聚酰胺酰亚胺绝缘涂料吸潮机理及改善探讨

陈言臣 沈艺晨

(1.苏州东特绝缘科技有限公司，江苏 太仓 215400；2.张家港外国语学校，江苏 张家港 215600)

0 引言

PAI兼具聚酰胺(PA)材料的高力学性能以及聚酰亚胺材料的耐高温与高绝缘性能，因此在电工、电子产品中广泛作为电子元器件的漆包线漆与浸渍漆等[1-3]，具有优良的电气绝缘性能、机械性能、耐冷媒性能、耐化学性能，耐热等级200℃[4]。早在六十年代就研发面世，但由于成本、特性及下游需求问题，九十年代后期才广泛应用于严酷条件下的电工产品生产，比如空调压缩机、冰箱压缩机、风力发电电机用的漆包线等。但在PAI涂料生产保存及后续漆包线加工过程中，由于材质问题，无法避免吸潮变质问题，甚至由于保存使用不当导致产品质量出现问题，虽然业界有尝试进行改性，但由于特性及成本问题无法真正投入使用，所以想要完全解决PAI涂料吸潮性问题，或达到与别种类涂料相同的水平仍有较大的难度。

1 影响PAI涂料吸潮性的因素

PAI漆包线绝缘涂料一般是由N-甲基吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、二甲苯(Xylene)、苯甲醇(B-OH)等溶剂及PAI树脂组成[2]，从溶剂的结构分析，均属于亲水性，相对吸水性较强；PAI树脂分子量的大小可能也对吸水性及溶解性有影响。漆包线厂在使用PAI涂料过程中，无法避免PAI涂料接触空气，如果涂料流动性不佳，会因为吸水导致涂料黄化，甚至出现涂料胶化，针对胶化的涂料用凝胶渗透色谱仪进行分子量检测，与胶化前涂料分子量相比较，分子量并未增加，排除PAI涂料经时聚合反应导致分子量增加的可能性。

1.1 溶剂吸水性对比

PAI类涂料易吸水的主要原因是溶剂均为强极性溶剂，吸水性较强，根据各溶剂吸水性的强弱设计如表1中的几种溶剂比例，并按比例配制成相应的溶剂样品，然后将这些样品取相同质量放置在表面皿中，表面皿在通风橱中放置24h后测试样品水分。

表1 各溶剂吸水性的强弱设计 单位：g

从上表可以看出5#溶剂比例吸水性能最差，按照5#样品的比例配制与标准品相同树脂含量的涂料，然后取少量涂料放于表面皿中，用毛毡放入表面皿中浸润后经时观察毛毡的变化状况，经与标准品对比，涂料经时吸潮黄化有改善，但改善效果不太大，说明溶剂吸水性能在一定范围内时对PAI涂料吸潮性能改善有影响，但无法作为主要的改善方法。

1.2 分子量对吸湿性的影响

考虑到PAI涂料树脂如果分子量较大，可能导致涂料吸潮后容易导致黄化变质，故通过加水胶化实验对比不同分子量的PAI涂料胶化时间，对比分子量对涂料加水胶化时间的影响。具体实验方法如下：首先在分体式烧瓶中加入固定量的涂料，然后向涂料中加入涂料质量10%的水，用玻璃棒手动搅拌均匀，再用机械搅拌并升温至60℃，通过观察涂料状态变化和取测粘度来比较其加水胶化情况。考虑到一次性将水加入到涂料中，涂料中形成的块状胶化物不易分散，再通过分批加水的方式对上述实验结果进行验证，即先向涂料中加入2%的水，用玻璃棒搅拌均匀后再加入2%的水，如此反复至固化或10%水含量，结果如表2所示。

表2 分子量对吸湿性的影响

结果显示分批加水与一次性加水的试验结果相同，且均验证了分子量大小对涂料加水胶化时间影响不大。1.3溶剂溶解性对吸湿性的影响

不同溶剂对PAI树脂的溶解性不同，当PAI涂料吸潮胶化时，若溶剂溶解能力较强，可能会溶解稀释胶化的涂料，不会出现涂料胶化的异常现象，拟定选以下三种溶剂组合测试，调整溶剂比例设计以下三个配方，如表3所示。对表3中三个样品用分批加水的方式进行加水胶化实验，实验结果如表4所示。涂料加水后外观状态如图1所示。

表3 不同溶剂对PAI树脂的溶解性 单位：g

表4 水胶化实验结果

图1 涂料加水后外观状态

从实验结果分析增加强溶解力的溶剂比例可以有效改善涂料加水胶化时间，但随着树脂含量的提升，由于涂料中的溶剂总量变少，涂料的加水胶化时间再次降低，需要继续增加强溶解力溶剂的比例。

2 结论

(1)PAI溶剂均属于易吸水溶剂时，组分溶剂吸水性差异不大时，只是改变不同溶剂的比例，对涂料吸潮性无明显改善。

(2)PAI涂料分子量大小对涂料吸潮性影响不大。涂料分子量一般控制在8000-20000，若分子量太大，则涂料粘度较高，下游作业时难度较大；若分子量太小，则下游加工时，皮膜交联度不足导致绝缘性能下降。

(3)溶剂对PAI树脂溶解性越好，对PAI涂料吸潮性改善越明显。

(4)PAI涂料中树脂含量越高，越易导致涂料吸潮胶化。涂料中树脂含量越高时，相对溶剂含量就越低，树脂的溶解性会下降。

3 缓解PAI涂料吸潮的措施

现阶段，如何避免PAI涂料吸潮及吸潮后可能出现胶化问题还不能完全解决，再加上考虑成本因素，所以在日常使用过程中可以从以下几方面考量改善，降低吸潮对PAI涂料的影响。

3.1 选用吸水性较差的溶剂

PAI涂料中现在常用的溶剂均是吸水性较强的溶剂，所以不改变现有的材质无法根本避免PAI涂料吸潮问题。后续可考量选择对PAI树脂有一定溶解力的芳烃及别类溶剂。

3.2 选用溶解性好的溶剂

PAI涂料中现在常用的溶剂对树脂的溶解性各不相同，依据实验结果，可选择溶解性较强的溶剂NMP或溶剂组合，以避免在PAI涂料正常使用过程中吸潮出现胶化的异常问题。但由于溶解性较强的溶剂相对成本较高，所以在考虑溶解性的同时也需考量成本的因素。

3.3 充N2保存

PAI涂料尽量密封保存，若长时间存放时可考量充N2密闭存放。避免PAI涂料长时间接触空气。

4 结语

随着技术的进步，PAI涂料的应用领域越来越广泛，对PAI涂料的研究也备受关注，虽然在绝缘涂料领域可以提出很多改善的方案，但由于绝缘涂料只是中间化学品，其特性必须通过做成漆包线表现出来，所以在改善的同时，务必考虑到下游漆包线加工的限制，比如浓度、粘度、高低沸点溶剂的组成、溶解性、成本等因素，这也是对整个漆包线绝缘材料行业的挑战，对绝缘材料行业的研究还有很长的路要探索。