專利名稱：一種環(huán)氧玻璃纖維絕緣材料及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種由合成樹酯組成的，并浸漬有玻璃纖維的絕緣材料及其制造方法。由于它具有極佳的高絕緣、阻燃和高強度等特點，被廣泛地應用在對電氣、物理性能要求很高的材料工業(yè)上。
由現(xiàn)實生產(chǎn)實踐和文獻資料介紹可知，電絕緣材料的制造大都分三步完成。首先是按一定配方生產(chǎn)出上膠液;然后是上膠，用樹酯浸漬玻璃纖維材料;最后是在一定的溫度、壓力下壓制成型。具體地說，上膠液的制造都是根據(jù)生產(chǎn)需要而選用合成樹酯類型，如各種環(huán)氧樹酯、酰胺類、有機酸酐、不飽和樹酯、酚醛樹酯、氨基塑料等，其中從原料易得，可滿足一般電氣性能要求以及從經(jīng)濟上考慮，最常用的是環(huán)氧樹脂，而且都采用便宜的非純環(huán)氧結(jié)構(gòu)。有的產(chǎn)品為了增大耐弧性，而采用氨基塑料中的三聚氰胺甲醛樹酯。合成樹酯上膠液的性質(zhì)決定了它不能長期保存，所以都是與上膠、壓制工序配套在一個生產(chǎn)廠配制，且是隨用隨生產(chǎn)。對于上膠工藝比較成熟，有立式、臥式等多種類型，一般以臥式居多，載膠主體大多數(shù)用無堿玻璃布，布的規(guī)格、浸漬膠數(shù)量，隨產(chǎn)品所需確定。浸膠后的玻璃布，層疊放在一起，在電(或蒸汽)熱加溫下，用壓機加壓固化成型，環(huán)境壓力為常壓。產(chǎn)品經(jīng)測試出廠。1976年美國專利3.972.765介紹了一種“印刷電路所用層壓板的制造方法”先用苯酚和甲醛反應制得水溶性酚醛樹酯，然后將硅烷和此樹酯溶于水和乙醇中，處理無紡玻璃纖維織品，晾干后，再用環(huán)氧樹酯溶液(環(huán)氧樹酯、雙氰胺、芐基二甲胺溶于甲乙酮和丙二醇中)浸漬上述無紡玻璃纖維織品。最后，將一定片數(shù)疊合起來，在80℃，壓力20公斤/平方厘米下，熱壓而獲得層壓板。該層壓板絕緣電阻為1～5×1015歐姆，經(jīng)沸水處理后減少到1～5×1010歐姆，且基質(zhì)不變白，說明粘合劑不被溶解，玻璃纖維不能與環(huán)氧樹酯分離。但是，上述層壓產(chǎn)品，對于電氣、物理性能都要求較高的工業(yè)材料，卻難以滿足用戶需求，如產(chǎn)品既要絕緣性能優(yōu)越，強度高，又要有一定的阻燃性質(zhì)，耐電弧性能，就必須對原有產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝進行改進、提高。
本發(fā)明的目的在于避免上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處而提供一種采用真空壓制、用三聚氰胺甲醛樹酯和環(huán)氧樹酯膠及阻燃劑制造的，強度高，具有阻燃性能及其它耐電弧性好等優(yōu)良電氣性能的環(huán)氧玻璃纖維絕緣材料。
本發(fā)明的目的可以通過以下措施來達到。我們應用戶及部門的要求，在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上進行了開發(fā)研制。本發(fā)明的絕緣材料，也是由樹酯制造、上膠工藝和壓制三道工藝完成的。樹酯液的制造我們采用三聚氰胺甲醛樹酯為基料，該樹酯可以增加產(chǎn)品的耐弧性，在此樹酯的制造中，經(jīng)篩選我們選取丁醇為溶劑，而在現(xiàn)有技術(shù)中，該樹酯液的制造，溶劑是乙醇。這是因為丁醇的加入，對后續(xù)加入之耐弧樹酯具有協(xié)助溶解和分散的作用，使產(chǎn)品的耐弧效果好、壽命長。在制得上述樹酯液后，再加入環(huán)氧樹酯(E-51)以及阻燃劑、固化劑、溶劑丙酮，制成代號為NZHB型上膠液，使產(chǎn)品絕緣性能、強度更高，且具有阻燃性能。我們采用的三聚氰胺甲醛樹酯與阻燃劑的膠粘性也很好。然后，對玻璃布進行上膠。在最終工序，壓制產(chǎn)品時，為使產(chǎn)品質(zhì)地牢固，強度高，上膠液對玻璃纖維的浸透更好，同時有效地消除揮發(fā)物、氣泡等，本發(fā)明特別采用了真空壓制法，在加溫、加壓條件下，利用真空設(shè)備對環(huán)境造成真空，真空度在0.04～0.1MPa(兆帕)之間。真空壓制法大大減少了溶劑和氣泡的殘存量，提高了層壓板的強度和耐沸水性能。
本發(fā)明的目的還可以通過以下措施來達到。制取三聚氰胺甲醛樹酯液時，首先是把溶劑丁醇、甲醛加入反應釜，在常壓下邊攪拌邊升溫，當溫度達到60℃時，緩慢加入三聚氰胺，并升溫至適當溫度至乳化約維持30分鐘。然后按配方量加入鄰苯二甲酸酐，保持時間3.5～4小時，之后自然冷卻到60℃。反應物分層后先將下層水放棄，再進行真空脫水，真空度在0.06兆帕左右。脫水完畢，樹酯膠的丁醇溶液待制NZHB上膠液。樹酯膠的加料配方為三聚氰胺7～15%，甲醛40～60%，丁醇40～60%都為重量百分比(下同)。在制上膠液(NZHB)之前，必須先將E-51環(huán)氧樹酯和溴化環(huán)氧阻燃劑加熱熔成液態(tài)。將環(huán)氧樹酯、阻燃劑、固化劑(四氫苯酐)、丙酮溶劑以及上述制得的樹酯液加入反應釜，攪拌并加熱至80℃，然后加入芐基二甲胺催化劑，維持時間2～3.5分鐘后，即得NZHB上膠液。制造上膠液主要原料配方為E-51環(huán)氧樹酯20～35%，阻燃劑15～25%，丙酮10～20%，樹酯液10～20%，芐基二甲胺0.1～0.5%，固化劑15～25%。該上膠液由于自聚、固化等原因，貯存期不得超過三天。上膠工序所用設(shè)備為臥式上膠機，將前述上膠液加入上膠機中，升溫至100～150℃，使玻璃纖維布通過上膠液，在上膠時應隨時控制膠含量，應含膠36～45%，可溶樹酯含量在90%以上，揮發(fā)物在1%以下，根據(jù)此指標隨時調(diào)整上膠機的操作工藝條件。上完膠的玻璃纖維布，最好及時去壓制成品，如保存，則不得超過兩天。
上膠玻璃纖維布的成品壓制工序也很重要，將裁剪好的纖維布，放入熱壓模中，視成品板所需厚度配置片數(shù)，一般是奇數(shù)搭配，每次可壓制1～5張成品板，超過5張則因溫度、壓力的控制，加熱的均勻程度有困難，難以保證質(zhì)量。每一張成品板在壓制前，之間要用兩邊夾有聚丙烯薄膜的不銹鋼板隔開，在最上面和最下面接觸熱壓模的一邊各鋪幾張牛皮紙。首先用蒸汽予熱，溫度達100～120℃，壓力逐漸升至20公斤/平方厘米，予熱時間10～15分鐘，然后加溫至180℃，壓力升至50～60公斤/平方厘米，保持此溫度和壓力4小時(每塊成品板3毫米以下)，成品板厚超過3毫米，每增加板厚1毫米，保溫保壓時間增加20分鐘。然后自然冷卻30分鐘，再用原來通蒸汽管，經(jīng)閥門轉(zhuǎn)換通水冷卻至常溫，卸料后即為成品。熱壓機上下兩熱壓板設(shè)計為中空，上置蒸汽管道，用鍋爐產(chǎn)生10～13公斤高壓蒸汽用作加熱熱源。蒸汽管側(cè)用閥門旁接一水管，冷卻用。在此工藝中，自始至終熱壓機周圍環(huán)境要保持真空，真空度為0.04～0.1MPa。因此，熱壓機四周用鋼板焊接密封，整體高約2米，長2米，寬1.5米，正面設(shè)計一個門，門四周以膠墊密封，側(cè)面開一視孔，觀察層壓板壓制情況。上面設(shè)計一通氣孔，上接閥門用以排除真空。同時安裝一個通真空泵管路。該方法除可以壓制板材外，尚可根據(jù)不同要求，采用其它熱壓模壓制其它一些有一定彎曲度形狀的絕緣材料板。
本發(fā)明下面以壓制板狀絕緣材料說明實施例。在制造3毫米厚阻燃型電絕緣玻璃層壓薄板時，樹酯液制造的較好配料比為三聚氰胺9%，甲醛45%，丁醇46%。在制造NZHB上膠液時，較好配方為E-51環(huán)氧樹酯28%，溴化環(huán)氧阻燃劑18%，丙酮15%，樹酯液18%，芐基二甲胺0.3%，固化劑21%。上膠工序中，上膠溫度可采用150℃，上膠后，玻璃纖維布含膠量控制在36%，可溶性樹酯含量大于90%，揮發(fā)度1%以下。在壓制層壓制品時，3毫米厚的層壓板，采用19層玻璃纖維上膠布，在我廠熱壓機條件下，一次可壓制五張層壓板，真空度控制在0.04MPa，加熱蒸汽用10個表壓的蒸汽，予熱溫度為120℃，時間約需15分鐘。在升壓至60公斤/平方厘米過程時，也同時用接真空泵管道抽真空使達到0.04MPa，同時溫度升至180℃，然后即可停真空泵，保溫、保壓4小時。由視鏡觀察壓制成型情況。然后自然冷卻，并通過通氣孔用閥門消除真空狀態(tài)，最后可用自來水冷卻至常溫。玻璃纖維層壓產(chǎn)品規(guī)格為1.1米×1.6米。壓制五張板。實施例一些未提到的工藝條件一如前述文中的條件。本發(fā)明所需原料配比等，均指工業(yè)品規(guī)格。
權(quán)利要求
1.一種用合成樹酯制成的上膠液，使玻璃纖維上膠后再行壓制的絕緣材料，其特征在于以丁醇作為溶劑制取三聚氰胺甲醛樹酯液，然后再加入E--51環(huán)氧樹酯以及溴化環(huán)氧阻燃劑、丙酮、固化劑、芐基二甲胺催化劑制得上膠液，玻璃纖維經(jīng)上膠液上膠后，在真空環(huán)境下進行壓制成型，
2.如權(quán)利要求1所述之用合成樹酯膠液浸漬玻璃纖維壓制的絕緣材料，其特征在于制造三聚氰胺甲醛樹酯液時，加料配方為三聚氰胺7～15%，甲醛40～60%，丁醇為40～60%，
3.如權(quán)利要求1所述之用合成樹酯膠液浸漬玻璃纖維壓制的絕緣材料，其特征在于玻璃纖維上膠液的原料配方為E-51環(huán)氧樹酯20～35%，阻燃劑15～25%，丙酮10～20%，樹酯液10～20%，芐基二甲胺0.1～0.5%，固化劑15～25%，
4.如權(quán)利要求1所述之用合成樹酯膠液浸漬玻璃纖維壓制的絕緣材料，其特征在于，玻璃纖維浸漬上膠時，應控制上膠量為36～45%，可溶性樹酯量90%以上，揮發(fā)物在1%以下，
5.一種用合成樹酯制成的上膠液，使玻璃纖維上膠后，再行壓制的絕緣材料制造方法，在壓制成型時應加熱，機械加壓，其特征在于在壓制時，首先用用蒸汽預熱，溫度100～120℃，壓力機加壓至20公斤/平方厘米，預熱時間10～15分鐘，然后加溫至180℃，壓力升至50～60公斤/平方厘米，保溫保壓4小時(每塊成型板3毫米厚)，然后冷卻。在壓制過程中自始至終熱壓機環(huán)境保持真空狀態(tài)，真空度0.04～0.1MPa，
6.如權(quán)利要求5所述之用合成樹酯膠液浸漬玻璃纖維壓制絕緣材料的制造方法，其特征在于為保持環(huán)境真空狀態(tài)，熱壓機四周用鋼板焊接密封，高約2米，寬約1.5米，長約2米，前面開一門，門四周鑲有膠墊，側(cè)面開一視孔，上部用閥門連接一通氣孔，并接裝一真空管道，外接真空泵。
全文摘要
本發(fā)明是一種采用真空壓制的阻燃性環(huán)氧玻璃纖維絕緣材料及其制造方法。由于加入阻燃劑，使產(chǎn)品的阻燃性能可滿足電氣材料的特殊要求。本發(fā)明上膠液含有三聚氰胺甲醛樹脂，使產(chǎn)品具有耐電弧性能。且樹脂與阻燃劑、玻璃纖維粘合的性能良好。同時因利用了環(huán)氧樹脂浸漬玻璃纖維，并在成型時使壓制環(huán)境處于真空狀態(tài)，這就增加了材料的電絕緣特性，且使此材料耐彎曲、耐沖擊強度高。該產(chǎn)品的介電耗損也少。所以本發(fā)明產(chǎn)品被廣泛的用于電氣材料工業(yè)上。
文檔編號B32B17/04GK1078684SQ9210328
公開日1993年11月24日 申請日期1992年5月9日 優(yōu)先權(quán)日1992年5月9日
發(fā)明者凌恩永 申請人:華能發(fā)電公司