一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料及其制备方法。本发明专利技术提供的制备方法包括：将阴离子型二维层状材料与有机插层剂在溶剂中加热反应，再与聚酰亚胺的聚合单体在溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅰ；将无机纳米粒子与聚酰亚胺的聚合单体在溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅱ；再将溶液Ⅰ与溶液Ⅱ混合，进行热处理，得到聚酰亚胺基复合材料。按照本发明专利技术的制备方法制得的复合材料在提高聚酰亚胺耐电晕性能的同时，还获得了较高的机械性能及优异的耐温性。

Corona resistant polyimide based composite material and preparation method thereof

The invention provides a corona resistant polyimide based composite material and a preparation method thereof. The preparation method of the invention includes: heating reaction of anionic two-dimensional layered material and organic intercalation agent in solvent, in-situ polymerization reaction with polyimide polymer monomer in solvent, obtaining mixed solution I; in-situ polymerization trans-reaction of inorganic nanoparticles and polyimide polymer monomer in solvent, and in-situ polymerization trans-reaction of inorganic nanoparticles and polyimide polymer monomer. Mixed solution II should be obtained, and then solution I and solution II should be mixed and heat treated to obtain polyimide matrix composites. The composite material prepared according to the preparation method of the invention not only improves the corona resistance of polyimide, but also obtains higher mechanical properties and excellent temperature resistance.

【技术实现步骤摘要】
一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料及其制备方法
本专利技术涉及绝缘材料
，特别涉及一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料及其制备方法。
技术介绍
耐电晕薄膜是一种用于电机绝缘的功能性薄膜材料，这种薄膜材料广泛应用于动车牵引电机、风力发电机、高频高压电机等大功率变频电机的匝间绝缘和主绝缘，以及特大型线圈外绝缘耐电晕保护层、风力发电线缆、石油电机线缆等领域。现有技术中的耐电晕薄膜材料主要是聚酰亚胺薄膜复合材料，这种复合材料主要通过向聚酰亚胺中添加耐电晕填料来提高薄膜的耐电晕性能。目前，市场上主要应用的是杜邦公司生产的耐电晕聚酰亚胺薄膜KaptonCR，其是采用向聚酰亚胺薄膜中添加耐电晕无机纳米粒子的方式提高聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能。然而，这类薄膜为了达到耐电晕性能需求，需要大量添加无机纳米粒子，这就造成纳米粒子在聚酰亚胺中大量聚集，会致使薄膜耐电晕均一性降低，从而使整体耐电晕性能下降，同时，大量填料的使用还造成复合材料的机械性能显著降低。因此，如何获得综合性能优异的耐电晕薄膜材料已成为亟待解决的问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料及其制备方法，按照本专利技术的制备方法制得的复合材料能够明显提高聚酰亚胺的耐电晕性能，且还改善了聚酰亚胺的机械性能。本专利技术提供了一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将阴离子型二维层状材料与有机插层剂在第一溶剂中加热反应，得到有机插层修饰的层状材料；将所述有机插层修饰的层状材料与聚酰亚胺的聚合单体在第二溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅰ；b)将无机纳米粒子与聚酰亚胺的聚合单体在在第三溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅱ；c)将所述混合溶液Ⅰ与混合溶液Ⅱ混合后，进行热处理，得到聚酰亚胺基复合材料；所述阴离子型二维层状材料为二元金属氢氧化物和多元金属氢氧化物中的一种或几种；所述有机插层剂选自有机羧酸、有机磺酸、聚酰胺酸、所述有机羧酸的金属盐和所述有机磺酸的金属盐中的一种或几种；所述无机纳米粒子选自金属氧化物、非金属氧化物、金属氮化物、非金属氮化物、非金属碳化物、金属含氧酸盐和非金属含氧酸盐中的一种或几种；所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。优选的，所述有机羧酸选自C1～C22的脂肪族一元羧酸、C1～C26的脂肪族二元羧酸、C1～C40的脂肪族三元羧酸、芳香族一元羧酸、芳香族二元羧酸和芳香族三元羧酸中的一种或几种；所述有机磺酸选自C1～C22的脂肪族一元磺酸和芳香族一元磺酸中的一种或几种。优选的，所述有机羧酸选自式(1-1)所示化合物、式(1-2)所示化合物、式(1-3)所示化合物、式(1-4)所示化合物、式(1-5)所示化合物和式(1-6)所示化合物中的一种或几种；其中，n1为0～20，n2为0～10，n3为0～10，n4为0～10，n5为0～10，n6为0～10；R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R1、R2和R3各自独立地选自氢、烷基、芳基、氟烷基、羟基、烷氧基、苯氧基、氰基、硝基、氨基、乙酰氨基、酯基、酰基、卤基或羧基；所述有机磺酸选自式(2-1)所示化合物和式(2-2)所示化合物中的一种或几种；其中，n为0～20；R9和R4各自独立地选自氢、烷基、芳基、氟烷基、羟基、烷氧基、苯氧基、氰基、硝基、氨基、乙酰氨基、酯基、酰基、卤基或羧基；所述有机羧酸的金属盐中的金属离子选自一价碱金属离子或二价碱金属离子；所述有机磺酸的金属盐中的金属离子选自一价碱金属离子或二价碱金属离子。优选的，所述有机羧酸中，n1为1～10，n2为0～6，n3为0～6，n4为0～6，n5为0～6，n6为0～6；R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R1、R2和R3各自独立地选自氢、氨基、乙酰氨基、羟基或氟烷基；所述有机磺酸中，n为0～16；R4和R4各自独立地选自氢、烷基、氟烷基、氨基、乙酰氨基或羟基；所述有机羧酸的金属盐中的金属离子选自Na+、K+或Mg2+；所述有机磺酸的金属盐中的金属离子选自Na+、K+或Mg2+。优选的，所述有机羧酸选自氨基乙酸、乙酰氨基乙酸、氨基丁酸、乙酰氨基丁酸、羟基乙酸、羟基丁酸、柠檬酸、酒石酸、三氟乙酸、苯甲酸、邻苯二甲酸、间苯二甲酸、对苯二甲酸、三氟甲基苯甲酸、氨基苯甲酸、乙酰氨基苯甲酸、羟基苯甲酸、二羟基苯甲酸、二氨基苯甲酸、二乙酰胺基苯甲酸、二(三氟甲基)苯甲酸、氨基邻苯二甲酸、羟基邻苯二甲酸、乙酰氨基邻苯二甲酸、三氟甲基邻苯二甲酸、氨基间苯二甲酸、羟基间苯二甲酸、乙氨基间苯二甲酸和三氟甲基间苯二甲酸中的一种或几种；所述有机磺酸选自十二烷基磺酸、全氟辛基磺酸，全氟丁基磺酸、氨基丙磺酸、氨基丁磺酸、苯磺酸、十二烷基苯磺酸、氨基苯磺酸和羟基苯磺酸中的一种或几种。优选的，所述阴离子型二维层状材料中，至少一种金属为二价金属，且至少一种金属为三价金属；所述二价金属选自Mg2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Ca2+或Cd2+；所述三价金属选自Al3+、Co3+、Fe3+、Mn3+、Cr3+或Ga3+；层间的阴离子选自NO3-、Cl-、SO42-或CO32-。优选的，所述阴离子型二维层状材料为镁铝水滑石，其层间的阴离子为CO32-。优选的，所述无机纳米粒子选自氧化硅、氧化铝、氧化锌、氧化镁、氧化钛、氮化铝、氮化硅、氮化硼、碳化硅、碳酸钙和钛酸钡中的一种或几种。优选的，所述步骤a)中，有机插层剂与阴离子型二维层状材料的摩尔比为(0.5～4.0)∶1；步骤a)中的有机插层修饰的层状材料与第一聚酰亚胺的质量比为(0.1～20)∶100；所述第一聚酰亚胺由步骤a)中的聚合单体聚合形成；步骤b)中的无机纳米粒子与第二聚酰亚胺的质量比为(0.1～40)∶100；所述第二聚酰亚胺由步骤b)中的聚合单体形成。本专利技术还提供了一种上述技术方案所述的制备方法制得的聚酰亚胺基复合材料。本专利技术提供了一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)将阴离子型二维层状材料与有机插层剂在第一溶剂中加热反应，得到有机插层修饰的层状材料；将所述有机插层修饰的层状材料与聚酰亚胺的聚合单体在第二溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅰ；b)将无机纳米粒子与聚酰亚胺的聚合单体在在第三溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅱ；c)将所述混合溶液Ⅰ与混合溶液Ⅱ混合后，进行热处理，得到聚酰亚胺基复合材料；所述阴离子型二维层状材料为二元金属氢氧化物和多元金属氢氧化物中的一种或几种；所述有机插层剂选自有机羧酸、有机磺酸、聚酰胺酸、所述有机羧酸的金属盐和所述有机磺酸的金属盐中的一种或几种；所述无机纳米粒子选自金属氧化物、非金属氧化物、金属氮化物、非金属氮化物、非金属碳化物、金属含氧酸盐和非金属含氧酸盐中的一种或几种；所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。本专利技术提供的上述制备方法中，将有机插层剂与阴离子型二维层状材料反应，利用有机插层剂增加层状材料的间距，同时与层状材料之间进行离子交换，形成有机插层修饰的层状材料，其改变了层状材料的表面特性，提高了与后续聚合单体及最终聚合物基体的相容性；再将有机插层修饰的层状材料与聚合单体进行原位聚合反应和热处理，使层状材料剥离分散成纳米片层；本专利技术还将无机纳米粒子与聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将阴离子型二维层状材料与有机插层剂在第一溶剂中加热反应，得到有机插层修饰的层状材料；将所述有机插层修饰的层状材料与聚酰亚胺的聚合单体在第二溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅰ；b)将无机纳米粒子与聚酰亚胺的聚合单体在在第三溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅱ；c)将所述混合溶液Ⅰ与混合溶液Ⅱ混合后，进行热处理，得到聚酰亚胺基复合材料；所述阴离子型二维层状材料为二元金属氢氧化物和多元金属氢氧化物中的一种或几种；所述有机插层剂选自有机羧酸、有机磺酸、聚酰胺酸、所述有机羧酸的金属盐和所述有机磺酸的金属盐中的一种或几种；所述无机纳米粒子选自金属氧化物、非金属氧化物、金属氮化物、非金属氮化物、非金属碳化物、金属含氧酸盐和非金属含氧酸盐中的一种或几种；所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。

【技术特征摘要】
1.一种耐电晕聚酰亚胺基复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：a)将阴离子型二维层状材料与有机插层剂在第一溶剂中加热反应，得到有机插层修饰的层状材料；将所述有机插层修饰的层状材料与聚酰亚胺的聚合单体在第二溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅰ；b)将无机纳米粒子与聚酰亚胺的聚合单体在在第三溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅱ；c)将所述混合溶液Ⅰ与混合溶液Ⅱ混合后，进行热处理，得到聚酰亚胺基复合材料；所述阴离子型二维层状材料为二元金属氢氧化物和多元金属氢氧化物中的一种或几种；所述有机插层剂选自有机羧酸、有机磺酸、聚酰胺酸、所述有机羧酸的金属盐和所述有机磺酸的金属盐中的一种或几种；所述无机纳米粒子选自金属氧化物、非金属氧化物、金属氮化物、非金属氮化物、非金属碳化物、金属含氧酸盐和非金属含氧酸盐中的一种或几种；所述步骤a)和步骤b)没有顺序限制。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机羧酸选自C1～C22的脂肪族一元羧酸、C1～C26的脂肪族二元羧酸、C1～C40的脂肪族三元羧酸、芳香族一元羧酸、芳香族二元羧酸和芳香族三元羧酸中的一种或几种；所述有机磺酸选自C1～C22的脂肪族一元磺酸和芳香族一元磺酸中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述有机羧酸选自式(1-1)所示化合物、式(1-2)所示化合物、式(1-3)所示化合物、式(1-4)所示化合物、式(1-5)所示化合物和式(1-6)所示化合物中的一种或几种；其中，n1为0～20，n2为0～10，n3为0～10，n4为0～10，n5为0～10，n6为0～10；R、R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R1、R2和R3各自独立地选自氢、烷基、芳基、氟烷基、羟基、烷氧基、苯氧基、氰基、硝基、氨基、乙酰氨基、酯基、酰基、卤基或羧基；所述有机磺酸选自式(2-1)所示化合物和式(2-2)所示化合物中的一种或几种；其中，n为0～20；R9和R4各自独立地选自氢、烷基、芳基、氟烷基、羟基、烷氧基、苯氧基、氰基、硝基、氨基、乙酰氨基、酯基、酰基、卤基或羧基；所述有机羧酸的金属盐中的金属离子选自一价碱金属离子或二价碱金属离子；所述有机磺酸的金属盐中的金属离子选自一价碱金属离子或二价碱金属离子。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述有机羧酸中，n1为1～10，n2为0～6，n3为0～6，n4为0～6，n5为0～6，n6为0～...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海泉，陈文慧，马平川，杨正慧，宋玉春，高连勋，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22