專(zhuān)利名稱(chēng)：用于提高聚合子結(jié)構(gòu)結(jié)晶度的播種樹(shù)脂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域涉及用介晶樹(shù)脂(mesogenic resins )提高非介晶樹(shù)脂 (non mesogenic resins )的結(jié)晶度。
背景技術(shù)：
對(duì)于任何形式的電氣設(shè)備的使用，都需要對(duì)導(dǎo)體進(jìn)行電絕緣。隨 著對(duì)不斷縮小尺寸和對(duì)所有電氣和電子系統(tǒng)流水線化的推動(dòng)，產(chǎn)生了 對(duì)發(fā)現(xiàn)更好更緊湊的絕緣體和絕緣系統(tǒng)的相應(yīng)需要。
各種環(huán)氧樹(shù)脂材料由于其是可以很容易地粘附在表面上的堅(jiān)固且 柔性的電絕緣材料的實(shí)用優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛用于電絕緣系統(tǒng)。傳統(tǒng)的電 絕緣材料如云母薄片和玻璃纖維 可用這些環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面涂覆和粘 結(jié)，以產(chǎn)生具有更高機(jī)械強(qiáng)度、耐化學(xué)性和電絕緣性能的復(fù)合材料。 在很多情形下，環(huán)氧樹(shù)脂已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的漆，盡管后者在某些高壓 電氣設(shè)備中仍繼續(xù)應(yīng)用。
好的電絕緣體，由于其本身的性質(zhì)，往往也是好的絕熱體，而這 是不合乎需要的。特別是對(duì)于空氣冷卻的電氣設(shè)備和零件來(lái)說(shuō)，絕熱 特性會(huì)降低零件以及設(shè)備整體的效率和耐久性。期望的是制造具有最 大電絕緣和最小隔熱特性的電絕緣系統(tǒng)。
電絕緣往往以絕緣膠帶的形式出現(xiàn)，它們本身具有各種層。為這 些類(lèi)型的絕緣膠帶所共有的是粘結(jié)在與纖維層的界面處的紙層，上述 兩個(gè)層往往都用樹(shù)脂浸漬。 一類(lèi)很受歡迎的絕緣材料是云母帶。對(duì)云 母帶的改進(jìn)包括如美國(guó)專(zhuān)利US6,103,882中所教導(dǎo)的催化的云母帶。云 母帶可被纏繞在導(dǎo)體周?chē)蕴峁O好的電絕緣。圖l顯示了這樣一個(gè)例 子。其中描述的是線圈13,包括多匝導(dǎo)體14,其在此處所示例子中被組裝成電木線圈(bakelized coil)。線匝絕緣15是由纖維狀材料例如玻 璃或熱處理過(guò)的玻璃和滌綸制備的。線圈的對(duì)地絕緣是通過(guò)在電木線 圈14周?chē)p繞一或多層復(fù)合云母帶16提供的。所述復(fù)合帶可以是與可 彎基板18結(jié)合在一起的小云母薄片的紙或氈，其中所述可彎基板18由 例如玻璃纖維布或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯墊構(gòu)成，云母層20通過(guò)液體 樹(shù)脂粘合劑粘結(jié)于其上。通常，根據(jù)電壓要求在線圈周?chē)p繞多層所 述復(fù)合帶16。可以向線圏上施加由堅(jiān)固纖維狀材料例如玻璃纖維構(gòu)成 的外帶21的包裝。
通常，在線圏周?chē)p繞多層云母帶16,對(duì)于高壓線圈通常使用16 層或16層以上云母帶16。然后將樹(shù)脂浸入所述帶層中。甚至可以獨(dú)立 于所述絕緣膠帶使用樹(shù)脂作為絕緣。不幸的是，這種數(shù)量的絕緣僅進(jìn) 一步加重了散熱的問(wèn)題。需要的是導(dǎo)熱比習(xí)用方法的電絕緣更好但不 犧牲電絕緣及包括熱性能和機(jī)械性能在內(nèi)的其它性能要素的電絕緣。
現(xiàn)有技術(shù)還存在其它難點(diǎn)，其中某些將通過(guò)進(jìn)一步閱讀表現(xiàn)出來(lái)。
發(fā)明概述
考慮到上述內(nèi)容，根據(jù)本發(fā)明所述的特別是能促進(jìn)樹(shù)脂體系的總 有序度和有效結(jié)晶度的方法和裝置包括，向較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂體系中添 加高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂體系以將有序度由所述結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂體系賦予所述較 低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂體系。
本發(fā)明的這些及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)由包含高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂與 較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂的樹(shù)脂混合物的具體實(shí)施方案提供。所述高度結(jié)構(gòu)化 樹(shù)脂與所述較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂以1:9-4:1的體積比混合，特別是以1:2-3:1 的體積比混合。所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序微區(qū)，所述有序微區(qū)向 周?chē)妮^低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性。所述微區(qū)基本上是會(huì)自然形 成有序結(jié)構(gòu)的HS樹(shù)脂團(tuán)(groups of the HSresin)。
在相關(guān)實(shí)施方案中，所述有序微區(qū)在樹(shù)脂混合物內(nèi)形成連續(xù)的矩 陣。在某些實(shí)施方案中，添加了交聯(lián)劑和/或HTC材料。在其它相關(guān)實(shí) 施方案中，所述HS樹(shù)脂通過(guò)外加力場(chǎng)和/或流場(chǎng)取向。
在另 一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種在樹(shù)脂混合物內(nèi)形成有序 區(qū)的方法，其包括獲得高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂和將所述高度結(jié)構(gòu)樹(shù)脂與較低 結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂混合，其中高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂對(duì)較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂的比例為1:9-4:1。所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序區(qū)，所述有序區(qū)向周?chē)妮^低結(jié) 構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性，且所述有序區(qū)在樹(shù)脂混合物內(nèi)形成連續(xù)的矩陣。
在特定實(shí)施方案中所述混合可以通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行，而在其它實(shí)施方 案中所述混合是機(jī)械混合。在某些實(shí)施方案中，HS樹(shù)脂以層的形式設(shè) 置在浸有LS樹(shù)脂的材料上。根據(jù)LS樹(shù)脂何時(shí)以及怎樣被浸入，所述兩 種樹(shù)脂可以通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行混合，或者浸入的實(shí)際動(dòng)作可以提供物理混 合過(guò)程。
在又一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種產(chǎn)生具有有序區(qū)的混合樹(shù)脂 的方法，其包括在材料上設(shè)置高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂層和向所述材料中浸入 較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂。然后使所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂與所述較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂 在固化之前擴(kuò)散。所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序區(qū)，且所述有序微區(qū) 向周?chē)妮^低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性。
本發(fā)明還存在其它實(shí)施方案，其在進(jìn)一步閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明之后 將可明顯看出。
附圖
簡(jiǎn)述
下面將參照以下附圖通過(guò)舉例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更細(xì)節(jié)的解釋 圖l顯示了重疊纏繞在定子線圏上的絕緣膠帶的應(yīng)用。 圖2顯示了高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂向較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂施加有序性，形成有 序區(qū)。
圖3顯示了互連的有序區(qū)。
圖5顯示了被用于本發(fā)明的復(fù)合帶的橫截面。''' 發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明
本發(fā)明提供用結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂對(duì)較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂播種以制造比僅由所 述兩類(lèi)樹(shù)脂的純粹單獨(dú)結(jié)構(gòu)所能制造的更高度結(jié)構(gòu)化的整體樹(shù)脂基 體。高度結(jié)構(gòu)化(HS)樹(shù)脂，如線性(熱塑性塑料)或交聯(lián)的聚合物-(熱固 性)樹(shù)脂，形成高度結(jié)構(gòu)化區(qū)并由此在固化后在樹(shù)脂中具有改善的物理 性能如更高的熱導(dǎo)率。
在HS樹(shù)脂中存在介晶區(qū)，它們主要是能夠形成次晶、晶體或液晶結(jié)構(gòu)的剛性棒狀截面。如果所述HS和LS樹(shù)脂分子在化學(xué)上相容，則HS 樹(shù)脂的這些介晶區(qū)可以影響它們周?chē)妮^低結(jié)構(gòu)化(LS)樹(shù)脂分子。在這 種情況下，所述HS分子實(shí)質(zhì)上迫使所述LS樹(shù)脂分子與所述HS樹(shù)脂分子 對(duì)準(zhǔn)，產(chǎn)生更大的具有所述HS樹(shù)脂的更高物理性能的結(jié)構(gòu)化區(qū)。在混 合所述兩類(lèi)樹(shù)脂之前或之后，可以向此多相結(jié)構(gòu)化的樹(shù)脂中添加填料， 如高熱導(dǎo)率(HTC)材料。某些填料將使自己在所述結(jié)構(gòu)化區(qū)內(nèi)對(duì)準(zhǔn)。
非介晶與較少和/或部分有序的棒狀樹(shù)脂體系是指那些不易形成高 度結(jié)構(gòu)化區(qū)即不易結(jié)晶的樹(shù)脂。盡管本申請(qǐng)可以使用術(shù)語(yǔ)"非介晶"，但 應(yīng)理解，在非介晶樹(shù)脂中可能存在某些小的剛性棒狀截面，但其并不 足以在均相矩陣中形成高度結(jié)構(gòu)化區(qū)。同樣，非介晶或部分有序的棒 狀樹(shù)脂在大多數(shù)情形下可能不能形成高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂，但在與高度結(jié) 構(gòu)化樹(shù)脂結(jié)合后可能具有某些分子聚集體特性。換句話說(shuō)，非介晶樹(shù) 脂自己可能不容易結(jié)晶或有序化，但在與HS樹(shù)脂結(jié)合后，該多相混合 物可能比與完全非介晶樹(shù)脂混合的HS樹(shù)脂更容易形成有序區(qū)。因此， 術(shù)語(yǔ)較少結(jié)構(gòu)化(LS)樹(shù)脂既指非介晶樹(shù)脂又指部分有序化的棒狀樹(shù)脂。 樹(shù)脂不是HS的就是LS的。
圖2顯示了在LS樹(shù)脂60之內(nèi)形成結(jié)構(gòu)化區(qū)的HS樹(shù)脂40。部分LS樹(shù) 脂50在HS樹(shù)脂區(qū)周?chē)鷮?duì)準(zhǔn)并變成類(lèi)似排列的。這些區(qū)將明顯表現(xiàn)出比 非有序區(qū)更大的密度。穿過(guò)所述樹(shù)脂混合物的振動(dòng)量子將以更少的分 散通過(guò)所述高度結(jié)構(gòu)化區(qū)，提高樹(shù)脂的總體熱導(dǎo)率。此圖是有點(diǎn)示意 性的，HS樹(shù)脂施加在LS樹(shù)脂上的有序度可以比圖中所示的大。圖2例 示了 一種液晶型樹(shù)脂。其它類(lèi)型的HS樹(shù)脂在微觀上將具有不同的外觀。
在混合HS與LS樹(shù)脂后，形成結(jié)構(gòu)化區(qū)，所述LS樹(shù)脂形成結(jié)構(gòu)化區(qū) 的程度取決于LS樹(shù)脂對(duì)HS樹(shù)脂的量。例如，95。/。HS樹(shù)脂的混合物將賦 予混合物高度有序的結(jié)構(gòu)。5。/。HS樹(shù)脂，如果充分混合，將對(duì)混合物產(chǎn) 生低得多的有序度。因此兩類(lèi)樹(shù)脂的混合是一個(gè)需要考慮的因素，更 高的HS樹(shù)脂濃度有利于更大量的局部和延伸有序性。然而，HS樹(shù)脂即 使在與LS樹(shù)脂混合后也易于聚集在一起。因此，這些聚集體將構(gòu)成促 使它們周?chē)腖S樹(shù)脂有序化的種子。這些種子甚至在重復(fù)熔融和再結(jié) 晶之后仍將保持其有序化性能。
圖3顯示了混合在LS樹(shù)脂60之內(nèi)的幾個(gè)HS樹(shù)脂團(tuán)40以及它們周?chē)?的有序化的LS樹(shù)脂50。盡管HS樹(shù)脂團(tuán)并沒(méi)有直接相互連接，但它們周?chē)谋挥行蚧膮^(qū)卻直接相互連接。這提供了互連的有序區(qū)，穿過(guò)樹(shù)
脂的振動(dòng)量子流將趨向于沿這些互連的有序區(qū)通過(guò)。HS樹(shù)脂簇施加在 其周?chē)腖S樹(shù)脂上的有序度將取決于諸如分子大小和相似性等因素， 但給定體積的HS樹(shù)脂可以在約兩倍于該體積的周?chē)鶯S樹(shù)脂上施加有 序性。
HS樹(shù)脂對(duì)LS樹(shù)脂的比可以變化，但為了保持更高結(jié)構(gòu)的互連區(qū)， 應(yīng)當(dāng)有至少25。/。的HS樹(shù)脂。HS樹(shù)脂含量越大，高度結(jié)構(gòu)化的區(qū)的數(shù)量 就越多。但出于各種原因，LS樹(shù)脂也是有用的。 一般說(shuō)來(lái)，它們比HS 樹(shù)脂便宜。根據(jù)分子量和溫度，它們的粘度可能也更小。在某些應(yīng)用 中，純粹的HS樹(shù)脂對(duì)于膠帶巻和層狀結(jié)構(gòu)的適當(dāng)浸漬來(lái)說(shuō)可能太粘， 而HS/LS混合樹(shù)脂可能具有足以滲透的流度，卻并不會(huì)犧牲大部分HS 特性。此外，已知LS樹(shù)脂能更好地粘附于表面，如用于帶絕緣中的玻 璃纖維。LS樹(shù)脂的其它優(yōu)點(diǎn)取決于所選LS樹(shù)脂的具體種類(lèi)，如機(jī)械性 和粘彈性質(zhì)以及玻璃化轉(zhuǎn)變特性。
HS樹(shù)脂賦予LS樹(shù)脂的有序化程度取決于LS樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)。對(duì)于 具有較低分子量和更大的棒狀特征以及具有與HS樹(shù)脂相似的中心和端 基化學(xué)基團(tuán)結(jié)構(gòu)的LS分子，賦予的有序化程度將較高。賦予的有序度 還取決于HS樹(shù)脂與LS樹(shù)脂的混合程度。在樹(shù)脂被分層并部分?jǐn)U散入彼 此中的所給例子中，將有一些其中兩類(lèi)樹(shù)脂未被充分混合的區(qū)域，因 此將不能賦予任何有序性。
LS樹(shù)脂在某種程度上由于結(jié)構(gòu)的相似性而與HS樹(shù)脂排成一列。例 如，位于兩個(gè)鏈末端的環(huán)氧基對(duì)彼此具有吸引力并將發(fā)生緊密聯(lián)系。 為此，可以添加交聯(lián)劑。在激活后，所述交聯(lián)將會(huì)有效地把LS樹(shù)脂共 價(jià)鎖定到HS樹(shù)脂上，確保施加在HS區(qū)周?chē)挠行蛐允欠€(wěn)定的。這將有 利于有序性在交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中的保持。
樹(shù)脂被用于許多工業(yè)，且具有大量的應(yīng)用。樹(shù)脂的不同特性不僅 影響其應(yīng)用，還影響使用它們的產(chǎn)品的品質(zhì)和效率。例如，當(dāng)樹(shù)脂被 用于電絕緣應(yīng)用時(shí)，它們的介電強(qiáng)度和耐壓特性必須4艮高，熱穩(wěn)定性 和耐熱性同樣也必須;f艮高。然而，往往與這些宗旨相反，樹(shù)脂通常也 會(huì)具有低熱導(dǎo)率。本發(fā)明平衡了樹(shù)脂和引入了樹(shù)脂的絕緣系統(tǒng)的各種 物理性能，以制造具有比傳統(tǒng)的電絕緣材料更高的熱導(dǎo)率并同時(shí)保持 足夠的、甚至提高的關(guān)鍵的物理和電學(xué)性能如介電強(qiáng)度、耐壓性、熱穩(wěn)定性和耐熱性、機(jī)械強(qiáng)度和粘彈響應(yīng)的系統(tǒng)。由熱和機(jī)械性周期作 用引起的應(yīng)力導(dǎo)致的層離和微孔形成被減少或消除。在此，術(shù)語(yǔ)樹(shù)脂 是指所有樹(shù)脂和環(huán)氧樹(shù)脂，包括改性環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯、聚氨酯、聚酰 亞胺、聚酯酰亞胺、聚醚酰亞胺、雙馬來(lái)酰亞胺、有^L硅樹(shù)脂、聚石圭 氧烷、聚丁二烯、氰酸酯、烴等，以及這些樹(shù)脂的均勻混合物。樹(shù)脂 的這一定義包括添加劑如交聯(lián)劑、促進(jìn)劑及其它催化劑和加工助劑。
某些樹(shù)脂，如液晶熱固性材料(LCT)和1,2-乙烯基聚丁二烯結(jié)合了低分 子量特性與良好的交聯(lián)特性。在Sm池等人的美國(guó)專(zhuān)利US5,904,984中可 以找到有關(guān)LCT樹(shù)脂的更多細(xì)節(jié)，該專(zhuān)利通過(guò)引用并入本申請(qǐng)。所述樹(shù) 脂可以是有機(jī)基質(zhì)的，如帶和不帶雜原子的烴；無(wú)機(jī)基質(zhì)的，包含硅 酸鹽和/或鋁硅酸鹽組分；以及有機(jī)與無(wú)機(jī)基質(zhì)的混合物的。有機(jī)基質(zhì) 的例子包括如果需要的話可以與引入到無(wú)機(jī)顆粒表面上的活性基團(tuán)反 應(yīng)的聚合物或反應(yīng)性熱固性樹(shù)脂。也可向所述樹(shù)脂中添加交聯(lián)劑以控 制最終的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和節(jié)段長(zhǎng)度分布，其可以對(duì)熱導(dǎo)率有正面效 果。此熱導(dǎo)率的提高也可通過(guò)使用其它樹(shù)脂添加劑如催化劑、促進(jìn)劑 及其它加工助劑進(jìn)行改性獲得。還可添加反應(yīng)性和非反應(yīng)性稀釋劑。
某些樹(shù)脂，如液晶熱固性材料(LCT)和1,2-乙烯基聚丁二烯結(jié)合了 低分子量特性與良好的交聯(lián)特性。這些類(lèi)型的樹(shù)脂往往導(dǎo)熱性更好， 因?yàn)樗鼈兊淖咏Y(jié)構(gòu)的更高的微觀和宏觀有序度改善了振動(dòng)量子的傳輸 從而可能導(dǎo)致熱傳導(dǎo)增強(qiáng)。振動(dòng)量子傳輸?shù)迷胶?，振?dòng)量子的散射越 低，熱傳導(dǎo)就越好。
這些類(lèi)型的樹(shù)脂是指高度結(jié)構(gòu)化(HS)的樹(shù)脂，因?yàn)樗鼈冊(cè)诠袒?的交聯(lián)之前和交聯(lián)期間形成了高度有組織的微結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)包括結(jié) 晶性、類(lèi)晶性和液晶結(jié)構(gòu)，獨(dú)特的聚合物構(gòu)造，固化期間受控的交聯(lián) 和網(wǎng)絡(luò)伸縮。HS樹(shù)脂的使用提高了HTC特性，特別是導(dǎo)熱性，并可實(shí) 現(xiàn)電性能和機(jī)械性能的顯著提高。此外，HS樹(shù)脂的有序化可有助于有 序化/對(duì)準(zhǔn)HTC填料，這進(jìn)一步提高了它們的物理性能，且由于樹(shù)脂基 體與填料之間的更低位阻，其甚至可以提高樹(shù)脂基體與填料之間的反 應(yīng)性共價(jià)鍵和非共價(jià)鍵。
HS樹(shù)脂的具體種類(lèi)的例子分成七類(lèi)。上述的液晶聚合物、變形的 互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)、樹(shù)枝狀聚合物分子、膨脹聚合物、梯形聚合物、星形 聚合物和結(jié)構(gòu)化的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜合物。液晶聚合物是特殊的一類(lèi)聚合物，其通常為能在提供出色物理性 能如高熱反射的同時(shí)保持其它物理特性的芳族聚酯。液晶聚合物結(jié)構(gòu) 包括致密堆積、高度結(jié)晶的纖維狀聚合物鏈，所述聚合物鏈能提供自 我強(qiáng)化，甚至幾乎最高強(qiáng)化到聚合物的熔點(diǎn)。具體例子包括基于雙苯
酚的XydarTM,基于萘的Vectra ,和DuPontTM提供的ZeniteTM。
圖4顯示了能形成易于小規(guī)模自對(duì)準(zhǔn)并對(duì)周?chē)腖S樹(shù)脂50施予有 序性的介晶團(tuán)(mesogenic groups ) 40的LCT型樹(shù)脂實(shí)例。所述介晶團(tuán) 和單元，根據(jù)樹(shù)脂的類(lèi)型，長(zhǎng)度一般為0.5-100nm,介晶團(tuán)的聚集體長(zhǎng) 度可達(dá)幾百納米。在所述介晶團(tuán)和有序化的LS樹(shù)脂之內(nèi)對(duì)準(zhǔn)的是HTC 填料30。在特定實(shí)施方案中，所述介晶團(tuán)與所述HTC填料一致對(duì)準(zhǔn)。 介晶團(tuán)的對(duì)準(zhǔn)由此可以有助于填料的對(duì)準(zhǔn)，產(chǎn)生長(zhǎng)度為數(shù)千納米的對(duì) 準(zhǔn)區(qū)。反之，對(duì)準(zhǔn)的填料可能也有助于對(duì)準(zhǔn)HS樹(shù)脂。
互穿網(wǎng)絡(luò)(IPN)是包含兩種各自呈網(wǎng)絡(luò)形式的聚合物的材料。目前 存在幾種IPN構(gòu)造，如非共價(jià)半IPN、非共價(jià)全I(xiàn)PN和共價(jià)半IPN。非共 價(jià)半IPN中只有一個(gè)聚合物體系是交聯(lián)的。非共價(jià)全I(xiàn)PN具有兩種分離 的獨(dú)立交聯(lián)的聚合物。共價(jià)半IPN包含兩個(gè)分離的聚合物體系，它們交 聯(lián)在一起形成單個(gè)聚合物網(wǎng)絡(luò)。共價(jià)半IPN與非共價(jià)IPN相似，因?yàn)槠?中 一 個(gè)聚合物體系可以交聯(lián)而不與第二個(gè)線性系統(tǒng)形成網(wǎng)絡(luò)。 ThermalasticTM樹(shù)脂是其中聚苯乙烯鏈與環(huán)氧酸酐/聚酯交聯(lián)的半IPN樹(shù) 脂的例子。有機(jī)-無(wú)機(jī)共價(jià)IPN材料可沿主鏈通過(guò)乙烯基官能團(tuán)的自由 基聚合或通過(guò)與烷氧基硅單體上的有機(jī)結(jié)構(gòu)部分縮合而結(jié)合烷氧基 硅。這類(lèi)IPN甚至可以與含無(wú)機(jī)填料的無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互作用。
結(jié)構(gòu)化有機(jī)-無(wú)機(jī)雜合物包括多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)、正硅 酸四乙酯(TEOS)和原鈦酸四丁酯(TBOT)和上述相關(guān)單體與低聚雜合 化合物。盡管未在任何附圖中特別說(shuō)明，但在某些實(shí)施方案中填料與 宿主網(wǎng)絡(luò)之間可能存在共^H建。
樹(shù)枝狀聚合物型矩陣與本文中所討論的樹(shù)枝狀聚合物填料相似， 但其構(gòu)成宿主基質(zhì)而非填料。樹(shù)枝狀聚合物包括核，和呈放射狀連接 到所述核的包含許多分枝或重復(fù)單元(稱(chēng)作generations)的內(nèi)部區(qū)域，以 及由端基部分構(gòu)成的外部區(qū)域。通過(guò)微調(diào)構(gòu)造組分，可以將樹(shù)枝狀聚 合物限定成許多結(jié)構(gòu)。樹(shù)枝狀聚合物的表面可以由大量可以與其它聚 合物種類(lèi)反應(yīng)生成與眾不同的共聚物結(jié)構(gòu)的官能團(tuán)構(gòu)成。這些官能團(tuán)包括將可與樹(shù)脂如LCT環(huán)氧樹(shù)脂類(lèi)反應(yīng)的氨基、羥基和羧基。樹(shù)枝狀聚
合物的具體類(lèi)型包括聚丙烯-亞胺、聚酰胺-胺和帶有有機(jī)硅外部的聚酰 胺-胺。這些類(lèi)型的聚合物也可與內(nèi)含的無(wú)機(jī)填料形成無(wú)機(jī)網(wǎng)絡(luò)。
膨脹聚合物是一類(lèi)高度變形的環(huán)形單體，其在所述高度變形的環(huán) 打開(kāi)聚合時(shí)具有體積增大的能力。因此，該聚合物在固化時(shí)將膨脹而
非象大多數(shù)樹(shù)脂那樣收縮?？傮w積膨脹可為5-10%。引起開(kāi)環(huán)的聚合機(jī) 理可以為陰離子的、陽(yáng)離子的或自由基的，因此環(huán)氧樹(shù)脂與含乙烯基 單體的樹(shù)脂由于其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的相似性從而可能產(chǎn)生共聚物。膨脹單 體的例子包括螺環(huán)、螺環(huán)原酸酯、螺環(huán)原v暖酸酯、環(huán)乙烯酮縮二乙醇、 環(huán)乙烯基醚、不飽和螺環(huán)原碳酸酯和不飽和螺環(huán)原酸酯。這類(lèi)材料在 固化期間表現(xiàn)出的膨脹現(xiàn)象通過(guò)使顯微結(jié)構(gòu)水平的內(nèi)壓縮更高、使顆 粒接觸增多(這會(huì)增大熱導(dǎo)率和耐電壓性)而有利于HTC填料的添加。在 一個(gè)實(shí)施方案中，存在與共價(jià)連接到HTC填料的單體單元結(jié)合在一起 的引起膨脹的高度變形的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。盡管所列H S樹(shù)脂中許多都可以彼 此混合，但膨脹聚合物特別適于與液晶聚合物結(jié)合。
梯形聚合物是由兩個(gè)以 一定間隔結(jié)合在 一起形成梯形結(jié)構(gòu)的主鏈 構(gòu)成的高度結(jié)構(gòu)化的聚合物。它的 一個(gè)例子是由二酐與四胺制造的聚
(螺環(huán)聚合物;或共用兩個(gè)或更多原子(梯形聚合物)的聚合物中，會(huì)出現(xiàn) 雙鏈梯。
星形聚合物與樹(shù)枝狀聚合物相似，不同之處在于它們是人工合成 的且化學(xué)結(jié)構(gòu)不同。星形聚合物的特征在于從小的核心上冒出的大量 相同大小的鏈。這些聚合物的球狀外形和支鏈的高度規(guī)則性產(chǎn)生了星 形聚合物的獨(dú)特性質(zhì)，如高壓縮度和鏈段密度。具體星形聚合物的一 個(gè)例子將具有帶聚苯乙烯支臂的二乙烯苯核心。另 一個(gè)例子是具有聚 乙烯支鏈的曱基丙烯酸酯核心。支臂長(zhǎng)度可以通過(guò)苯乙烯與引發(fā)劑的 化學(xué)計(jì)量比設(shè)計(jì)來(lái)控制，且支臂的數(shù)量由二乙烯苯的化學(xué)計(jì)量量來(lái)調(diào) 節(jié)。LS樹(shù)脂的示例種類(lèi)包括能與HS樹(shù)脂相容并能被其有序化的雙酚A 和雙酚F、環(huán)氧酚醛清漆、環(huán)脂族環(huán)氧樹(shù)脂、乙內(nèi)酰脲以及脂族環(huán)氧樹(shù) 脂。
如上所述，HS樹(shù)脂即使在與LS樹(shù)脂經(jīng)過(guò)較充分地混合后也往往在 分子尺度上聚集。這導(dǎo)致了有序區(qū)在整個(gè)混合樹(shù)脂內(nèi)的均勻分散。然而，即使不進(jìn)行機(jī)械混合，HS與LS樹(shù)脂只要發(fā)生密切接觸就將在一定 程度上混合，且將向LS樹(shù)脂授予有序性。
例如，可以在表面上設(shè)置HS層，然后在其上面設(shè)置LS層。在所述 兩個(gè)層之間的界面處，所述樹(shù)脂將混合，有序區(qū)將擴(kuò)展進(jìn)入所述LS層。 當(dāng)兩種樹(shù)脂類(lèi)型的普通混合不切實(shí)際或不合乎需要時(shí)，可以采用象這 樣的技術(shù)。
圖5顯示了它的一個(gè)具體例子。它是一個(gè)可以施加樹(shù)脂的復(fù)合帶 56。云母層52由許多云母薄片54組成，所述云母層52—般難以涂覆—但 可以更容易地涂以LS樹(shù)脂。所述云母層粘結(jié)在片基(backing)如玻璃 布層51上，且在一或兩側(cè)可以存在額外的片基58。所繪制的這些層只 用于說(shuō)明目的而未繪制為精確尺度。
所述兩個(gè)層52、 51往往用樹(shù)脂55結(jié)合在一起，如云母粘結(jié)。隨后 整個(gè)帶被使用浸漬樹(shù)脂浸漬，典型的浸漬樹(shù)脂為MicalasticTM樹(shù)脂。云 母粘結(jié)的可取性能不同于Micalastic 。云母粘結(jié)樹(shù)脂浮皮以層的形式施 加，而MicalasticTM被浸透到帶中。因此HS樹(shù)脂產(chǎn)生適合的云母粘結(jié)， 而LS樹(shù)脂更適合作為Micalastic 。然而， 一旦浸漬LS/MicalasticiM樹(shù) 脂之后，所述兩類(lèi)樹(shù)脂就會(huì)擴(kuò)散到彼此中，產(chǎn)生更大的有序區(qū)。
所述HS樹(shù)脂可以通過(guò)施加外部力場(chǎng)而取向。這類(lèi)場(chǎng)的例子有；茲場(chǎng)、 電場(chǎng)和機(jī)械場(chǎng)(AC/動(dòng)態(tài)，DC/靜態(tài)，脈沖及其組合)，聲場(chǎng)和超聲波場(chǎng)。 例如，可以利用介電泳或電泳。由于樹(shù)脂分子具有偶才及矩，所以所述 場(chǎng)能影響樹(shù)脂分子，但簇也具有凈偶極矩，因此所述外場(chǎng)也將對(duì)簇產(chǎn) 生影響。另外，液體流場(chǎng)可以影響HS樹(shù)脂的取向以分配和在結(jié)構(gòu)上組 織它們。所述流場(chǎng)將HS樹(shù)脂對(duì)準(zhǔn)并牽引LS樹(shù)脂與它對(duì)準(zhǔn)。
所述樹(shù)脂可在各種工業(yè)領(lǐng)域中如電路板和絕緣膠帶中用作粘合樹(shù) 脂。 一種具體類(lèi)型的絕緣膠帶是用于發(fā)電機(jī)領(lǐng)域的云母-玻璃帶。在這 些類(lèi)型的帶中，樹(shù)脂可被用作粘合樹(shù)脂，或如現(xiàn)有技術(shù)已知的那樣用 作浸漬樹(shù)脂。所述樹(shù)脂還可不隨膠帶用于發(fā)電機(jī)領(lǐng)域，以滿足轉(zhuǎn)動(dòng)和 靜止電氣裝置零件中電絕緣應(yīng)用。
除了一般用于電絕緣的標(biāo)準(zhǔn)云母(白云母，金云母)之外，還有黑云 母以及幾種其它云母狀鋁硅酸鹽材料如高嶺土、埃洛石、蒙脫土和綠 泥石。蒙脫土在其結(jié)構(gòu)中具有網(wǎng)格，其中很容易插入聚合物樹(shù)脂、金 屬陽(yáng)離子和納米顆粒以產(chǎn)生高介電強(qiáng)度的復(fù)合材料。所述帶可以在應(yīng)用于電學(xué)目的之前或之后用樹(shù)脂浸漬。樹(shù)脂浸漬
技術(shù)包括VPI和GVPI,下面進(jìn)行詳述。在VPI中，膠帶在^皮層疊和浸漬
之后被立即壓縮。 一旦就位，壓縮膠帶中的樹(shù)脂就被固化，這有效地
鎖定了HTC材料的位置。在某些實(shí)施方案中，樹(shù)脂被分兩步固化，這 對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。然而，負(fù)載的HTC材料的 最佳壓縮有利于在壓縮階段期間的完全未固化樹(shù)脂。
在其它實(shí)施方案中，本發(fā)明被用作需要絕緣的表面上的連續(xù)涂層； 請(qǐng)注意"連續(xù)涂層"是對(duì)宏觀尺度應(yīng)用的描述。在連續(xù)涂層中，樹(shù)脂無(wú)需 帶或其它基材而在材料上形成涂層。在與基材一起使用時(shí)，HTC材料 可以通過(guò)各種不同的方法與樹(shù)脂結(jié)合在一起。例如，它們可以在樹(shù)脂 :故加入基材中之前添加，或者HTC材料可以?xún)羝ぜ尤牖娜缓髽?shù)脂一皮浸 漬于其上，或者可以先加入樹(shù)脂，接著是HTC材料然后又額外浸漬樹(shù) 脂。對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其它制備和加工方法也將是顯而易 見(jiàn)的。
在一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種包含高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂和較低 結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂的樹(shù)脂混合物。所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂與所述較低結(jié)構(gòu)化樹(shù) 脂一般以1:9-4:1的體積比混合，特別是以1:2-3:1的體積比混合。所述高 度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序微區(qū)，所述有序微區(qū)向周?chē)妮^低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂 分子施加有序性。所述微區(qū)基本上是會(huì)自然形成有序結(jié)構(gòu)的HS樹(shù)脂團(tuán)。
在相關(guān)實(shí)施方案中，所述有序微區(qū)在樹(shù)脂混合物內(nèi)形成連續(xù)的矩 陣。在某些實(shí)施方案中，添加了交聯(lián)劑和/或HTC材料。在其它相關(guān)實(shí) 施方案中，所述HS樹(shù)脂借助于外場(chǎng)和/或流場(chǎng)對(duì)準(zhǔn)。
在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明提供 一種在樹(shù)脂混合物內(nèi)形成有序 區(qū)的方法，其包括獲得高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂和將所述高度結(jié)構(gòu)樹(shù)脂與較低 結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂混合，其中高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂對(duì)較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂的比例為 1:9-4:1。所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序區(qū)，所述有序區(qū)向周?chē)妮^低結(jié) 構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性，且所述有序區(qū)在樹(shù)脂混合物內(nèi)形成連續(xù)的 矩陣。
在特定實(shí)施方案中所述混合可以通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行，而在其它實(shí)施方 案中所述混合是機(jī)械性的。在某些實(shí)施方案中，HS樹(shù)脂以層的形式被 設(shè)置在材料上，而LS樹(shù)脂被浸入其中。根據(jù)LS樹(shù)脂何時(shí)以及怎樣被浸 入，所述兩種樹(shù)脂可以通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)4亍混合，或者浸入的實(shí)際動(dòng)作可以提供物理混合過(guò)程。
在又一實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種產(chǎn)生具有有序區(qū)的混合樹(shù)脂 基質(zhì)的方法，其包括在材料上設(shè)置高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂層和向所述材料中 浸入較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂。然后使所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂與所述較低結(jié)構(gòu)化 樹(shù)脂在固化之前擴(kuò)散。所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序區(qū)，所述有序微 區(qū)向周?chē)妮^低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性。
高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂層至少部分地吸收到材料中，在某些實(shí)施方案中 所述材料為復(fù)合帶中的層。在復(fù)合帶上，所述層可位于云母-玻璃界面
處。在任何情形下，都可將HTC材料混入所述樹(shù)脂和/或材料中。
盡管已經(jīng)詳細(xì)記述了本發(fā)明的具體實(shí)施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)清楚在本公開(kāi)的整體教導(dǎo)下可以發(fā)展出各種變體和對(duì)那些細(xì)節(jié)的 替換物。因此，所公開(kāi)的具體方案都僅僅是說(shuō)明性的，并不限制由所 附權(quán)利要求的整個(gè)寬度及其任意等價(jià)物給出的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1. 樹(shù)脂混合物，其包含高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂；和較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂；其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂與所述較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂被混合在一起；其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂與所述較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂之比為1∶9-4∶1；其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序微區(qū)，且其中所述有序微區(qū)向周?chē)妮^低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性。
2. 權(quán)利要求l的樹(shù)脂混合物，其中所述有序微區(qū)在所述樹(shù)脂混合 物內(nèi)形成連續(xù)的矩陣。
3. 權(quán)利要求l的樹(shù)脂混合物，其中所述樹(shù)脂為液晶熱固樹(shù)脂。
4. 權(quán)利要求l的樹(shù)脂混合物，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂為多面體 低聚倍半硅氧烷。
5. 權(quán)利要求l的樹(shù)脂混合物，其中添加了交聯(lián)劑。
6. 權(quán)利要求l的樹(shù)脂混合物，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂與所述較 低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂之比為1:5-3:1。
7. 權(quán)利要求l的樹(shù)脂混合物，其中所述樹(shù)脂混合物進(jìn)一步包含 HTC材料。
8. 權(quán)利要求l的樹(shù)脂混合物，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂通過(guò)施加 外場(chǎng)而對(duì)準(zhǔn)。
9. 權(quán)利要求l的樹(shù)脂混合物，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂通過(guò)流場(chǎng) 對(duì)準(zhǔn)。
10. 在樹(shù)脂混合物內(nèi)形成有序區(qū)的方法，其包括 獲得高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂；將所述高度結(jié)構(gòu)樹(shù)脂與較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂混合，其中高度結(jié)構(gòu)化樹(shù) 脂對(duì)較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂的比例為1:9-4:1;其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序區(qū)，且其中所述有序區(qū)向周?chē)?的較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性；其中所述有序區(qū)在所述樹(shù)脂混合物內(nèi)形成連續(xù)的矩陣。
11. 權(quán)利要求10的方法，其中所述混合通過(guò)擴(kuò)散進(jìn)行。
12. 權(quán)利要求ll的方法，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂是位于被所述較 低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂浸漬的材料上的層。
13. 權(quán)利要求ll的方法，其中所述混合為機(jī)械混合。
14. 權(quán)利要求13的方法，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂是位于被所述較 低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂浸漬的材料上的層。
15. 權(quán)利要求10的方法，進(jìn)一步包括添加交聯(lián)劑。
16. 權(quán)利要求10的方法，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂為液晶熱固樹(shù)脂。
17. 產(chǎn)生具有有序區(qū)的混合樹(shù)脂基體的方法，其包括 在材料上設(shè)置高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂層； 向所述材料中浸入較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂；和使所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂與所述較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂在固化之前擴(kuò)散； 其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序區(qū)，且其中所述有序微區(qū)向周 圍的較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂層至少部分地吸 收到所述材料中。
19. 權(quán)利要求17的方法，其中所述材料是復(fù)合帶中的層。
20. 權(quán)利要求19的方法，其中所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂層的設(shè)置是在云 母-玻璃界面處完成的。
21. 權(quán)利要求17的方法，進(jìn)一步包括混入HTC材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種包含高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂40與較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂50的樹(shù)脂混合物。所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂40與所述較低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂50以1∶9-4∶1的體積比混合，特別是以1∶5-3∶1的體積比混合。所述高度結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂形成有序微區(qū)，且所述有序微區(qū)向周?chē)妮^低結(jié)構(gòu)化樹(shù)脂分子施加有序性。所述微區(qū)基本上是會(huì)自然形成有序結(jié)構(gòu)的HS樹(shù)脂團(tuán)。
文檔編號(hào)B32B27/04GK101426857SQ200780011612
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者G·斯蒂芬斯, J·D·B·史密斯, J·W·伍德 申請(qǐng)人:西門(mén)子發(fā)電公司