Бумажный материал, используемый в качестве электроизоляции и основы конструкционных композитов

БУМАЖНЫЙ МАТЕРИАЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ В КАЧЕСТВЕ ЭЛЕКТРОИЗОЛЯЦИИ И ОСНОВЫ КОНСТРУКЦИОННЫХ КОМПОЗИТОВ, содержащий фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида, отличающийся тем, что, с целью снижения горючести и повышения термостабильности материала при сохранении его прочности на разрыв, материал дополнительно содержит резаное волокно из гетероароматического полиамида формулы

где a + c = b и a : c = 3 : 7 - 7 : 3,
при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фибриды из полиметафениленизофталамида - 10 - 90
Резаное волокно из полиметафениленизофталамида - 5 - 85
Резаное волокно из гетероароматического полиамида - 5 - 85

Изобретение относится к синтетическим бумажным материалам технического назначения, а именно к арамидным нагревостойким трудносгорающим и самозатухающим бумажным материалам, используемым преимущественно в качестве электроизоляции и основы конструкционных композитов.
Известен бумажный материал, содержащий арамидные фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное полиэфирное волокно. Этот материал может использоваться в качестве основы слоистых композитов различного назначения.
Однако существенным недостатком материала являются его пониженные нагревостойкость и огнестойкость за счет присутствия в бумажном материале полиэфирного волокна, уступающего по этим показателям арамидным волокнам.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к изобретению является бумажный материал, содержащий арамидные волокнистые компоненты, включающие фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида.
Этот бумажный материал лишен отмеченных недостатков предыдущего материала. Однако его горючесть (кислородный индекс - 27-30%) не всегда является достаточно низкой для использования соответствующих композитов в авиационной технике и ряде других областей.
Кроме того, не очень высока термостабильность материала - он характеризуется существенной линейной деформацией (усадкой в несколько %) после термообработки в свободном состоянии при температуре 280^оС и выше, что может привести к возникновению значительных внутренних напряжений в материале при его получении, а также в критических ситуациях при эксплуатации и, как следствие, к образованию дефектов и разрушению материала при невысоких внешних нагрузках.
Целью изобретения является снижение горючести и повышение термостабильности материала при сохранении его прочности на разрыв.
Сущность изобретения заключается в том, что бумажный материал, содержащий фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида, дополнительно содержит резаное волокно из гетероароматического полиамида формулы
CO CO NH
где a+с=b и a:c=3:7-7:3, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Фибриды из полиме- тафениленизофталамида 10-90
Резаное волокно из
полиметафенилени- зофталамида 5-85
Резаное волокно из
гетероароматического полиамида 5-85
Материал по изобретению существенно отличается от известных арамидных бумажных материалов, поскольку содержит новое волокно на основе нового гетероароматического полиамида, ранее не применявшееся для изготовления бумажных материалов. Введение в состав бумажного материала, содержащего фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида, дополнительно резаного волокна из указанного гетероароматического полиамида придает материалу существенно меньшую горючесть, чем можно было бы ожидать при аддитивном вкладе в кислородный индекс материала всех элементарных звеньев полимеров, образующих волокнистые компоненты материала.
Кроме того, введение волокна из гетероароматического полиамида указанной формулы в состав бумажного материала существенно повышает термостабильность последнего, что проявляется в уменьшении изменения линейных размеров после термообработки в свободном состоянии при температуре 300^оС. При оптимальном соотношении компонентов можно получить материал, не изменяющий размеров после такой обработки.
Достижение отмеченных новых положительных качеств материала при введении в его состав дополнительно резаного волокна из гетероароматического полиамида происходит без снижения прочности материала на разрыв, что нельзя достигнуть, вводя в композицию, например, неорганические волокна.
Предлагаемый бумажный материал может быть сформован по периодическому (в листоотливных формах) либо непрерывному (с использованием бумагоделательных машин с наклонным сеточным столом) способам. При необходимости материал может быть уплотнен путем прессования или каландрирования.
Исходные волокнистые компоненты по отдельности диспергируют в гидроразбивателе при массовой доле взвеси 0,3-2,5% и смешивают в заданной пропорции в композиционном бассейне.
Отлив материала ведут при массовой доле взвеси 0,01-0,5%.
При массовой доле фибридов в композиции менее 10% формование бумажного полотна на буммашине неустойчиво и сопровождается частыми его обрывами.
При массовой доле фибридов в композиции более 90% формование материала затруднено вследствие очень большого сопротивления фильтрации воды.
Изменение содержания одного из видов резаного волокна в пользу другого менее чем на 5% не приводит к заметному изменению свойств бумажного материала.
Ниже приведены конкретные примеры получения предлагаемого материала (примеры 1-4) и в идентичных условиях материала-прототипа (примеры 5-7). Кроме того, приведены контрольные примеры (примеры 8-10).
Для удобства основные показатели полученных материалов приведены в таблице.
П р и м е р 1. Смешивают водную суспензию фибридов из полиметафениленизофталамида (степень помола 40^о ШР, показатель средневзвешенной длины по прибору Иванова на частой сетке 95 дг) с суспензией резаного волокна из полиметафениленизофталамида (длина резки 6 мм, линейная плотность 0,22 текс, начальный модуль упругости 800 кгс/мм²) и суспензией резаного волокна из гетероароматического полиамида формулы
CO CO NH
где а+c=b и а:c=3:7 (длина резки 5 мм, линейная плотность 0,29 текс, начальный модуль упругости 3000 кгс/мм²).
После формования в листоотливной форме, сушки при 120^оС и прессования при 280^оС и давлении 40 кгc/мм² получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида, резаное волокно из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении (мас.%) 90:5:5.
П р и м е р 2. Смешивают водную суспензию фибридов из полиметафениленизофталамида (степень помола 49^оШР, показатель средневзвешенной длины 80 дг) с суспензией резаного волокна из полиметафениленизофталамида (длина резки 6 мм, линейная плотность 0,20 текс, начальный модуль упругости 870 кгс/мм²) и суспензией резаного волокна из гетероароматического полиамида формулы
CO CO NH
где а+c=b и а:c=1:1 (длина резки 6 мм, линейная плотность 0,27 текс, начальный модуль упругости 2700 кгс/мм²).
После формования на бумагоделательной машине с наклонным сеточным столом (скорость формования 10 м/мин, температура сушильных цилиндров 70-100^оС) и последующего каландрирования при температуре 250^оС и линейном давлении 520 кгс/см получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида, резаное волокно из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении (мас.% ) 50:15:35.
П р и м е р 3. Смешивают водную суспензию фибридов из полиметафениленизофталамида (степень помола 63^оШР, показатель средневзвешенной длины 120 дг) с суспензией резаного волокна из полиметафениленизофталамида (длина резки 5 мм, линейная плотность 0,18 текс, начальный модуль упругости 900 кгс/мм², и суспензией волокна из гетероароматического полиамида формулы
CO CO NH
где a+c=b и а:c=7:3 (длина резки 5 мм, линейная плотность 0,25 текс, начальный модуль упругости 2500 кгс/мм²).
После формования в листоотливной форме, сушки при 130^оС и прессования при температуре 170^оС и давлении 15 кгс/см² получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида, резаное волокно из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении (мас.%) 10:85:5.
П р и м е р 4. Аналогично примеру 3 получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида, резаное волокно из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении (мас.%) 10:5:85.
П р и м е р 5 (по прототипу). Аналогично примеру 1, но при использовании только фибридов и резаного волокна из полиметафениленизофталамида получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из полиметафениленизофталамида при их соотношении (мас.%) 90:10.
П р и м е р 6 (по прототипу). Аналогично примеру 2, но при использовании только фибридов и резаного волокна из полиметафениленизофталамида, получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из полиметафениленизофталамида при их соотношении (мас.%) 50:50.
П р и м е р 7 (по прототипу). Аналогично примерам 3 и 4, но при использовании только фибридов и резаного волокна из полиметафениленизофталамида получают материал, содержащий фибриды и резаное волокно из полиметафениленизофталамида при их соотношении (мас.%) 10:90.
П р и м е р 8 (контрольный). Пробуют изготовить бумажный материал аналогично примеру 3, но содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида, резаное волокно из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении (мас.%) 93:4:3. Из-за большого сопротивления фильтрации время формования материала затягивается, и наблюдается расслоение волокнистых компонентов - однородный материал не удается получить.
П р и м е р 9 (контрольный). Пробуют изготовить бумажный материал аналогично примеру 2, но содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида, резаное волокно из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении (мас.%) 7:88:5.
Формование материала неустойчиво из-за частых обрывов.
П р и м е р 10 (контрольный). Аналогично примерам 3 и 4 получают бумажный материал, содержащий фибриды из полиметафениленизофталамида, резаное волокно из полиметафениленизофталамида и резаное волокно из гетероароматического полиамида при их соотношении (мас.%) 10:3:87.
Как следует из приведенных данных, предлагаемый бумажный материал при прочих равных условиях обладает существенно большей огнестойкостью (кислородным индексом) по сравнению с материалом-прототипом при сохранении той же прочности. Так кислородный индекс материала по примеру 4 составляет 39%, а материала-прототипа (пример 7) - 29%. При этом значение кислородного индекса предлагаемого бумажного материала превышает расчетное значение, получаемое из условия аддитивного вклада в этот показатель всех элементарных звеньев полиамидов, образующих волокнистые компоненты материала. Так, для материала по примеру 3 экспериментальное значение кислородного индекса 31%, а расчетное, с учетом кислородного индекса волокна из полибензимидазола составляет 29-30% . Для материала по примеру 2 эти значения составляют 34% и 32% соответственно.
Линейная деформация предлагаемого бумажного материала после термообработки в свободном состоянии при температуре 300^оС существенно меньше, чем у материала-прототипа и при оптимальном составе материала может быть приближено к нулю. Так материал по примеру 4 практически не меняет своих размеров после указанной обработки, а материал-прототип (пример 7) усаживается на 4,5%.
При массовой доле фибридов в общем количестве волокнистых компонентов в материале более 90% (пример 8) материал не удается сформовать из-за слишком большого сопротивления фильтрации.
При массовой доле фибридов в общем количестве волокнистых компонентов в материале менее 10% (пример 9) формование материала неустойчиво из-за слишком низкой его прочности.
Изменение содержания одного из видов резаного волокна в пользу другого менее чем на 5% не приводит к заметному изменению свойств бумажного материала, что видно из идентичности показателей материалов по примерам 4 и 10.
Использование предлагаемого материала при изготовлении электроизоляции и композитов конструкционного назначения позволяет заменить более дефицитные и дорогостоящие материалы, придать конечным изделиям новые потребительские свойства, повысить их надежность и ресурс работы.
Сущность изобретения: материал на основе фибридов и резаного волокна из полиметафениленизофталамида дополнительно содержит резаное волокно из гетероароматического полиамида формулы, где a + c = b и a : c = 3 : 7 - 7 : 3. Материал содержит указанные компоненты в следующих количествах, мас.%: фибриды из полиметафениленизофталамида 10 - 90; резаное волокно из полиметафениленизофталамида 5 - 85 и резаное волокно из гетероароматического полиамида 5 - 85. 1 табл.