[發(fā)明專利]一種耐電暈聚酰亞胺/二氧化硅納米復(fù)合薄膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310513556.6
• 申請日: 2013-10-27
• 公開（公告）號: CN103554533A
• 公開（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 關(guān)懷民;童躍進;羅貝貝
• 申請（專利權(quán)）人: 福建師范大學(xué)
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L79/08;C08K3/36;C08G73/10
• 代理公司: 福州智理專利代理有限公司 35208
• 代理人: 王義星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及耐電暈聚酰亞胺/二氧化硅納米復(fù)合薄膜及其制備方法，具體涉及側(cè)鏈帶羧基的聚酰亞胺共聚物與納米二氧化硅組成的耐電暈復(fù)合薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

聚酰亞胺（PI）除了具有耐溶劑、耐腐蝕、耐高溫和高機械強度性能外，它的電氣性能和介電性能相對其它材料優(yōu)異，是公認的優(yōu)異綜合性能的聚合物，因此被廣泛用于航天航空、電子電氣和涂料等領(lǐng)域。近年來隨著電力電子技術(shù)的大力發(fā)展，促進了變頻調(diào)速的應(yīng)用，變頻調(diào)速能夠使電機節(jié)約1/4~1/3的電，這也使得變頻調(diào)速成為未來電機調(diào)速發(fā)展的主要方向。對于變頻調(diào)速電機，脈寬調(diào)制變頻電壓波是具有極快上升沿和下降沿的方波，這種長期重復(fù)的脈沖過電壓，必然會引起電、熱、機械的作用，再加上周圍環(huán)境等因素的影響，就會加速電機絕緣材料的老化，而傳統(tǒng)的絕緣材料（純聚酰亞胺）包線極易被擊穿，從而導(dǎo)致電機的損壞。由于電機絕緣部分過早地被擊穿，而導(dǎo)致的變頻電機破壞現(xiàn)象，近年來在國內(nèi)外都出現(xiàn)過。換句話說，傳統(tǒng)的純聚酰亞胺難以滿足目前的絕緣要求，上述變頻電機的脈寬調(diào)制變頻調(diào)速驅(qū)動系統(tǒng)、高壓發(fā)電機和高壓電動機的廣泛應(yīng)用將對絕緣材料的耐電暈性提出了更高的要求。

前人在關(guān)于耐電暈聚酰亞胺薄膜研制的報道中顯示，通過在聚酰亞胺薄膜中添加無機填料來制備雜化薄膜可改善耐電暈性能。提高絕緣材料耐電暈性能的無機填料包括三氧化二鋁、二氧化硅、二氧化鈦和層狀硅酸鹽等，這些無機物具有勻化局部電場和分散熱量的作用，從而在一定程度上防止局部放電的發(fā)生而提高絕緣材料耐電暈性能。此外，納米無機物的加入同時改善了材料的熱性能和機械性能。

二氧化硅（球形）具有膨脹系數(shù)小、耐高溫、介電常數(shù)低、強度高和化學(xué)穩(wěn)定性良好的優(yōu)點，作為微電子封裝和涂料的填充材料，體現(xiàn)出一些獨特的性能優(yōu)勢。目前，在聚酰亞胺基質(zhì)中引入納米二氧化硅以提高絕緣和耐電暈性能的方法主要是（超聲）機械共混法、原位分散聚合法（包括溶膠-凝膠硅烷和硅氧烷偶聯(lián)劑改性后聚合）和納米二氧化硅溶膠-凝膠原位生成后（包括硅烷和硅氧烷偶聯(lián)劑改性）－聚合物原位聚合法。由于聚酰亞胺／無機物復(fù)合薄膜內(nèi)無機納米粒子的有限分散導(dǎo)致兩相相容性和界面形態(tài)缺陷，致使復(fù)合薄膜的耐電暈性能提高空間有限。

本發(fā)明提出通過化學(xué)鍵合作用，將溶膠-凝膠原位形成的納米二氧化硅表面硅羥基與聚酰亞胺共聚物前體聚酰胺酸分子鏈上的功能基團鍵連的方法，形成均勻和穩(wěn)定分散的聚酰亞胺與二氧化硅復(fù)合薄膜，并研究該類薄膜的耐電暈和擊穿場強等性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種耐電暈聚酰亞胺/二氧化硅納米復(fù)合薄膜及其制備方法，這種耐電暈聚酰亞胺/二氧化硅納米復(fù)合薄膜可作為絕緣材料用于高壓發(fā)電機、高壓電動機、變頻電機等設(shè)備上。

本發(fā)明提出通過化學(xué)鍵合作用，將溶膠-凝膠原位形成的納米二氧化硅表面硅羥基與聚酰亞胺共聚物前體聚酰胺酸分子鏈上的功能基團鍵連的方法，形成均勻和穩(wěn)定分散的聚酰亞胺與二氧化硅復(fù)合薄膜，并研究該類薄膜的耐電暈和擊穿場強等性能。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，所述的一種耐電暈聚酰亞胺/二氧化硅納米復(fù)合膜，其由如下步驟制得：

1）以3,?5-二氨基苯甲酸（簡稱DABA）,?二苯醚二胺（簡稱ODA）和1,?2,?4,?5-苯甲酸二酐（簡稱PMDA）為共單體溶于溶劑中制備側(cè)鏈帶羧基的聚酰亞胺前體，即為聚酰胺酸（簡稱PAA）溶液；2）往該聚酰胺酸溶液中加入正硅酸四乙酯（簡稱TEOS），其反應(yīng)機理是通過溶膠-凝膠技術(shù)使正硅酸四乙酯經(jīng)過水解和縮合形成表面帶有硅羥基的硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的硅溶膠；在聚酰胺酸和上述的帶有硅羥基的硅氧網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的硅溶膠的混合體系中硅羥基除了能與聚酰胺酸主鏈的酰胺官能團上的羧基和酰胺基團形成氫鍵外，與聚酰胺酸分子主鏈和側(cè)鏈上的羧基形成O=C-O-Si酯鍵，使得原位形成的二氧化硅在聚酰胺酸基體中得以均勻分散；該混合體系經(jīng)過熱處理后，其中的聚酰胺酸發(fā)生熱亞胺化反應(yīng)，原位形成聚酰亞胺/納米二氧化硅復(fù)合薄膜，其原因是由于聚酰亞胺/納米二氧化硅復(fù)合薄膜中的組分之間除了物理吸附外還存在化學(xué)作用而使得聚酰亞胺/納米二氧化硅復(fù)合薄膜中二氧化硅納米顆粒不會在聚合物熱亞胺化過程遷移，本發(fā)明上述制得的聚酰亞胺/二氧化硅納米復(fù)合膜，體積電阻率至少為3.9×10¹⁰?Ω·m，介電常數(shù)小于3.3，擊穿場強小于195?kV/mm，耐電暈時間大于8.5?h。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，所述的一種耐電暈聚酰亞胺/二氧化硅納米復(fù)合膜的制備方法，包括如下步驟：