含芳杂环高阻燃性芳纶纤维层压板的制造方法

摘要

本发明公开了一种含芳杂环的高阻燃性芳纶纤维层压板的制造方法，其特征在于，将含有芳杂环的高阻燃性芳纶树脂采用干喷－湿法纺丝成原丝再经在线热处理成高性能芳纶纤维。用排丝机将长丝逐根紧密排列在一起，与热塑性树脂复合成膜，作为Ai层。热塑性树脂或其中加入无机填料的热塑性树脂为Bi层，经B1→A1→B2→A2→B3→A3..，Ai层中的高性能纤维和Ai+1层中的高性能纤维之间呈90°角的经纬排列，各层叠合热压处理制造出含芳杂环的高阻燃性芳纶纤维层压板。该层压板具有机械强度好，密度轻，阻燃、电绝缘，耐化学性好，耐辐射性好，热稳定性好等特点，广泛用于航天航空，坦克装甲，印刷电路基板，及低温绝热材料等高科技领域。

说明书

所属技术领域

本发明属于特种层压板生产技术领域。

背景技术

在中国专利公开号：CN1694984中叙述了芳族聚酰胺纸层压材料的制造方法，该专利介绍的是采用连续热压工艺制造的一种非织造芳族聚酰胺层压材料，其层压板的厚度薄，只用于变压器的介电绝缘层压材料，使其应用领域受到限制，尤其是应用于科技含量很高的领域，它的缺点就表露无遗的显现出来。

在中国专利公开号：CN1694809中也叙述了用芳族聚酰胺纸制造层压材料的方法，该专利介绍的是采用连续热延压工艺制造芳族聚酰胺层压材料，虽然其厚度要比中国专利公开号：CN1694984中叙述的厚得多，但是其强度不高也显现无遗，这样其应用领域也是会受到限制的。

在中国专利公开号：CN1364208A中也叙述了芳族聚酰胺纸层压材料的制造方法，该专利介绍的是采用浸渍的方法来生产芳族聚酰胺纸层压材料，虽然用这种方法制造出来的层压板主要是用于印刷电路的基板，强度和厚度都比中国专利公开号：CN1694984和CN

1364208A好得多，但是该发明产品的应用领域也因此受到限制。

在日本专利公开号8-99389中叙述了该层压材料采用压延和快速冷却形成层压材料，该专利中是采用芳纶1313纸和聚酯薄膜压延形成层压板。

在英国专利NO：1486372中叙述了一种与不同人造短纤维掺合物非织造纤维网粘着的金属层，这些纤维压实并用成膜高分子聚合物粘结剂材料基料保持在一起。

Hendren等人的美国专利号：US5320892中叙述了一种用于蜂巢结构的层压材料，这些结构式有芳纶1313纤条体的芯和芳纶1313絮状物合纤条体的外层结构。

Ootuku等人的美国专利号：US5948543中叙述了使用树脂粘结剂将芳纶1414和芳纶1313纤维粘结在一起，制成芳纶纤维无纺布的层压基础材料。

从以上现有技术看出，在工艺和材料组成结构上探讨以芳纶1313纤维和芳纶1414构成板材的主要成分，辅之以其它成分，要获取高电绝缘性能和机械性能的板材，已成为世界特种层压材料领域的突破重点，但在层压材料性能优良的前提下兼具工艺简单，生产低成本产品还有待努力。

本发明的目的是研究一种含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维层压板的制造工艺。

发明内容

含芳杂环高阻燃性芳纶纤维层压板的制造方法，将含有芳杂环的高阻燃性芳纶树脂采用干喷—湿法或湿法纺丝成原丝，在惰性气体保护下原丝通过在线热处理得到高性能纤维。用排丝机将长丝逐根紧密排列在一起，与热塑性树脂复合成膜，作为Ai层；热塑性树脂纤维纸、或长纤维、或其纤维毛毡，或薄膜(在其中可以加入无机填料)为Bi层；i＝1，2，3。。，经B₁→A₁→B₂→A₂→B₃→A₃。。，即：(无机填料+)热塑性树脂→高性能芳纶纤维膜→(无机填料+)热塑性树脂→高性能芳纶纤维膜→→(无机填料+)热塑性树脂，Ai层中的高性能纤维和Ai+1层中的高性能纤维之间呈90°角的经纬排列；A、B多层叠合热压处理制造出含芳杂环的高阻燃性芳纶纤维层压板。

本发明方法采用熔融热压工艺，制作工艺简单易行。制得的层压板具有很好的抗拉，抗冲击，抗弯曲强度，同时还具有密度轻，阻燃性很好，耐化学性能好，电绝缘，耐辐射性好，热稳定性好，在200℃的高温下长期使用不变形，在-40℃的低温下韧性好等特点，其厚度在0.5—200mm之间，最好的厚度时1.0—150mm，广泛用于航天航空，坦克装甲，印刷电路基板，高温隔热材料及低温绝热材料等高科技领域。

附图说明

图1为A层材料的密植排列方式图。

图2为Ai Ai+1之间经纬排列方式图。

具体实施方式

本发明的目的是通过以下的手段实现的。

在图1中：根据发明中层压板尺寸需要将发明中得到的高性能纤维在排丝机上密植平行排列，然后将排列好的纤维用少量的聚脂、或聚苯硫醚薄膜热压成膜，这样就将排丝机上的纤维初步固定成压膜。

图2表达的是两相邻A层材料之间都用这种经纬排列。

含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维层压板的制造方法，本发明中所使用的含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维长丝的制法是：按0.3摩尔的对苯二胺、0.3摩尔的氯代对苯二胺、0.4摩尔的2-(4氨基苯基)-5(6)氨基苯基苯并咪唑、和1.01摩尔对苯二甲酰氯反应的比例，将上述反应物，在NMP/CaCl₂溶剂体系中进行低温溶液聚合反应生成树脂溶液。然后直接用树脂溶液通过干喷—湿法或湿法纺丝制成原始纤维。喷丝板300孔，孔径0.08mm，纺速20米/分钟。原丝在氮气保护下，在350℃条件下进行热牵伸定形处理，将这种高性能长纤维用排丝机逐根紧密排列在一起，与热塑性树脂复合成膜，作为A层，聚酰胺，聚酯，聚砜，聚苯醚，聚苯硫醚，聚酰胺热熔胶，聚酯热熔胶等热塑性树脂(在其中可以加入无机填料)为B层，经B₁→A₁→B₂→A₂→B₃→A₃。。，即：(无机填料+)热塑性树脂→高性能芳纶纤维膜→(无机填料+)热塑性树脂→高性能芳纶纤维膜→→(无机填料+)热塑性树脂，A₁层和A₂层之间呈90°角的经纬排列；在，A₁层和A₂层之间是采用热塑性树脂来作为粘合剂，层压板的热压压力可以是100—300kg/cm^2。。热压处理制造后，经冷却定形出含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维层压板。

A层压膜含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维长丝，其使用量大致在50—80％，最好在60—70％，和添加10—30％无机、有机纤维是碳纤维、玻璃纤维、多晶氧化硅或硅酸铝陶瓷纤维、碳化硅纤维、金属纤维等短纤维纸、纤维长丝或纤维布或丝云母中的一种或多种纤维的混合物，采用30-40％热塑性树脂纤维纸、或长纤维压膜、或其纤维毛毡，或薄膜中的一种或多种，尤其以聚苯硫醚薄膜、聚酯薄膜最好，还可以添加增效剂，晶体成核剂，脱模剂，抗氧化剂，热稳定剂，润滑剂，紫外线防护剂，染色剂，甚至添加阻燃剂或塑料增韧剂等助剂。

实施例1

本发明所使用的含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维的制法是：按0.3摩尔的对苯二胺、0.3摩尔的氯代对苯二胺、0.4摩尔的2-(4氨基苯基)-5(6)氨基苯基苯并咪唑、和1.01摩尔对苯二甲酰氯反应的比例，将上述反应物，在NMP/CaCl₂溶剂体系中进行低温溶液聚合反应生成树脂溶液。然后直接用树脂溶液通过湿法纺丝制成原始纤维。喷丝板300孔，孔径0.08mm，纺速20米/分钟。原丝在氮气保护下，在350℃条件下进行热牵伸，纤维的性能指标如下：

 

抗张强度(Gpa)4.5-5.0断裂伸长(％)3-4抗张模量(Gpa)148密度(g/cm³)1.43分解温度(℃)500LOI(％)35-45

A层压膜采用图1的纤维密植平行排列方式，使A层纤维与纤维之间紧密排列，然后用两层聚苯硫醚薄膜将其夹在中央，使纤维固定成平行方式。

层压板采用B₁→A→B₂→A→B₃→A。。。。。。(即：无机填料+热塑性树脂→含芳杂环的高阻燃性芳纶纤维→无机填料+热塑性树脂→含芳杂环的高阻燃性芳纶纤维→......→无机填料+热塑性树脂)的铺层热压工艺，先将所得纤维经密植排列压膜为A层，聚苯硫醚薄膜(+无机填料)为B层，经B₁→A₁→B₂→A₂→B₃→A₃。。，A₁层中的高性能纤维和A₂层中的高性能纤维之间呈90°角的经纬排列，这样如此重复铺上A层压膜和B层聚苯硫醚薄膜，A层和B层相互叠层压板厚度1mm时，然后接通电源，采用高频电加热器加热，升温速率是10-30C/min，使温度达到295—300℃，同时使层压板中的聚苯硫醚薄膜和热塑性粘合剂在模具中充分熔融，模具的加压压力是100kg/cm²，当层压板达到需要的厚度0.5mm时，停止加热，切断电源，并在模具中通入冷却水，使其慢慢冷却，其冷却速率为5-10C/min，然后检验其各项特性，同时观察层压板的纤维层之间是否有分层现象。

实施例2

采用实例1的制造工艺和条件，压力为200kg/cm²，热塑性树脂还是采用聚苯硫醚树脂薄膜材料，在含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维中增加20％的碳纤维长丝，采用实例1得长丝排列方法，得到A层压膜，B层用聚苯硫醚纤维纸，A层和B层相互叠层压板厚度100mm时，像这样制成的含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维层压板表面光滑，没有细小的突状物出现，然后检验其各项特性，同时观察层压板的纤维层之间是否有分层现象。

实施例3

采用实例1的制造工艺和条件，压力为200kg/cm²，热塑性树脂还是采用聚苯硫醚树脂薄膜材料，在含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维中增加20％的玻璃纤维长丝，采用实例一得长丝排列方法，得到A层压膜，B层用聚苯硫醚纤维纸，A层和B层相互叠层压板厚度50mm时，像这样制成的含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维层压板表面光滑，没有细小的突状物出现，然后检验其各项特性，同时观察层压板的纤维层之间是否有分层现象。

实施例4

采用实例1的制造工艺和条件，压力为200kg/cm²，热塑性树脂还是采用聚苯硫醚树脂薄膜材料，在含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维中增加20％的多晶氧化硅陶瓷纤维长丝，采用实例1得长丝排列方法，A层压膜，B层用聚苯硫醚薄膜，A层和B层相互叠层压板厚度150mm时，像这样制成的含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维层压板表面光滑，没有细小的突状物出现，然后检验其各项特性，同时观察层压板的纤维层之间是否有分层现象。

实施例5

采用实例1的制造工艺和条件，压力为200kg/cm²，热塑性树脂还是采用聚苯硫醚树脂薄膜材料，在含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维中增加20％的碳化硅纤维长丝，采用实例1得长丝排列方法，得到A层压膜，B层用聚苯硫醚纤维纸，A层和B层相互叠层压板厚度10mm时，像这样制成的含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维层压板表面光滑，没有细小的突状物出现，然后检验其各项特性，同时观察层压板的纤维层之间是否有分层现象。

实施例6

采用实例1的制造工艺和条件，压力为300kg/cm²，热塑性树脂还是采用聚苯硫醚树脂薄膜材料，在含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维中增加20％的金属纤维长丝，采用实例1得长丝排列方法，得到A层压膜，B层用聚苯硫醚纤维纸，A层和B层相互叠层压板厚度120mm时，像这样制成的含芳杂环的高阻燃性聚芳酰胺树脂纤维层压板表面光滑，没有细小的突状物出现，然后检验其各项特性，同时观察层压板的纤维层之间是否有分层现象。

在实际生产中B层热塑性树脂型材还可以采用聚酰胺，聚酯，聚砜，聚苯醚，聚酰胺热熔胶，聚酯热熔胶等树脂的纤维纸，或长纤维或薄膜，或纤维毛毡，或聚苯硫醚长纤维，纤维毛毡时，A层不变的情况下，以此来满足不同需求。此外，层压板的无机填料可以是钛白粉，云母；层压板的热压压力最好是180-220kg/cm²，热压温度在80—350℃，产品层压板的厚度控制在0.5-200mm之间。