一种电器用绝缘阻燃聚酯材料及其制备方法与流程

本发明涉及电器用壳材领域，具体涉及一种电器用阻燃绝缘聚酯材料及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，电子电器行业朝着高效化、集成化、轻量化、智能化方向快速迭代，家用电器、电源适配器、电机电器、汽车电子、工控设备等产品内部结构愈发紧凑，功率密度持续提升，工作电流与工作温度不断升高，使得内部绝缘及结构部件长期处于高温、高电场、高负荷的严苛工况下。在此背景下，材料的阻燃性、电绝缘性、耐热性、力学性能及长期可靠性，已直接决定电器产品的安全等级、使用寿命与市场竞争力。

2、聚酯类高分子材料，主要包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（pet）、聚对苯二甲酸丁二醇酯（pbt）等，因其具备良好的加工流动性、优异的机械强度、突出的电绝缘性能、较低的吸水率、稳定的尺寸精度以及耐化学腐蚀等综合优势，被广泛应用于电子电器领域的连接器、接插件、线圈骨架、继电器外壳、开关基座、电机端盖、内部支撑结构等关键绝缘零部件，是目前电子电气行业中用量最大、应用场景最广的工程塑料之一。

3、然而，普通未改性聚酯材料本质易燃，极限氧指数较低，燃烧速度快，且伴随严重熔融滴落现象，极易引燃周边元器件，引发火灾、触电、热失控等安全事故。同时，在高电压、高湿、多尘、高低温交变等实际使用环境中，常规聚酯材料的绝缘电阻、耐电痕化性能、耐漏电起痕指数难以满足高端及高安全标准电器的要求，容易出现绝缘失效、表面爬电、击穿短路等问题。因此，对聚酯材料进行阻燃与绝缘协同改性，是其在电子电器领域得以安全应用的前提。

4、目前，行业内针对聚酯的阻燃改性技术路线主要分为卤系阻燃与无卤阻燃两大类。传统卤系阻燃体系虽具有阻燃效率高、添加量少、对基材力学性能影响小等优点，但在燃烧过程中会释放大量有毒、腐蚀性及致癌烟气，不仅污染环境，还会对人体及设备造成二次伤害，已无法满足rohs、reach 等欧盟环保指令及国内绿色制造、安全认证的要求，在高端家电、车载电子、办公电器等领域逐步被限制或禁用。

5、为应对环保与安全双重需求，无卤阻燃改性成为主流发展方向，常见体系包括磷氮系阻燃剂、无机氢氧化物、三聚氰胺盐、有机硅化合物等。但现有无卤阻燃聚酯材料普遍存在以下技术短板：大量极性阻燃组分的引入，会显著降低材料的电绝缘性能，如体积电阻率、介电强度、耐漏电起痕指数下降，难以同时满足阻燃与高绝缘要求；阻燃剂与聚酯基体界面相容性差，易出现团聚、相分离、迁移析出等问题，导致材料冲击强度降低、脆性增大、耐热性衰减；

6、在长期湿热老化、冷热循环、高压负载条件下，材料阻燃稳定性与绝缘可靠性下降，无法满足长寿命、高可靠性电器产品的使用要求；难以在薄制件阻燃、良好力学性能与加工性能之间实现平衡，限制了其在小型化、高电压、高防护等级电器中的应用。

7、综上所述，现有阻燃绝缘聚酯材料难以同时兼顾无卤环保、高效阻燃、高电绝缘、优良力学性能、加工流动性及长期环境可靠性，无法完全适配新一代电子电器产品对安全、环保、高性能、高可靠性的发展需求。因此，开发一种综合性能优异、适用于电器产品的新型阻燃绝缘聚酯材料，突破现有技术瓶颈，对推动电子电器行业高质量、高安全性发展具有重要的现实意义与工程应用价值。

技术实现思路

1、要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种综合性能优异、适用于电器产品的新型阻燃绝缘聚酯材料，采用三层复合结构，以两侧聚酯层为结构支撑层、中间层为阻燃绝缘层，实现结构力学性能与阻燃绝缘功能的高效协同。

2、技术方案：一种电器用绝缘阻燃聚酯材料，包括以下成分：聚酯层和阻燃绝缘层，所述聚酯层位于阻燃绝缘层的两侧，所述聚酯层中含有纳米二氧化硅，所述阻燃绝缘层为皮芯结构的静电纺丝膜，所述静电纺丝膜的皮层为聚酰亚胺，芯层为多孔二氧化硅，且多孔二氧化硅的孔隙中负载低熔点盐。

3、优选的，所述低熔点盐为napo3和na2b4o7的混合物。

4、优选的，所述绝缘阻燃层的制备方法包括以下步骤：

5、s1. 将zn(no3)2·6h2o，pvp和p123溶于乙醇中，得到pvp溶液，将正硅酸乙酯加入至乙醇中，加入盐酸，充分水解后，与pvp溶液混合均匀，得到sio2前驱体溶液；

6、s2. 将4,4-二氨基二苯醚加入至n,n-二甲基乙酰胺中搅拌使其完全溶解，然后分批加入均苯四甲酸二酐，搅拌得到聚酰胺酸树脂溶液；

7、s3. 以sio2前驱体溶液为芯层溶液，以聚酰胺酸树脂溶液为壳层溶液，进行静电纺丝，芯层注射速度为0.1~0.15ml·h-1，皮层注射速度为0.3~0.35ml·h-1，接收距离为12~15 cm，纺丝电压约为10 ~12kv，得到静电纺丝膜；

8、s4. 采用梯度升温法对静电纺丝膜进行亚胺化处理，得到pi复合膜；

9、s5. 将(napo3)6溶于体积比为8:2的乙醇/水混合溶剂，搅至完全溶解；将na2b4o7·10h2o溶于水中，搅拌至完全溶解，将两种溶液混合，继续搅拌，最终混合溶液浓度控制在15~25 wt%，其中napo3和na2b4o7的摩尔比为2:1；

10、s6. 将干燥后的静电纺丝膜浸没于s5制备的混合溶液中，真空度抽至≤100pa，保持30~60min，然后取出干燥，用水冲洗取出静电纺丝膜表面残留的盐，在去除表面的盐后，将静电纺丝膜进行干燥处理，得到阻燃绝缘层。

11、优选的，s1中所述正硅酸乙酯，zn(no3)2·6h2o，p123，pvp和水的摩尔比为1:0.2~0.3:0.01~0.02:4~5:10~11。

12、优选的，s2中所述4,4-二氨基二苯醚和均苯四甲酸二酐的摩尔比为1:1，聚酰胺酸树脂溶液的质量分数为10~14wt%。

13、优选的，s4中所述的亚胺化处理的工艺为：在80℃下保温30-60min，然后分别在120℃，150℃，200℃和250℃保温50~60min，最后在300℃下保温90min。

14、优选的，s6中的干燥处理包括以下步骤：先进行低温真空干燥，干燥的温度为40~60℃，时间为4~6h；然后置于氮气环境下在150℃下干燥1~1.5h后升温至200℃继续干燥1.5~2h，最后在280~300℃下干燥1~2h。

15、上述的电器用阻燃绝缘聚酯材料的制备方法，包括以下步骤：

16、步骤1. 将纳米二氧化硅按不同的重量比与聚酯进行共混后挤出得到上表面聚酯层和下表面聚酯层；

17、步骤2. 将上表面聚酯层，阻燃绝缘层和下表面聚酯层依次堆叠，热压复合得到电器用阻燃绝缘聚酯材料。

18、优选的，所述上表面聚酯层中纳米二氧化硅和聚酯的质量比为1~2:100，下表面聚酯层中纳米二氧化硅和聚酯的质量比为3~5:100。

19、优选的，所述上表面聚酯层，阻燃绝缘层和下表面聚酯层的厚度分别为0.6~0.8mm，0.3~0.5mm和0.6~0.8mm。

20、有益效果：本发明聚酯材料具有以下优点：

21、本发明中本发明采用三层复合结构，以两侧聚酯层为结构支撑层、中间层为阻燃绝缘层，实现结构力学性能与阻燃绝缘功能的高效协同。聚酯层中添加适量纳米二氧化硅，可显著提高聚酯层的强度、耐热性、尺寸稳定性与表面绝缘性能，同时改善与中间功能层的界面结合力，使材料整体兼具优异加工性与结构可靠性；

22、本发明中中间阻燃绝缘层采用皮芯结构静电纺丝膜，以聚酰亚胺（pi）为皮层、多孔二氧化硅为芯层，聚酰亚胺本身具有高耐热性、高绝缘强度、低介电损耗与优良耐老化性，可大幅提升材料长期高温高压下的绝缘稳定性；多孔二氧化硅芯层具有高孔隙率与大比表面积，既起到隔热、抑燃、电绝缘作用，又为阻燃组分提供稳定负载空间，实现隔热与绝缘一体化。尤为关键的是，多孔二氧化硅中还含有zn盐，该zn盐在材料燃烧的高温环境下，会与多孔二氧化硅发生化学反应，生成zno-sio2高熔点复合氧化物，构建起一层耐高温、致密的无机防护屏障，可有效阻挡热量传递和氧气渗透，抑制基材的热分解与燃烧蔓延。

23、本发明在多孔二氧化硅孔隙中原位负载低熔点阻燃盐，与上述zno-sio2高熔点复合氧化物形成协同阻燃效应，其阻燃原理清晰且高效：燃烧初期，温度升高至低熔点盐的熔融温度时，低熔点盐快速熔融液化，渗透至材料表面并铺展形成一层连续致密的玻璃态包覆层，初步隔绝氧气、阻断热传递，同时抑制聚酯基材的熔融滴落，实现凝聚相阻燃；随着燃烧温度进一步升高，多孔二氧化硅中的zn盐与sio2反应生成zno-sio2高熔点复合氧化物，该高熔点屏障可替代熔融后的低熔点盐包覆层，持续发挥隔热、隔氧作用，避免低熔点盐高温挥发后阻燃失效的问题，同时zno-sio2复合氧化物本身具有优异的电绝缘性能，可在阻燃过程中维持材料的绝缘可靠性。二者协同作用，既解决了单一低熔点盐高温易挥发、阻燃持久性不足的缺陷，又弥补了单一高熔点氧化物阻燃响应速度慢、无法抑制熔滴的短板，实现了高效协同阻燃，大幅提升材料的阻燃等级与阻燃稳定性。此外，低熔点盐仅负载于多孔二氧化硅孔道内部、zn盐与sio2结合紧密，均不大量析出至材料表面，对材料整体绝缘性能破坏极小，从根本上解决传统高填充阻燃剂导致绝缘性能大幅下降的行业痛点，真正实现高阻燃与高绝缘的兼顾；

24、本发明通过上下聚酯层中差异化添加纳米二氧化硅，配合三层结构热压复合，可灵活调控材料整体的强度、韧性、耐热性与绝缘梯度，同时实现良好的尺寸精度与成型加工性；三层结构设计可在较薄厚度下实现高阻燃，高度适配电子电器小型化、薄型化、高功率、高安全等级的发展趋势，且所有组分环保无卤。