并與所測(cè)量的未加熱纖維的韌度相比較。在一些實(shí)施方案中，熱穩(wěn)定的絮凝物選自芳族聚酰胺纖維、玻璃纖維、碳纖維、含氟聚合物纖維、聚酰亞胺纖維、液晶聚酯纖維、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維、聚丙烯腈纖維、以及它們的混合物。然而，可使用來(lái)自其他材料的絮凝物， 例如聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯腈等。在一些實(shí)施方案中，所述優(yōu)選的熱穩(wěn)定的絮凝物包括芳族聚酰胺纖維、玻璃纖維、或它們的混合物。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述熱穩(wěn)定的絮凝物為間位芳族聚酰胺絮凝物，并且在最優(yōu)選的實(shí)施方案中，所述絮凝物包括聚(間苯二甲酰間苯二胺)。在層壓前，單獨(dú)的層片具有至少25體積％的孔隙率。據(jù)信當(dāng)隨后在接近或高于纖條體聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)下的熱層壓方法中將層片的多層片堆疊壓縮時(shí)，該孔隙率允許在一個(gè)層片中的纖條體部分滲透到另一個(gè)層片中。在一些實(shí)施方案中，單獨(dú)層片中的孔隙率為35體積％或更高。在一些實(shí)施方案中，孔隙率可高達(dá)95體積％。在一個(gè)實(shí)施方案中，所有的單獨(dú)層片均具有至少25體積％的孔隙體積。當(dāng)層片的多層片堆疊進(jìn)入熱層壓步驟時(shí)，其具有1.5至7重量％的含水量。據(jù)信在熱層壓期間，層片堆疊中應(yīng)當(dāng)保持至少1重量％的水分，從而在最終的層壓板結(jié)構(gòu)中獲得期望的更好的層片粘附力。如果在熱層壓之前所述層片堆疊的含水量小于1. 5重量％， 將難以在所有的整體層壓循環(huán)中自始至終保持至少1重量％的含水量，并且相應(yīng)地難以得到層片粘附力的改進(jìn)和驚人的壓縮特性。據(jù)信如果所述進(jìn)入熱層壓中的層片的含水量高于 7重量％，將無(wú)法獲得附加有益效果，僅僅是需要更多的能量用于加熱和冷卻步驟，這是非期望的?？赏ㄟ^(guò)使一個(gè)層片在另一個(gè)層片上層化來(lái)將層片合并，并且在一些實(shí)施方案中， 通?？蓪⒔橛?和12個(gè)之間的層片一起層化?？赏ㄟ^(guò)手動(dòng)將分散的層片(片材)堆疊在一起來(lái)放置于熱平壓機(jī)中進(jìn)行批量壓縮，從而以批量的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)所述層化；或者在連續(xù)方法中，可自動(dòng)并且連續(xù)地將所述層片合并在一起，同時(shí)在入口將它們展開(kāi)放入雙壓帶機(jī)或其他設(shè)備的輥隙中，從而進(jìn)行所述連續(xù)熱層壓。在250至400°C的表面接觸溫度下將所述層片進(jìn)行熱壓縮操作。在一些實(shí)施方案中，所述溫度為290至360°C。在所述加熱期間，在至少1. 3MPa的壓力下，將所述層片堆疊進(jìn)行熱層壓，并且在所述片材結(jié)構(gòu)加熱的自始至終保持該壓力。在一些實(shí)施方案中，所述壓力保持在3. 5至5MPa。在一些使用連續(xù)在線方法諸如壓帶機(jī)的實(shí)施方案中，所述熱層壓進(jìn)行約30秒至3分鐘。在一些使用平壓機(jī)的實(shí)施方案中，所述熱層壓進(jìn)行數(shù)分鐘，多達(dá)10分鐘，或者對(duì)于非常厚的結(jié)構(gòu)，時(shí)間將更長(zhǎng)。在熱層壓之后，保持至少1. 3MPa的層壓，同時(shí)將所述層壓板結(jié)構(gòu)在100°C以下冷卻。在一些實(shí)施方案中，保持3. 5至5MPa的壓力，同時(shí)冷卻。在加熱和冷卻的自始至終保持高壓確保了一旦層壓板上的壓力減少，層壓板結(jié)構(gòu)中保留下來(lái)的水分不會(huì)閃蒸而出。通常，冷卻時(shí)間依賴于所述層壓板片材結(jié)構(gòu)的基重。如果以使用一種類型的平壓機(jī)的手動(dòng)批量方法來(lái)制備所述層壓板片材結(jié)構(gòu)，則冷卻時(shí)間可顯著地比熱層壓時(shí)間更長(zhǎng)，這不僅依賴于所述層壓板片材結(jié)構(gòu)的重量，而且依賴于壓制機(jī)的容量。 在一些使用批量方法的實(shí)施方案中，冷卻時(shí)間可為至少30分鐘至至多2小時(shí)。在一些實(shí)施方案中，在具有加熱區(qū)和冷卻區(qū)的壓帶機(jī)上進(jìn)行所述熱層壓和冷卻， 同時(shí)保持所述片材結(jié)構(gòu)在基本上恒定的壓力下。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，在具有至少一個(gè)加熱部件和至少一個(gè)冷卻部件的壓帶機(jī)上連續(xù)地進(jìn)行所述冷卻。在這種情況下，冷卻所需的時(shí)間可與熱層壓所需的時(shí)間相同，或者可更短或更長(zhǎng)。在一些實(shí)施方案中，有利的是冷卻步驟中所需的時(shí)間比熱層壓的時(shí)間更短。在一些實(shí)施方案中，該時(shí)間小于3分鐘?？墒褂闷綁簷C(jī)、雙壓帶機(jī)、或任何其他裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)所述片材結(jié)構(gòu)的熱層壓，所述裝置允許將加熱和冷卻兩者施用到所述片材結(jié)構(gòu)，同時(shí)在所述結(jié)構(gòu)上保持連續(xù)的壓力而沒(méi)有任何壓力釋放的中間步驟?？捎玫姆椒衫靡环N類型的壓帶機(jī)，所述壓帶機(jī)通常公開(kāi)或者來(lái)源于美國(guó)專利 4，336，096 ；4，334，468 ；5，098，514 ；5，141，583 ；和 5，149，394 中示出的排列中。在一些優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)使用壓帶機(jī)時(shí)，所述壓帶機(jī)相同的表面提供了對(duì)所述片材結(jié)構(gòu)的加熱和冷卻；換句話講，一旦所述層片堆疊進(jìn)入壓帶機(jī)，所述壓帶機(jī)的相同表面為層片堆疊提供了連續(xù)的壓力并且提供了加熱，從而制備熱層壓板結(jié)構(gòu)，然后當(dāng)該層壓板結(jié)構(gòu)冷卻至100°c以下時(shí)，繼續(xù)為其提供了連續(xù)的壓力。在這種情況下，其允許在層片中的水分協(xié)助形成具有改進(jìn)的局部分層性能和驚人的壓縮特性的層壓板結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施方案中，離開(kāi)所述方法的冷卻的層壓板結(jié)構(gòu)的含水量為至少1重量％，并且最終層壓板結(jié)構(gòu)中的孔隙率為30體積％或更小。最終層壓板結(jié)構(gòu)中相對(duì)小的孔隙率對(duì)于高水平的層片粘附力和低壓縮率和壓縮形變而言是重要的。就壓板型的層壓板結(jié)構(gòu)而言，優(yōu)選的孔隙率為10至20體積％。小于10體積％的孔隙通常導(dǎo)致材料變脆和小于 10%的斷裂伸長(zhǎng)率。在一些實(shí)施方案中，選擇多個(gè)層片使得冷卻后的片材結(jié)構(gòu)為具有0. 05至最多 0.90mm厚度的紙材。在一個(gè)非常有用的實(shí)施方案中，所述紙材的厚度為0. 40和0. 9mm。在一些實(shí)施方案中，選擇多個(gè)層片使得冷卻后的片材結(jié)構(gòu)為具有0. 90mm或更大厚度的壓板。 在一個(gè)非常有用的實(shí)施方案中，所述壓板的厚度為0. 90和10. 0mm。所述壓板包含多個(gè)層片，所述層片包含熱穩(wěn)定的絮凝物和至少40重量％的芳族聚酰胺纖條體，并且具有0. 9mm或更大的厚度，所述壓板具有25體積％或更小的孔隙率和使用以下公式定義的層片粘附力(Y)，單位為兆帕Y > 2· 97(X) (-0 25)其中⑴為壓板的厚度，單位為毫米；所述壓板可具有1.6%或更小的壓縮率和 0. 18%或更小的壓縮形變。在一些實(shí)施方案中，最終的壓板具有10至20體積％的孔隙率。如上所述，如果孔隙率小于10體積％，所述材料將是脆性的，并且即使壓板具有良好的層片粘附力水平，壓板成為最終部件的加工性能將由于其過(guò)度的脆度而變差。此外，據(jù)認(rèn)為如果所述壓板用作液體填充變壓器中的電絕緣體，則小于10體積％的孔隙率將使得難以用油浸漬壓板。這種缺少油對(duì)壓板孔隙的浸漬可導(dǎo)致絕緣體中部分的局部放電，久而久之導(dǎo)致壓板無(wú)法使用。為了獲得在加工期間和最終用途中可接受的性能，在最終層壓板結(jié)構(gòu)的Z方向上的層片粘附力或拉伸強(qiáng)度是非常重要的。層片粘附力不足可導(dǎo)致分層并且進(jìn)一步導(dǎo)致材料和最終電氣器件的失效。通常使用相反特性來(lái)衡量層壓板結(jié)構(gòu)的平坦程度，所述相反特性為扭曲程度。扭曲較少的層壓板結(jié)構(gòu)是較平坦的。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，以前述的方式制備的層壓板結(jié)構(gòu)或壓板比用已知的制備高壓縮抗性壓板的方法制備的層壓板結(jié)構(gòu)更平坦并且具有更少的扭曲。一種確定層壓板片材結(jié)構(gòu)扭曲的相對(duì)量的方法(通常用作質(zhì)量控制)為當(dāng)層壓板
7片材結(jié)構(gòu)離開(kāi)壓制機(jī)時(shí)取其矩形的樣品，所述樣品具有與壓制機(jī)同寬的寬度和所述寬度的大概30至50%的長(zhǎng)度。然而，如果需要，也可使用50cmX50cm的正方形樣品。將層壓板片材結(jié)構(gòu)置于具有比所述樣品更大的頂部表面的均勻平坦表面例如堅(jiān)固的金屬臺(tái)上。然后用手將片材的一角牢牢地壓在平坦的金屬臺(tái)上。如果層壓板結(jié)構(gòu)的部分具有任何的扭曲，該部分將被迫向上，然后可測(cè)量層壓板片材從平臺(tái)上提高的距離。在一些使用這種測(cè)量技術(shù)的實(shí)施方案中，在50CmX50Cm的樣品上測(cè)量，層壓板具有2mm或更小的扭曲。層壓板結(jié)構(gòu)或壓板的足夠的拉伸強(qiáng)度有助于確保所述材料成功的可加工性及其在最終應(yīng)用中的耐久性。在一些實(shí)施方案中，壓板具有大于SOMPa的拉伸強(qiáng)度。層壓板結(jié)構(gòu)或壓板結(jié)構(gòu)的斷裂伸長(zhǎng)率的量度表示的是其韌性或者脆度。在一些實(shí)施方案中，當(dāng)熱穩(wěn)定絮凝物具有低于3000cN/teX的初始模量時(shí)，壓板具有至少10%的斷裂伸長(zhǎng)率。壓板的壓縮特性包括壓縮率(其代表在標(biāo)準(zhǔn)條件下的總壓縮變形)和壓縮形變 (其代表不可逆的壓縮變形)。同時(shí)具有低壓縮率和低壓縮形變的壓板具有更穩(wěn)定的厚度， 并且其在電氣器件和機(jī)器設(shè)計(jì)者中用作絕緣隔片時(shí)更有效。在一些實(shí)施方案中，壓板具有 1.6%或更小的壓縮率，并且在一些實(shí)施方案中，壓板具有0. 18%或更小的壓縮形變。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方案中，壓縮形變小于0. 15%。層壓板結(jié)構(gòu)，包括紙材或壓板，可用作電絕緣系統(tǒng)的部件從而用于不同的電氣器件，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、和變壓器，并且也可用于不同結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，包括用于夾心板的芯片材和面片材。在這些應(yīng)用中，可根據(jù)需要將紙材或壓板與或不與填充性樹(shù)脂一起使用。測(cè)試方法在Instron 型測(cè)試器上，根據(jù)ASTM D 952-02且使用具有7. 06cm直徑的環(huán)形樣品來(lái)確定片材結(jié)構(gòu)Z方向上的層片粘附力或拉伸強(qiáng)度。根據(jù)ASTM D 374-99來(lái)確定片材和片材結(jié)構(gòu)的厚度。根據(jù)ASTM D 3394-94來(lái)確定片材和片材結(jié)構(gòu)的密度、壓縮率、和壓縮形變。使用具有50. SmmX 39. Imm的平面內(nèi)量綱并且具有約51mm的總堆積高度的矩形樣品確定壓縮率和壓縮形變。根據(jù)ASTM D 202確定片材和片材結(jié)構(gòu)的拉伸特性。實(shí)施例1如美國(guó)專利4，752，355中所述制備在較厚的層壓板結(jié)構(gòu)中用作層片的中密度芳族聚酰胺壓制板(孔隙率約40體積％ )。用于制備這種壓制板的固體材料為60重量％的間位芳族聚酰胺纖條體和40重量％的間位芳族聚酰胺絮凝物。如美國(guó)專利3，756，908中描述的由聚(間苯二甲酰間苯二胺)制備間位芳族聚酰胺纖條體。所述間位芳族聚酰胺絮凝物為線密度為0. 22tex(2. 0旦尼爾)且長(zhǎng)度為0. 64cm、具有約聚SOOcN/tex的初始模量的(間苯二甲酰間苯二胺)絮凝物(由DuPont以商品名Ν0ΜΕΧ 出售)。所述中密度壓制板具有1214g/m2的基重、1. 5mm的厚度、和0. 81g/cm3的密度。將該壓制板的兩個(gè)具有50X50cm的平面內(nèi)量綱的片材在空氣中平衡至4. 5重量％的含水量并且以疊放方式裝載于加熱至的平壓機(jī)內(nèi)。將該雙層片結(jié)構(gòu)在
的溫度和350psi的壓力下壓縮2分鐘。然后將壓制機(jī)冷卻至90°C的溫度并且在該溫度下保持10分鐘，同時(shí)保持相同的壓力。
8
最終的板材具有約3重量％的含水量、2. Omm的厚度和1. 14g/cm3的密度，其與約 16體積％的孔隙率相當(dāng)。層片粘附力為3. 2MPa，壓縮率為1. 14%，并且壓縮形變?yōu)?. 12%. 直接從平壓機(jī)取出最終板材的樣品用于扭曲測(cè)量。在最終板材中沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的扭曲。所述壓制板的其他特性描述于下表1中。比較實(shí)施例A將實(shí)施例1的中密度芳族聚酰胺壓制板(在較厚的層壓板結(jié)構(gòu)中用作層片)在 160°C下的烘箱中干燥約2小時(shí)，直至從壓制板中基本除去所有的水分。像實(shí)施例1中一樣，將該壓制板的兩個(gè)片材以疊放方式裝載于加熱至285°C的平壓機(jī)內(nèi)。將該雙層片結(jié)構(gòu)在 285°C的溫度和350psi的壓力下壓縮2分鐘。在熱壓機(jī)開(kāi)口后，將熱壓縮板材從熱壓機(jī)中取出然后轉(zhuǎn)移到冷壓制機(jī)中，在其中冷卻至約90°C。最終的板材在從壓制機(jī)取出時(shí)不包含任何可測(cè)量的水分，且具有2. Omm的厚度和1. 13g/cm3的密度，其與約16體積％的孔隙率相當(dāng)。層片粘附力為2.3MPa，壓縮率為 1.40%，并且壓縮形變?yōu)?.20%。所測(cè)量的最終板材的扭曲為3mm。所述壓制板的其他特性描述于下表1中。實(shí)施例2使用美國(guó)專利3，756，908中描述的一般性方法制備低密度芳族聚酰胺紙材，所述紙材具有0. 27g/cm3的密度和約80體積％的孔隙率。用于制備該壓制板的固體材料為60 重量％的間位芳族聚酰胺纖條體和40重量％的間位芳族聚酰胺絮凝物，并且所述材料與實(shí)施例1中相同。所述紙材具有128g/m2的紙張重量。將九卷具有3. 5至4重量％的含水量的這種紙材安裝在具有長(zhǎng)度為2. 1米的加熱區(qū)和長(zhǎng)度為0. 95米的冷卻區(qū)的等壓雙壓帶機(jī)的放卷支架上，然后在2m/min的速度下和42 巴的壓力下，通過(guò)將層片堆疊傳送到壓制機(jī)的加熱和冷卻區(qū)從而將該紙材的9個(gè)層片一起層壓。加熱區(qū)的溫度為312°C并且冷卻區(qū)端部的溫度為95°C。最終的層壓板結(jié)構(gòu)具有3. 2重量％的含水量、0. 99mm的厚度和1. 14g/cm3的密度， 其與約16體積％的孔隙率相當(dāng)。層片粘附力為4. 3MPa，壓縮率為1. 20%，并且壓縮形變?yōu)?0.12%。該壓制板的其他特性描述于下列表1。實(shí)施例3使用與實(shí)施例2相似的方法制備芳族聚酰胺紙材；然而該紙材具有約78體積％的孔隙率，其由M重量％的間位芳族聚酰胺纖條體和46重量％的間位芳族聚酰胺絮凝物制備，并且具有196g/m2的紙張重量。將四卷具有3. 5至4重量％的含水量的這種紙材在與實(shí)施例2中相同的等壓雙壓帶機(jī)上，以6m/min的速度和30巴的壓力下進(jìn)行層壓并且隨后進(jìn)行冷卻。加熱區(qū)的溫度為312°C并且冷卻區(qū)端部的溫度為60°C。最終的紙材具有約2. 8 重量％的含水量、0. 73mm的厚度和1. 07g/cm3的密度，其與約22體積％的孔隙率相當(dāng)。層片粘附力為4. OMPa0所述紙材的其他特性描述于表1中。表 權(quán)利要求
1.制備片材結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括以下步驟a)將多個(gè)層片合并，所述層片包含熱穩(wěn)定的絮凝物和至少10重量％的芳族聚酰胺纖條體，所述層片還具有介于25和95體積％的孔隙率和1. 5至7重量％的含水量；b)將所述合并的多個(gè)層片提供給熱壓機(jī)以將所述層片熱層壓在一起，所述熱壓機(jī)具有 250至400攝氏度的溫度；c)通過(guò)在至少1.的壓力下壓縮所述層片，同時(shí)在250至400攝氏度的溫度下加熱所述層片而在熱壓機(jī)中熱層壓所述多個(gè)層片，以形成片材結(jié)構(gòu)；d)在所述片材結(jié)構(gòu)上保持至少1.3MPa的恒定壓力，同時(shí)將所述片材結(jié)構(gòu)冷卻至低于 100攝氏度的溫度。
2.權(quán)利要求1的方法，其中在所述步驟c)和d)中的壓力是相同的。
3.權(quán)利要求1的方法，其中在具有加熱區(qū)和冷卻區(qū)的壓帶機(jī)上進(jìn)行所述熱層壓和冷卻，同時(shí)將所述片材結(jié)構(gòu)保持在基本恒定的壓力下。
4.權(quán)利要求1的方法，其中在冷卻步驟d)之后，所述片材結(jié)構(gòu)在冷卻后具有至少1重量％的含水量。
5.權(quán)利要求1的方法，其中選擇所述層壓壓力、層壓溫度、和/或時(shí)間，使得最終的片材結(jié)構(gòu)具有30體積％或更小的孔隙率。
6.權(quán)利要求5的方法，其中選擇所述層壓壓力、層壓溫度、和/或時(shí)間，使得所述最終的片材結(jié)構(gòu)具有25體積％或更小的孔隙率。
7.權(quán)利要求1的方法，其中所述芳族聚酰胺纖條體為聚(間苯二甲酰間苯二胺)纖條體。
8.權(quán)利要求1的方法，其中所述熱穩(wěn)定的絮凝物選自芳族聚酰胺纖維、玻璃纖維、碳纖維、含氟聚合物纖維、聚酰亞胺纖維、液晶聚酯纖維、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維、聚丙烯腈纖維、以及它們的混合物。
9.權(quán)利要求8的方法，其中所述芳族聚酰胺纖維為聚(間苯二甲酰間苯二胺)纖維。
10.權(quán)利要求1的方法，其中選擇所述多個(gè)層片，使得冷卻后的所述片材結(jié)構(gòu)為具有 0. 90mm或更大厚度的壓板。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述厚度為0.90mm和10. 0mm。
12.權(quán)利要求1的方法，其中選擇所述多個(gè)層片，使得冷卻后的所述片材結(jié)構(gòu)為具有 0. 05mm至最多0. 90mm厚度的紙材。
13.權(quán)利要求12的方法，其中所述厚度為0.40mm和0. 9mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及制備片材結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括以下步驟a)將多個(gè)層片合并，所述層片包含熱穩(wěn)定的絮凝物和至少10重量％的芳族聚酰胺纖條體，并且所述層片進(jìn)一步具有介于25和95體積％的孔隙率和1.5至7重量％的含水量；b)將合并的多個(gè)層片放入熱壓機(jī)中從而將所述層片一起熱層壓，所述熱壓機(jī)具有250至400攝氏度的溫度；c)通過(guò)在至少1.3MPa的壓力下壓縮所述層片，同時(shí)在250至400攝氏度的溫度下加熱所述層片來(lái)在熱壓機(jī)中熱層壓所述多個(gè)層片，從而形成片材結(jié)構(gòu)；并且d)在所述片材結(jié)構(gòu)上保持至少1.3MPa的恒定壓力，同時(shí)將所述結(jié)構(gòu)冷卻至低于100攝氏度的溫度。
文檔編號(hào)D04H1/42GK102216507SQ200980145510
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2009年11月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者M·R·列維特 申請(qǐng)人:納幕爾杜邦公司