[發明專利]苝四甲酰二亞胺類改性的聚酰亞胺聚合物材料的制備方法

在審

• 申請號: 202010777980.1
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN112500591A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 李琦;袁超;何金良;周垚;成桑;梁家杰;胡軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L79/08;C08K5/3437
• 代理公司: 天津市尚儀知識產權代理事務所(普通合伙) 12217
• 代理人: 鄧琳

一種苝四甲酰二亞胺類改性的聚酰亞胺聚合物材料的制備方法，制備原料包括苝四甲酰二亞胺類小分子、聚酰亞胺、N?甲基吡咯烷酮溶液，制備步驟包括混合步驟、滴涂步驟、烘干步驟、剝離步驟，所述混合步驟、滴涂步驟、烘干步驟、剝離步驟依次進行。其有益效果是：降低聚合物材料的電導損耗，得到的具有極高儲能密度的聚合物電介質材料，消弱強電場下電子對聚合物分子鏈的沖擊，大幅提升聚合物材料的擊穿場強，易于實現規模化工業生產。

技術領域

本發明涉及薄膜電容器制備領域，特別是一種苝四甲酰二亞胺類改性的聚酰亞胺聚合物材料的制備方法。

背景技術

介質電容器由于具有超高的功率密度、極低的損耗以及更高的工作電壓等優點，因此不僅是重要的基礎電子元件，在電路中起著旁路、去耦、濾波及儲能等主要作用，同時廣泛用于電子電力系統、能源系統以及尖端武器系統等方面基本的儲能器件。介質電容器按照使用的介質材料主要可分為有機聚合物介質電容器、無機介質電容器、電解電容器等三類。其中以有機聚合物為介質材料的電容器——有機薄膜電容器，憑借其質量輕、加工性能好、生產成本低、介電強度高、自愈性好、集成組裝工藝簡單以及無液體介質等特點，目前已在電動汽車、風電、光伏、照明和鐵路機車等行業中廣泛應用。

目前薄膜電容器在許多應用領域中（例如航空航天和電動汽車等）的工作環境溫度都高于室溫，電場強度也較高。在混合動力汽車中，薄膜電容器的工作環境溫度一般在120-140oC之間，承受的電場強度一般為200MV/m。為了提高聚合物電介質材料的最高使用溫度，國內外研究者及業界開發生產了具有360oC玻璃化轉變溫度的聚酰亞胺材料。聚酰亞胺分子結構如圖4所示。但是該材料在150oC的運行溫度和400MV/m以上的高溫、強電場條件下難以滿足應用需求，主要存在兩方面問題：一是聚酰亞胺在高溫條件下的電導損耗隨電場強度增大而急劇上升，導致儲能密度大幅下降。二是聚酰亞胺的擊穿場強不高，無法適應更高的工作電壓環境。因此仍然需要改進用于高溫電容器的介電材料。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述問題，設計了一種苝四甲酰二亞胺類改性的聚酰亞胺聚合物材料的制備方法。具體設計方案為：

一種苝四甲酰二亞胺類改性的聚酰亞胺聚合物材料的制備方法，制備原料包括苝四甲酰二亞胺類小分子、聚酰亞胺、N-甲基吡咯烷酮溶液，制備步驟包括混合步驟、滴涂步驟、烘干步驟、剝離步驟，所述混合步驟、滴涂步驟、烘干步驟、剝離步驟依次進行，所述混合步驟制得復合懸濁液，所述滴涂步驟利用復合懸濁液制得復合濕膜，所述烘干步驟中去除所述復合濕膜中的容積獲得復合薄膜，所述剝離步驟將復合薄膜剝離。

所述混合步驟中，先將聚酰亞胺加入N-甲基吡咯烷酮溶液中獲得聚酰亞胺溶液，然后加入苝四甲酰二亞胺類小分子獲得復合懸濁液。

所述滴涂步驟，中采用滴涂的方式，在玻璃基板上滴涂混合懸濁液，制得復合濕膜。

所述烘干步驟，將復合濕膜放入鼓風烘箱中，在80oC下進行烘干12小時去除溶劑，然后分別在125oC和150oC下烘干1小時，最后在300oC下烘干12小時，將烘干后的復合薄膜轉移到真空烘箱中，在真空環境下進一步烘干24小時，徹底去除材料中的剩余溶劑。

所述剝離步驟中，將覆蓋有復合薄膜的玻璃基板放入去離子水中進行剝離，剝離后的復合薄膜放入烘箱中在100oC下烘干12小時，得到均勻完好的苝四甲酰二亞胺類小分子改性的聚酰亞胺復合薄膜。

所述混合步驟中，聚酰亞胺與N-甲基吡咯烷酮溶液的質量分數比為40%。

所述混合步驟中，苝四甲酰二亞胺小分子與N-甲基吡咯烷酮溶液的質量分數比0.01%-5%。

通過本發明的上述技術方案得到的苝四甲酰二亞胺類改性的聚酰亞胺聚合物材料的制備方法，其有益效果是：

1.通過向高玻璃化轉變溫度的介電聚合物中引入具備良好相容性和熱穩定性的苝四甲酰二亞胺類小分子有效抑制了載流子遷移，大幅降低聚合物材料的電導損耗，得到的具有極高儲能密度的聚合物電介質材料。