TW201237891A - Heat-resistant electrically insulating sheet material and method for producing same - Google Patents

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201237891 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種經壓光加工之芳族聚醯胺紙之再利用 方法，以及耐熱性電氣絕緣片材《進而詳細而言，係關於 一種可不使用藥液等而對焚燒或廢棄處理之經壓光加工之 芳族聚醯胺紙進行再利用的經壓光加工之芳族聚醯胺紙之 再利用方法，以及耐熱性電氣絕緣片材。 【先前技術】 為賦予紙經改善之強度及/或熱穩定性而開發出由高性 能材料製造之紙。例如，芳族聚醯胺紙係包含芳香族聚醯 胺之合成紙。由於其耐熱性及耐燃性、電氣絕緣性、強韌 性及可撓性，該紙被用作電氣絕緣材料及飛機蜂窩用基 材°該等材料之中，包含杜邦（DuPont)(美國）之諾梅克斯 (Nomex)(註冊商標）纖維而成之紙係藉由使聚（間笨二曱醯 間笨二胺）纖維屬與纖條體於水中混合，繼而對經混合之 漿料進行造紙之後再進行壓光加工而製造。已知，該紙甚 至於高溫下依然具有較高之強度及強韌性並且具有優異之 電氣絕緣性。 方族聚醯胺紙之邊角材料或破損材料等由於經實施壓光 加工之向溫、高壓之處理，纟而僅以水則完全*會解纖。 因此，進订焚燒或廢棄處理。又，於溶解於有機溶劑中之 後’再次與原始之原料相同地實施成形為造紙原料即纖維 屬或纖條體、紙激等之化學再利用，但該方法必需考慮環 境，且存在成本變高之傾向。 161777.doc 201237891 又’關於未實施壓光加工之高溫、高壓之處理且經乾燥 之芳族聚醯胺紙或芳族聚醯胺板的再利用，日本專利特開 平4-228696號公報、日本專利特開2003-290676號公報中記 載有其處理方法。然而，實際上芳族聚醯胺紙經壓光加工 而使用之情形為大多數’因此該等方法並不實用。 進而’於日本專利特開平7_243 189號公報中，有使用芳 族聚醯胺紙粉碎而成之芳族聚醯胺紙紙漿的多孔性芳族聚 醯胺成形物之記載。然而，一般認為上述成形物由於多孔 性故而電氣絕緣性不充分。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開平4·228696號公報 [專利文獻2]日本專利特開2003-290676號公報 [專利文獻3]曰本專利特開平43 1 89號公報 【發明内容】 [發明所欲解決之問題] 本發明之目的在於提供-種*使用藥液等而對經壓光加 工之芳族聚醯胺紙進行再利用之耐熱性電氣絕緣片材。 [解決問題之技術手段] 一 ·- W |工％牙七粑緣片 其特徵在於含有··#由將包含芳香族聚醯胺之合成紙! 壓光加工之芳族聚醯胺紙粉碎而獲得之長度加權平均名 長為1 mm以下的微粒子，及芳族聚醯胺纖條體。 於第2態樣中，本發明提供一鍤而+跑ω +户 檀耐熱性電氣絕緣片才 I61777.doc 201237891 製造方法’其特徵在於：將句冬笔条 _ 將匕a方香族聚醯胺之合成紙即 經壓光加工之芳族聚醯胺紙 、 妝、、、氏乾式叔碎而製備微粒子，將製 備而成之微粒子、芳族聚醯脸鑰你脚 鼴胺纖條體、及水組合而形成混 合漿料，使用形成之漿料進行造紙。 【實施方式】 (芳族聚醯胺） ㈣M t ’㈣胺，係指醯胺鍵之6〇%以上 與芳香環直接鍵結之線性高分子化合物(芳香族聚醯胺)。 作為此種芳族聚醯胺，例如可列舉：$間苯二曱醯間笨二 胺及其共聚物、㈣笨二甲酿對笨二胺及其共聚物、聚 (對苯）-共聚合（3,4·二笨鍵）對苯二曱酿胺等。該等芳族聚 醯胺藉由例如使賴苯二甲醯氣及間笨二胺之先前已知之 界面聚合法、溶液聚合法等而於工業上製造，可作為市售 品而獲取，但並不限定於此。該等芳族聚醯胺之中，就具 備良好之成型加工性、熱接著性、難燃性、耐熱性等特性 之方面而言，可較佳地使用聚間苯二甲醯間苯二胺。 (芳族聚醯胺纖條體） 於本發明中，所謂芳族聚醯胺纖條體，係指具有造紙性 之薄膜狀之芳族聚醯胺粒子，亦稱為芳族聚醯胺紙漿（參 照曰本專利特公昭35-1 1851號公報、日本專利特公昭 5732號公報等）。 眾所周知，芳族聚醯胺纖條體與通常之木漿相同，係實 施離解、叩解處理而用作造紙原料，可為保持適於造紙之 品質而實施所謂叩解處理。該叩解處理可利用盤磨機 161777.doc 201237891 refiner)、打漿機（beater)、其他帶來機械性切割作用之造 紙原料處理機器而實施。於該操作中，纖條體之形態變化 可以日本工業規格P8121中規定之濾水度試驗方法（游離 度）進行監控。於本發明中，實施叩解處理後之芳族聚醯 胺纖條體之濾水度較佳為處於1〇 cm3〜3〇〇 cm3(加拿大標準 游離度）之範圍内。大於該範圍之濾水度之纖條體存在由 其成形之耐熱性電氣絕緣片材之強度降低之可能性。另一 方面，若欲獲得小於！〇 cm3之濾水度，則多數情況下投入 T機械動力之利用效率變小，又平均單位時間之處理量變 ^進而，容易因過度進行纖條體之細微化而招致所謂黏 合劑功能之下降。因此，如上所述即便欲獲得小於1〇咖3 之壚水度’亦未見明顯之優點。 (芳族聚醯胺短纖維） 芳族聚醢胺短纖維係將以芳族聚酿胺作為材料之纖維切 割而成者，作為此種纖維，例如可列舉可以帝人股份有限 ^司之「侧1N C〇NEX(註冊商標）」、杜邦公司之 j〇MEX(d冊商標）」等商品名而獲取者，但並不限定於 該等。 方務聚醯胺短纖 又—力又可自1 mm从工且禾立 嶋、較佳為2〜H) mm之範圍内選擇。若短纖維之長度， lmm ’則片材之力學特性降低；另一方面，50麵以_ 於以濕式法製造芳族聚酿脫& 万務眾胺紙時容易產生「接結」、 結」等而容易成為缺陷之原因。 (芳族聚醯胺紙） '61777.doc 201237891 主要由上述芳族聚 之薄片狀物，一般 於本發明中’所謂芳族聚醯胺紙，為 醯胺纖條體及芳族聚醯胺短纖維所構成 具有20 μπι〜1〇〇〇 μηι之範圍内之厚 ^ 進而，方族聚醯胺 紙一般具有10 g/m2〜1〇〇〇 g/m2之範圍内之基重。 一般而言’芳族聚醯胺紙係藉由使 风上述方族聚醯胺纖條 體與芳族聚《短纖維混合之後進行薄片化之方法而製 造。具體而言’例如可使用：使上述芳族聚酿胺纖條體與 芳族聚酿胺短纖維乾式摻合之後，利用氣流形成薄片的方 法；使芳族聚醯胺纖條體與芳族聚醯胺短纖維於液體介質 中分散混合之後，噴出於透液性之支撐體、例如網或帶上 進行薄片化，去除液體進行乾燥的方法等；但該等之中較 佳地選擇使用水作為介質的所謂濕式抄造法。 濕式抄造法中，將含有至少芳族聚醯胺纖條體、芳族聚 醯胺短纖維之單一或混合物之水性漿料向造紙機送液並分 散之後，進行脫水、搾水及乾燥操作，藉此作為薄片而捲 取之方法較為常見。作為造紙機，可利用長網造紙機 '圓 網造紙機、傾斜型造紙機及將該等組合而成之組合造紙機 等。於以組合造紙機進行製造之情形時，可藉由使調配比 率不同之幾:料進行薄片成形並合而為一而獲得包含複數層 紙層之複合體薄片。於抄造時視需要使用分散性提高劑、 消泡劑、紙力增強劑等添加劑。 (壓光加工） 以上述方式獲得之芳族聚醯胺紙可藉由於一對輥間以高 溫高壓進行熱壓而提高密度、機械強度。關於熱壓之條 161777.doc 201237891 件’例如於使用金屬製輥之情形時，可例示溫度 100〜350°C、線壓50〜400 kg/cmi範圍内，但並不限定於 該等《亦可於熱壓時積層複數張芳族聚醯胺紙。亦可以任 意之順序將上述熱壓加工進行複數次。 (經壓光加工之芳族聚醯胺紙粉碎而成之微粒子） 所謂本發明中使用之微粒子，較佳為將上述經壓光加工 之芳族聚醯胺紙粉碎之後，以光學纖維長度測定裝置測定 時之長度加權平均纖維長為丨mm以下。此處，作為光學纖 維長度測定裝置，可使 fflFiber QuaHty Analyzer(〇p Test

Equipment公司製）、Kajaani型測定裝置（Kajaani&司製）等 測定機器。於此種機器中，通過某光路之微粒子之纖維長 與形態被個別觀測，所測定之纖維長會進行統計學處理。 於使用經長度加權平均之纖維長超過丨mm之微粒子之情形 時，耐熱性電氣絕緣片材之表面之凹凸變大，絕緣破壞電 壓局部降低。進而，因薄片製造中之微粒子之脫離導致薄 片中產生孔而容易引起絕緣破壞電壓之降低等。 作為將上述經壓光加工之芳族聚醯胺紙粉碎之方法較 佳為以乾式法 '濕式法或兩種方法進行粉碎而微粒子化之 方法。所謂乾式法，為使用撕碎機、破碎機、捏合機等， 實質上使水分不介在地對芳族聚醯胺紙給予衝擊而分解為 微粒子的方法。又，所謂濕式法，為於水介質中對芳族聚 醯胺紙給予衝擊而縮小粒度之方& ^作為有效地實施此種 式叙碎之。又備，可例示高速離解機、精磨機、打漿機 4 ’但並不限定於該等。 161777.doc 201237891 本發明中較佳為如下方法：於製造微粒子時利用乾式 法實施粉碎之後制濕式法實施粉碎，進而於制濕式法 貫施粉碎時’於與芳族聚酿胺纖條體混合之狀態下利用濕 式法進行粉碎。藉由與芳族聚醯胺纖條體混合，容易使混 合液均質化而容易製造均質且細小之微粒子，冑而藉由同 時進行濕式處理，亦可省略為製造薄片所必需實施之對芳 族聚醯胺纖條體單體之叩解處理。 (耐熱性電氣絕緣片材） 所謂本發明之耐熱性電氣絕緣片材，為主要由上述微粒 子與芳族聚醯胺纖條體所構成之薄片狀物，一般具有20 μπι〜5 mm之範圍内之厚唐。推 ^ ^ 手又進而，耐熱性電氣絕緣片材一 般具有1 0 g/m2〜5000 g/m2之範圍内之基重。 对熱性電氣絕緣片材中之芳族聚醯胺纖條體之含量只要 達成所需之電氣絕緣性便無特別限制，但為保持耐熱性電 氣絕緣片材於製造中之工程強度而較佳為5〜80重量％，進 而為獲得充分之電氣絕緣性而較佳為15，重量％，進而 為表現充分之強度而尤佳為3G，重量％。耐熱性電氣絕 緣片材中之微粒子之含量較佳為 。里平乂住马20〜95重量。/。之範圍，但 並不限定於該範圍，就再利用之觀點而言㈣為3〇重㈣ 以上’為保持工程強度而更佳為3〇〜85重量％之範圍，尤 佳為50〜85重量％之範圍。 -般而言，4熱性電氣絕緣片材係藉由使上述微粒子與 芳族聚醯胺纖條體混合之後進行薄片化之方法而製造。呈 體而言’例如可使用：使上述微粒子與芳族聚醯胺纖條體 161777.doc 201237891 乾式摻合之後’利用氣流形成薄片之方法；使上述微粒子 及芳族聚酿胺纖條體於液趙介質中分散混合之後，喷出於 透液性之支樓體、例如網或帶上進行薄片&，去除液體進 订乾燥之方法等’㈣等之中較佳地選擇使用水作為介質 之所謂濕式抄造法。 式〇 &法+冑含有至少微粒子、芳族聚醯胺纖條體 之單—或混合物之水性_向造紙機送液並分散之後，進 行脫水、#水及乾燥操作，藉此作為薄片而捲取之方法較 為常見。作為造紙機，可利用長網造紙機、圓網造紙機、 傾斜型造紙機及將該等組合而成之組合造紙機等。於以組 合造紙機進行製造之情形時，可藉由使調配比率不同之浆 料進仃溥片成形並合而為一而獲得包含複數層紙層之複合 體薄片。於抄造時視需要使用分散性提高冑、消泡劑、紙 力增強劑等添加劑》 藉由㈣熱性電氣絕緣片材中添加芳族㈣胺短纖維， 可進-步提高拉伸強度。对熱性電氣絕緣片材中之芳族聚 醯胺短纖維之含量較佳為5〜50重量％之範圍，但並不限定 於該範圍，就再利用之觀點而言為3〇重量％以下，為保持 工輕強度而尤佳為5〜30重量％之範圍。 又，除此之外可添加其他纖維狀成分（例如，聚苯硫醚 纖維、聚醚醚酮纖維、纖維素系纖維、ρνΑ(ρ〇1ρ_1 alcoho卜聚乙烯醇）系纖維、聚酯纖維、芳酯纖維、液晶 聚酯纖維、聚萘二甲酸乙二酯纖維等有機纖維，玻璃纖 維、岩棉（rock wool)、石棉（asbestos)、硼纖維等無機纖維 16l777.doc 201237891 玻璃纖維）。 於本發明之耐熱性電氣絕緣片材中，芳族聚醯胺纖條體 由於作為黏合劑具有優異之特性故而可有效地補充微粒子 及其他添加成分，於本發明之耐熱性電氣絕緣片材製造中 原料良率良好，並且可於薄片内層狀地重疊，減少貫通 孔’而提高電氣絕緣性。 以此種方式獲得之耐熱性電氣絕緣片材可藉由於一對平 板間或金屬製輥間以高溫高壓進行熱壓而提高密度、機械 強度。關於熱壓之條件，例如於使用金屬製輥之情形時， 可例不溫度100〜35〇t、線學5〇〜4〇〇 kg/cm，但並不限定 於S亥等。亦可不施加加熱操作而於常溫下僅進行按壓。亦 可於熱壓時積層複數片耐熱性電氣絕緣片材。亦可以任意 之順序將上述熱壓加工進行複數次。 以下，列舉實施例對本發明進行說明。再者，該等實施 例係用於舉例說明本發明之内容者，未對本發明之内容做 任何限定。 [實施例] (測定方法） (1) 基重、厚度之測定 依據JIS C2111實施。 (2) 密度之計算 以基重+厚度計算。 (3) 長度加權平均纖維長 使用 Op Test Equipment公司製 Fiber Quality Analyzer， 16l777.doc 201237891 測定關於約4000個微粒子之長度加權平均纖維長β (4) 拉伸強度之測定 以TENSILON拉伸試驗機於寬度丨5 min、夾頭間隔50 mm '拉伸速度5〇 mm/分鐘下實施。 (5) 絕緣破壞電壓 根據ASTM D 149，於電極徑5 1 mm下藉由交流之直升壓 法而實施。 (原料製備） 使用曰本專利特開昭52_丨5621號公報中記載之以轉子與 定子之組合而構成的紙漿粒子之製造裝置（濕式沈澱機）， 製造聚間笨二甲醯間苯二胺之纖條體。以離解機、叩解機 對其進行處理而將長度加權平均纖維長調節至〇 9 。 另一方面，將杜邦公司製間芳族聚醯胺纖維（N〇mex(註 冊商標）、單紗細度為2丹尼）切割為6 mm之長度（以下記載 為「芳族聚醯胺短纖維」）而作為造紙用原料。 (經壓光加工之芳族聚醯胺紙之製造） 使製備而成之芳族聚醯胺纖條體與芳族聚醯胺短纖維各 自分散於水中製作漿料。使該等漿料以纖條體與芳族聚醯 胺短纖維成為1/1之調配比率（重量比）之方式混合以 Tappi式（標準式）手抄造紙機（剖面面積為625 cm2)製作薄片 狀物。繼而，利用金屬製壓光輥以溫度33〇<t、線壓3〇〇 kg/cm對其進行熱壓加工，獲得經壓光加工之芳族聚醯胺 紙。 (實施例1~3及對照例） 16l777.doc •12- 201237891 (微粒子原料製備） 以乾式粉碎機粉碎上述經壓光加工之芳族 備通過開孔徑3 mm之篩者與水之混合漿料，、1醯胺紙。製 解機處理該聚料並將長度加權平均纖 乂離解機、叩 之尺寸。 、長調節為表1所示 (耐熱性電氣絕緣片材之製造） 使製備而成之微粒子、製備而成之 及製備而成之芳族聚醯胺短纖維各自八、_條體、 料。使該等漿料以微粒子、纖條體 漿 .* _ 方族聚醞胺短纖維成 為表】所不之調配比率(重量比)之方式混合以 抄造紙機(剖面面積為625 cm2)製作薄片狀物。繼而，利用 金屬製Μ光親以溫度33Gt、㈣3()() kg—對其進行轨壓 加工’獲得耐熱性電氣絕緣片材。再者，對照例除不包含 微粒子以外，與實施例Μ相同地進行製作。將以此種方 式獲得之耐熱性電氣絕緣片材之主要特性值示於表】中。 實施例1 3之耐熱性電氣絕緣片材之絕緣破壞電壓亦足 夠高’進而即便以250t處理1〇分鐘亦未見外觀之變化， 故可用作耐熱性電氣絕緣片材。 I6I777.doc 13· 201237891 [表l] 表1 特性 單位 實施例1 實施例2 實施例3 對照例 原料組成 微粒子 重量％ 70 85 57 芳族聚醯胺纖條體 30 15 30 50 芳族聚醯胺短纖維 13 50 微粒子之長度加權平均纖維長 mm 0.80 0.80 0.80 基重 g/m2 41.6 40.3 44 40 厚度 μηι 58 63 64 59 密度 g/cmJ 0.72 0.64 0.69 0.68 拉伸強度 kgf/15 mm 0.97 0.57 1.37 4.3 絕緣破壞電壓 kV/mm 16 14.4 15.4 16.5 外觀(250°C、10分鐘） 無變化 無變化 無變化 無變化 (實施例4〜6) (微粒子原料製備） 以乾式粉碎機粉碎上述經壓光加工之芳族聚醯胺紙。製 備通過開孔徑3 mm之筛者、芳族聚醢胺纖條體與水之混合 漿料，以離解機、叩解機處理該漿料並將長度加權平均纖 維長調節為表2所示之尺寸。 (耐熱性電氣絕緣片材之製造） 使粉碎芳族聚醯胺紙與芳族聚醯胺纖條體之混合物而製 備之微粒子、及芳族聚醢胺短纖維各自分散於水中製作漿 料。使該等漿料以微粒子、纖條體及芳族聚醯胺短纖維成 為表2所示之調配比率（重量比）之方式混合，以Tappi式手 抄造紙機（剖面面積為625 cm2)製作薄片狀物。繼而，利用 金屬製壓光輥以溫度330°C、線壓300 kg/cm對其進行熱壓 加工，獲得耐熱性電氣絕緣片材。將以此方式獲得之耐熱 性電氣絕緣片材之主要特性值示於表2中。實施例4〜6之耐 161777.doc 14 201237891 熱性電氣絕緣片材中，由於微粒子與芳族聚醯胺纖條體之 混合漿料經粉碎，故而可以與實施例1〜3之耐熱性電氣絕 緣片材相比更短時間製備微粒子原料與芳族聚醯胺纖條 體。又，顯示與實施例1〜3大致同等或其以上之特性。 [表2] 表2 特性 單位 實施例4 實施例5 實施例6 原料組成 微粒子 重量％ 70 85 57 芳族聚醯胺纖條體 30 15 30 芳族聚醯胺短纖維 13 微粒子(芳族聚醯胺紙與芳族聚醯胺 纖條體之混合物)之長度加權平均纖維長 mm 0.70 0.70 0.70 基重 g/m^ 41 40 43 厚度 μιη 57 62 62 密度 g/cmJ 0.72 0.65 0.69 拉伸強度 kgf/15 mm 0.98 0.57 1.4 絕緣破壞電壓 kV/mm 16.2 14.8 16.0 外觀(250°C、10分鐘） 無變化 無變化 無變化 (比較例1〜4) (微粒子原料製備） 以乾式粉碎機粉碎上述經壓光加工之芳族聚酼胺紙。製 備通過開孔徑3 mm之筛者與水之混合漿料，以離解機、叩 解機處理該漿料並將長度加權平均纖維長調節為表3所示 之尺寸。 (耐熱性電氣絕緣片材之製造） 使製備而成之微粒子、製備而成之芳族聚醯胺纖條體、 及製備而成之芳族聚醯胺短纖維各自分散於水中製作漿 料。使該等漿料以微粒子、纖條體及芳族聚醯胺短纖維成 為表3所示之調配比率（重量比）之方式混合，以Tappi式手 161777.doc 15 201237891 抄造紙機（剖面面積為625 cm2)製作薄片狀物。繼而，利用 金屬製壓光輥以溫度330°C、線壓300 kg/cm對其進行熱壓 加工，獲得对熱性電氣絕緣片材。將以此種方式獲得之耐 熱性電氣絕緣片材之主要特性值示於表3中。比較例1〜4之 耐熱性電氣絕緣片材中，由於絕緣破壞電壓較低，故可認 為不足以作為耐熱性電氣絕緣片材。 [表3] 表3 特性 單位 比較例1 比較例2 比較例3 比較例4 原料組成 微粒子 重量％ 70 85 57 70 芳族聚醯胺纖條體 30 15 30 芳族聚醯胺短纖維 13 30 微粒子之長度加權平均纖維長 mm 1.2 1.2 1.2 0.80 基重 g/mz 40 40.2 44.1 43 厚度 μηι 73 78 80 80 密度 g/cm3 0.59 0.52 0.55 0.54 拉伸強度 kgf/15 mm 1.1 0.6 1.45 0.4 絕緣破壞電壓 kV/mm 9.2 8.0 8.5 8.3 外觀(25(TC、10分鐘） 無變化 無變化 無變化 無變化 161777.doc 16-

Claims (1)

1. 201237891 七、申請專利範圍： 1. 氣絕緣片材，其特徵在於含有：藉由將包 二=之合成紙即經壓光加工之芳族聚酿胺紙 奋碎而獲得之長度加權 9纖、准長為1 mni以下的微粒 千，及芳族聚醯胺纖條體。 2. 一種耐熱性電氣絕緣片材， 何其特徵在於：其含有藉由將 Ο 3 ^香族聚醯胺之合成 取為即經壓光加工之芳族聚醢胺 紙與芳族聚酿胺纖條贈夕 妝纖俅體之混合物粉碎而獲得之長度加權 平均纖維長為1 mm以下的微粒子。 3.㈣求項_之耐熱性電氣絕緣片材，其中電氣絕緣破 壞電壓為10 kV/mm以上。 4. -種耐熱性電氣絕緣片材之製造方法，其特徵在於：將 包含芳香族聚醯胺之合成紙即經壓光加i之芳族聚醯胺 紙粉碎而製備微粒子， 將製備而成之微粒子、芳族聚醢胺纖條體、及水組合 而形成混合漿料， 將形成之漿料進一步濕式粉碎而將微粒子與芳族聚醯 胺纖條體之混合物之長度加權平均纖維長調節為丨mm以 下’使用該漿料進行造紙。 161777.doc 201237891 四、 指定代表圖： (一) 本案指定代表圖為：（無） (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： 五、 本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： (無） 161777.doc