[發(fā)明專利]一種聚酰亞胺薄膜及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210067741.6
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114591522A
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張步峰;廖波;錢心遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 株洲時代華昇新材料技術(shù)有限公司
• 主分類號: C08J5/18
• 分類號: C08J5/18;C08L79/08;C08K3/22;C08K3/36;C08K9/00;C08G73/10
• 代理公司: 長沙朕揚知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 43213
• 代理人: 楊斌

本發(fā)明提供一種聚酰亞胺薄膜及其制備方法，方法包括以下步驟：(1)將胺類物質(zhì)溶解于溶劑中，加入二酐進(jìn)行縮聚反應(yīng)，得到低粘度預(yù)聚物；(2)將無機(jī)填料加入預(yù)聚物中，分散均勻后進(jìn)行研磨，繼續(xù)加入二酐調(diào)節(jié)粘度，得到納米雜化聚酰胺酸樹脂；(3)將納米雜化聚酰胺酸樹脂與脫水劑、催化劑混合，通過化學(xué)亞胺法部分酰亞胺化，再通過熱亞胺法完全亞胺化，得到聚酰亞胺薄膜，聚酰亞胺薄膜化學(xué)亞胺法部分酰亞胺化程度為完全亞胺化的50～90％；本申請聚酰亞胺薄膜通過調(diào)節(jié)化學(xué)亞胺法的化學(xué)亞胺程度，控制模量和伸長率，提升聚酰亞胺薄膜的力學(xué)性能，同時提高了無機(jī)填料的摻雜量，解決了薄膜高韌性與高摻雜量之間的矛盾問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚酰亞胺薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，憑借著節(jié)能的優(yōu)勢，變頻調(diào)速高效電動機(jī)替換傳統(tǒng)的高能耗電動機(jī)已經(jīng)成為電機(jī)行業(yè)的發(fā)展方向，也符合國家相關(guān)政策。但是變頻電機(jī)多采用脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動脈沖調(diào)速技術(shù)，增加了電機(jī)定子繞組電壓的幅值，容易產(chǎn)生嚴(yán)重的局部放電(電暈)，影響電機(jī)絕緣系統(tǒng)的壽命。

上世紀(jì)九十年代，美國杜邦公司率先推出納米氧化鋁摻雜的聚酰亞胺薄膜，憑借優(yōu)良的耐電暈性能，成為解決交流變頻電機(jī)匝間絕緣早期失效的經(jīng)典絕緣方案。這種功能型聚酰亞胺薄膜耐電暈效果和可靠性主要由納米無機(jī)粒子的填充量來決定，根據(jù)無機(jī)物含量不同可以分為高摻雜類型和低摻雜類型兩種，但無機(jī)物含量越高，薄膜的力學(xué)性能越差，加工工藝性降低，而低摻雜量又無法保證耐電暈壽命和可靠性。隨著應(yīng)用要求的不斷提高，如何保持優(yōu)異力學(xué)性能的同時進(jìn)一步提高耐電暈可靠性，已經(jīng)成為行業(yè)亟待突破的技術(shù)瓶頸。

聚酰亞胺薄膜的制備路線可以分為熱亞胺法和化學(xué)亞胺法兩種，前者由于逆反應(yīng)多、分子結(jié)構(gòu)不可控、排列雜亂無序，制成的純PI薄膜各項性能特別是力學(xué)性能偏低，無法大量摻雜耐電暈無機(jī)填料，不能解決耐電暈壽命與力學(xué)性能之間的矛盾；化學(xué)亞胺法制備的薄膜分子結(jié)構(gòu)可控、排列規(guī)整，力學(xué)性能提高，具備生產(chǎn)高摻雜量聚酰亞胺薄膜的基礎(chǔ)。

專利CN105330878A公開了一種化學(xué)亞胺法制備耐電暈?zāi)さ姆椒ǎ葘⒊?xì)的氟樹脂粉末加入聚酰亞胺的前驅(qū)體聚酰胺酸溶液中，然后加入混合溶劑進(jìn)行研磨形成漿料，隨后再與聚酰胺酸溶液混合，同時加入化學(xué)亞胺化助劑，經(jīng)過高速攪拌后形成聚酰胺酸共混溶液，將該共混溶液涂膜，烘干，并進(jìn)行亞胺化，可得到改性的聚酰亞胺薄膜材料，具有較好的耐電暈效果，但氟材料本身與有機(jī)樹脂體系存在相容性差的問題，而且薄膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率偏低，應(yīng)用存在風(fēng)險。

專利CN201810333298.6提出，采用酸化的氣相氧化鋁表面處理得到復(fù)合填料，進(jìn)一步制成漿料，與芳香四羧酸二酐和芳香族二胺制成的高粘度PAA溶液等材料共混，得PAA混合溶液，再將催化劑和酸酐脫水劑混合得到混合物溶液，經(jīng)化學(xué)亞胺化得耐電暈壽命優(yōu)良聚酰亞胺薄膜。這種方法對氧化鋁的表面處理工藝復(fù)雜，而且無機(jī)填料難以在高粘度PAA溶液中實現(xiàn)均勻分散，影響性能一致性，制成的薄膜斷裂伸長率偏低，降低了應(yīng)用工藝適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

專利CN202110531416.6首先將納米氧化物進(jìn)行真空干燥，然后加入到極性有機(jī)溶劑中分散得到懸浮液，再加入二酐和二胺進(jìn)行反應(yīng)，制備聚酰胺酸溶液，然后加入有機(jī)堿與聚酰胺酸進(jìn)行成鹽反應(yīng)，再加入脫水劑和催化劑經(jīng)數(shù)小時進(jìn)行化學(xué)亞胺化，最后經(jīng)數(shù)小時熱亞胺化形成聚酰胺酸鹽-聚酰亞胺溶液，涂覆于支撐體上烘干得到耐電暈效果優(yōu)秀的聚酰亞胺薄膜。這種工藝路線復(fù)雜，制備周期長，而且所得薄膜的斷裂伸長率較低，后期應(yīng)用加工難度大，工業(yè)化生產(chǎn)存在風(fēng)險。

單純使用化學(xué)亞胺法制備高摻雜量聚酰亞胺薄膜，盡管耐電暈壽命得到了保障，但拉伸強(qiáng)度、拉伸模量和斷裂伸長率未同步增大，薄膜剛性偏大、韌性不足，在應(yīng)用時存在開裂風(fēng)險，需進(jìn)一步提高改善斷裂伸長率，解決剛性與韌性的匹配問題，使之具有良好的應(yīng)用加工性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是化學(xué)亞胺法制備薄膜剛性偏大，韌性不足，克服以上背景技術(shù)中提到的不足和缺陷，提供一種聚酰亞胺薄膜及其制備方法。