含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法及用于該方法的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于聚酰亞胺材料領(lǐng)域，具體涉及一種含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方 法以及用于該方法的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料，是由聚酰亞胺薄膜單面或者雙面復(fù)合一層或者多層含 氟材料，經(jīng)過主成型而成。這種復(fù)合材料綜合了聚酰亞胺和含氟材料的優(yōu)點，具有耐高/低 溫、耐幅射、耐候，并可在200_370°C熔融自粘。其優(yōu)異的電氣性能，使其廣泛用于電線、電 纜、石油工業(yè)、航空航天等領(lǐng)域。
[0003] 氟材料普遍熔點高、熔程短；高熔點導(dǎo)致氟材料熔融困難，短熔程導(dǎo)致氟材料流動 性差，一過熔點，氟材料的粘度迅速下降；所以氟材料的熔融加工性能太差，因此現(xiàn)有技術(shù) 中，制備含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料，均采用浸漬涂覆法，即將各種氟材料的懸浮液涂覆在聚 酰亞胺薄膜表面，依靠重力流平，然后干燥或者燒結(jié)得到產(chǎn)品；但是此方法制備的產(chǎn)品厚度 均勻性較差，且無法避免如氣泡，顆粒、流膠痕等外觀缺陷，同時這種方法很難生產(chǎn)超薄氟 層(低于〇. 〇〇5mm)及超厚氟層（高于0. 15mm)材料。
[0004] 隨著科技的發(fā)展，目前這種含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料用量日益增加，且使用環(huán)境 越來越苛刻，但涂覆法制備含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料時，依靠重力流平、需要將大量水分烘 干，因此車速非常緩慢(一般為0. 8-3m/min)，生產(chǎn)效率低下；同時氟材料的懸浮液再生產(chǎn) 時加入了大量的乳化劑、消泡劑等添加劑，這在加工復(fù)合材料、后期使用時均帶來很大麻 煩，且大量添加劑會破壞氟層材料以及氟層材料與聚酰亞胺的內(nèi)在結(jié)構(gòu)，在一定程度上影 響了含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的性能。
[0005] 目前，涂覆法制備的含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料已滿足不了工業(yè)上對該類產(chǎn)品的性 能要求，急需研發(fā)一種新的工藝以高效的制備出厚薄跨度大的含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法以及用于該方法 的設(shè)備。本發(fā)明首以熔融澆鑄的方式將氟材料復(fù)合至聚酰亞胺薄膜上，實現(xiàn)了多層復(fù)合、單 /雙面復(fù)合，并可制備不同氟層厚度的復(fù)合材料，工藝簡潔、精度高、效率高，具有廣闊的工 業(yè)應(yīng)用前景。
[0007] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是： 一種含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟： 將處理后的聚酰亞胺薄膜以0. 5-100m/min的速度經(jīng)過擠出澆鑄系統(tǒng)，制備復(fù)合氟材 料的聚酰亞胺薄膜；復(fù)合氟材料的聚酰亞胺薄膜經(jīng)過成型處理后得到含氟層聚酰亞胺復(fù)合 材料； 所述擠出澆鑄系統(tǒng)包括儲料器、螺桿擠出機(jī)以及擠出模頭； 所述擠出模頭設(shè)有加熱裝置； 所述制備復(fù)合氟材料的聚酰亞胺薄膜的步驟為，氟材料由儲料器進(jìn)入螺桿擠出機(jī)中， 經(jīng)擠出模頭擠出后澆鑄在聚酰亞胺薄膜上，得到復(fù)合氟材料的聚酰亞胺薄膜； 所述成型處理包括冷卻處理；所述冷卻處理的溫度為-15~60°C。
[0008] 上述技術(shù)方案中，所述聚酰亞胺薄膜的處理為表面處理。表面處理為了提高聚酰 亞胺薄膜的附著力及清除表面的灰塵油污等，一般為電暈處理；電暈處理的條件為：功率 0-6KW、頻率20-25KHZ，單面/雙面處理。
[0009] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，聚酰亞胺薄膜經(jīng)過糾偏裝置后再經(jīng)過擠出澆鑄系統(tǒng)。
[0010] 上述技術(shù)方案中，所述成型處理還包括定型處理與燒結(jié)處理；所述定型處理的溫 度為低于氟材料熔點50~80°C ;所述燒結(jié)處理的溫度為高于氟材料熔點60~120°C。
[0011] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，復(fù)合氟材料的聚酰亞胺薄膜經(jīng)過成型處理后再經(jīng)過靜電消 除，得到含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料。
[0012] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，將處理后的聚酰亞胺薄膜以lO-lOOm/min的速度經(jīng)過擠出澆 鑄系統(tǒng)?，F(xiàn)有技術(shù)的車速最高為3m/min，本發(fā)明最高可達(dá)100m/min，而且制備的產(chǎn)品性能 好，取得了意想不到的效果。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述氟材料為聚四氟乙烯、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、聚氟乙烯中的一種或者一種以上混合 物；所述聚酰亞胺薄膜為熱固性材料，其沒有確定的熔點，短期使用溫度超過400°c。
[0014] 現(xiàn)有技術(shù)認(rèn)為氟材料熔點高、熔程短，不適合熔融加工工藝，即使勉強(qiáng)為之，得到 的產(chǎn)品外觀不可控，缺陷較多，關(guān)鍵是性能穩(wěn)定性差，附著力差。本發(fā)明創(chuàng)造性的在擠出模 頭設(shè)置加熱裝置，保證氟材料經(jīng)過擠出模頭擠出時保持合適的粘度；進(jìn)一步的，擠出模頭 包括模頭本體與熔體流量調(diào)整桿；所述模頭本體內(nèi)部設(shè)有加熱裝置與樹脂流道；所述模頭 本體設(shè)有與樹脂流道連通的擠出唇口；所述樹脂流道由一段衣架式流道與一段窄縫流道組 成，其中窄縫流道靠近擠出唇口。氟材料經(jīng)過螺桿擠出機(jī)熔融擠出后進(jìn)入擠出模頭的樹脂 流道，按照本發(fā)明的方法，氟材料先進(jìn)入衣架式流道，再進(jìn)入窄縫流道，創(chuàng)造性的解決了氟 材料粘度不穩(wěn)定的問題，由此，氟材料可以以合適的粘度由擠出唇口澆鑄至聚酰亞胺薄膜 表面。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明公開的含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的制備方法可以制備出單面含氟層 聚酰亞胺復(fù)合材料，再將單面含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料按照上述方法處理還可以制備出雙 面含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料，并且兩面含氟層厚度可調(diào)。進(jìn)一步的，還可以制備出多層含氟 層聚酰亞胺復(fù)合材料。
[0016] 上述技術(shù)方案中，熔融澆鑄法避免了現(xiàn)有浸漬涂覆法的缺陷，可以精確地控制含 氟層的厚度與品質(zhì)；得到的含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的氟層厚度為0. 001-0. 2mm，厚度上 下限大大優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的水平，可以得到超薄或者超厚含氟層的聚酰亞胺復(fù)合材料，取得 了意想不到的技術(shù)效果。
[0017] 本發(fā)明還公開了一種用于制備含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的設(shè)備，包括放卷裝置、 糾偏裝置、電暈處理裝置、收卷裝置，還包括擠出澆鑄系統(tǒng)、成型系統(tǒng)；所述擠出澆鑄系統(tǒng)包 括儲料器、螺桿擠出機(jī)以及擠出模頭；所述擠出模頭設(shè)有加熱裝置；所述成型系統(tǒng)為冷卻 裝置或者所述定型系統(tǒng)由冷卻裝置、定型裝置以及燒結(jié)裝置組成。
[0018] 上述技術(shù)方案中，放卷裝置包括傳動電機(jī)、變頻調(diào)速器、張力控制器；收卷裝置包 括傳動電機(jī)、變頻調(diào)速器、張力控制器、計米器。放卷裝置、收卷裝置可以控制聚酰亞胺薄膜 的牽引速度。
[0019] 上述技術(shù)方案中，所述擠出模頭使用特殊的耐腐蝕合金鋼制作而成，包括模頭本 體與熔體流量調(diào)整桿；所述模頭本體內(nèi)部設(shè)有加熱裝置與樹脂流道；所述模頭本體設(shè)有與 樹脂流道連通的擠出唇口；所述樹脂流道由一段衣架式流道與一段窄縫流道組成，其中窄 縫流道靠近擠出唇口。加熱裝置使得擠出模頭保持一定的溫度，保證氟材料在樹脂流道中 穩(wěn)定流動；樹脂流道連通螺桿擠出機(jī)出口與模頭擠出唇口；熔體流量調(diào)整桿可以調(diào)節(jié)氟材 料擠出量，進(jìn)而調(diào)節(jié)聚酰亞胺復(fù)合材料中含氟層厚度，其一般位于擠出唇口的斜上方。
[0020] 氟材料由儲料器進(jìn)入螺桿擠出機(jī)中，熔融后經(jīng)螺桿擠出機(jī)口的擠出模頭擠出；然 后澆鑄在聚酰亞胺薄膜上，得到復(fù)合氟材料的聚酰亞胺薄膜。氟材料熔體沒有溶劑、乳化 劑、消泡劑等現(xiàn)有技術(shù)使用的各種添加劑，避免了諸類添加劑對含氟層聚酰亞胺材料的外 觀以及內(nèi)在性能的影響，保證了最終產(chǎn)品的高品質(zhì)。
[0021] 冷卻裝置主要包括：兩根主冷卻輥、張力輥、冷凍機(jī)組、溫控調(diào)節(jié)等組成；通過冷 媒不斷循環(huán)控制冷卻溫度。冷卻裝置的目的是為了使擠出熔體快速形成固化層，附著在聚 酰亞胺表面，以免經(jīng)過后面導(dǎo)輥時出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象；為了更高精度控制復(fù)合層厚度并提高氟 層與聚酰亞胺膜之間的粘結(jié)牢度，可以增加定型裝置以及燒結(jié)裝置對復(fù)合氟材料的聚酰亞 胺薄膜進(jìn)行定型處理與燒結(jié)處理。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明用于制備含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的設(shè)備，聚酰亞胺薄膜經(jīng)過糾偏、 電暈處理后，經(jīng)過擠出澆鑄系統(tǒng)復(fù)合上氟材料，然后經(jīng)成型系統(tǒng)成型，得到厚度可控、高品 質(zhì)的含氟層的聚酰亞胺復(fù)合材料，最后收卷；為了便于后續(xù)加工及減少灰塵的吸附，在收卷 前，將含氟層的聚酰亞胺復(fù)合材料經(jīng)過靜電消除裝置。
[0023] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點： 1.本發(fā)明首次公開了將氟材料以熔融澆鑄的方式復(fù)合至聚酰亞胺薄膜上，制備含氟層 聚酰亞胺復(fù)合材料，避免了現(xiàn)有技術(shù)存在的汽泡、膠粒等外觀缺陷以及材料性能不穩(wěn)定的 問題，保證了產(chǎn)品的品質(zhì)。
[0024] 2.本發(fā)明公開的熔融澆鑄法制備含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料時，無需溶劑，不僅保 證了產(chǎn)品的外觀、厚度以及性能的均勻性，更克服了現(xiàn)有車速低的缺陷，聚酰亞胺薄膜的牽 引車速可以達(dá)到l〇〇m/min，遠(yuǎn)超過現(xiàn)有最高的3m/min，取得了意想不到的技術(shù)效果。
[0025] 3.本發(fā)明公開的熔融澆鑄法制備含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料，設(shè)備精度高，最終產(chǎn) 品的厚度，特別是含氟層的厚度可以精確控制，為〇. 001-0. 2_，厚度上下限大大優(yōu)于現(xiàn)有 技術(shù)的水平，可以得到超薄或者超厚含氟層的聚酰亞胺復(fù)合材料，并且各種厚度產(chǎn)品的缺 陷少、質(zhì)量優(yōu)，取得了意想不到的技術(shù)效果。
[0026] 4.本發(fā)明公開的制備含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的方法，由于采用快速冷卻、熱定 型等工藝，使厚度控制更精確、效率更高；而現(xiàn)有技術(shù)只有燒結(jié)，厚度是靠自流平控制，而且 在流平的過程中，必須留有足夠的干燥時間，因此厚度很難精確控制，而且車速慢。
[0027] 5.本發(fā)明克服了現(xiàn)有認(rèn)為氟材料熔點高、熔程短，難以熔融加工的技術(shù)偏見，創(chuàng) 造性地保證了氟材料在各階段的粘度穩(wěn)定性，成功的實現(xiàn)了熔融澆鑄制備含氟層聚酰亞 胺；并且氟材料粘度可控有利于超薄、超厚以及不同車速產(chǎn)品的生產(chǎn)。
[0028] 6.本發(fā)明公開的用于制備含氟層聚酰亞胺復(fù)合材料的設(shè)備組成合理，無污染物排 放，符合當(dāng)代綠色化學(xué)發(fā)展的要求和方向；并且可以高精