一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，它涉及了一种剥离型无机纳米片及相应聚酰亚胺复合薄膜的制备方法。具体制备方法：一，制备超薄水滑石纳米片；第二、制备超薄水滑石纳米片的聚酰亚胺酸溶液；第三、制备相应的复合薄膜。二维层状材料作为一种新型的耐电晕材料，它的结构有序、在二维平面生长且在第三维度超薄，它们更利于化学修饰和电子传递，在智能器件、柔性储能器件等领域有重要应用。低掺杂量即能显著提升薄膜的耐电晕性能，特别适应于超薄耐电晕薄膜的研制。本发明专利技术制备的聚酰亚胺/超薄水滑石纳米片复合薄膜的耐电晕寿命较纯膜的提高了10～20倍。本发明专利技术适用于制备高绝缘聚酰亚胺复合薄膜。

Preparation method of high insulation polyimide composite film precursor solution and its thin film

The invention provides a high insulation polyimide composite film precursor solution and a preparation method of the film, which relates to a peeling inorganic nanosheet and a preparation method of the corresponding polyimide composite film. Specific preparation methods: first, preparation of ultra-thin hydrotalcite nanosheets; second, preparation of ultra-thin hydrotalcite nanosheets of polyimide acid solution; third, preparation of the corresponding composite film. As a new type of corona-resistant material, two-dimensional layered materials have orderly structure, grow in two-dimensional plane and are ultra-thin in three-dimensional. They are more conducive to chemical modification and electron transfer, and have important applications in intelligent devices, flexible energy storage devices and other fields. Low doping content can significantly improve the corona resistance of the film, especially suitable for the development of ultra-thin corona resistance film. The corona resistance life of the polyimide/ultrathin hydrotalcite nanosheet composite film prepared by the invention is 10-20 times longer than that of the pure film. The invention is suitable for preparing high insulation polyimide composite film.

【技术实现步骤摘要】
一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法
本专利技术涉及一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法。
技术介绍
高绝缘聚酰亚胺复合薄膜主要用于高速牵引电机、风力发电变频电机等变频电机的匝间绝缘，在高速交通和新能源领域具有特殊的地位。无机粒子加入到聚酰亚胺基后，复合材料的耐电晕性比单一组份的纯膜的耐电晕性要好。当其受到外加电场的持续作用时，表层的聚酰亚胺被侵蚀，裸露出无机纳米粒子形成保护层，可作为阻挡层减轻电晕放电对聚酰亚胺的侵蚀，对内部基体起到了有效的保护作用。国内外研究学者致力于研究聚酰亚胺同单/多无机组分的多层次结构设计和性能研究。国内市场上高端的高绝缘耐电晕聚酰亚胺复合薄膜已被美国杜邦公司、日本钟化公司等垄断，因此国内亟待研制新型的高绝缘聚酰亚胺复合薄膜。
技术实现思路
本专利技术提供了一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法。将超薄二维纳米片直接剥离到聚合所需的溶剂中，避免了干燥后由于水滑石片层间强的静电作用和氢键所造成的二次团聚，经过插层-剥离后的水滑石表现出了明显的亲脂特点，剥离后的氟碳链与聚酰亚胺基体之间产生粘结，从而使超薄的无机二维纳米片以更高浓度均匀分散到聚酰亚胺基体中。制备得到的超薄水滑石纳米片仅有1～4层，且其在流延过程中与基体平行取向，延长了放电通路，有助于提高聚酰亚胺复合薄膜的耐电晕特性。1.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法是按以下步骤完成的：一、制备超薄水滑石纳米片：将水滑石粉末和全氟辛基磺酸钾分散于去离子水中，室温下搅拌60～180min，得到混合物A；往混合物A中逐滴加入硝酸直至体系的pH值达到4～5；室温下搅拌反应一周，得到混合物B；将混合物B抽滤，并用去离子水洗涤至中性(pH～7)，60℃真空干燥12h，得到超薄水滑石纳米片的前驱体插层水滑石；将插层水滑石分散到有机溶剂中，在功率为250W的条件下超声48h；取上层清液在3500r/min的速度下离心20min，抽滤，得到高透明的滤液即为超薄水滑石纳米片的有机溶液；步骤一中所述的水滑石粉末的质量与去离子水的体积比为2g:400ml；步骤一中所述的全氟辛基磺酸钾粉末的质量与去离子水的体积比为1.96g:400ml；步骤一中所述的插层水滑石质量与有机溶剂的质量比为3g:97g。二、制备含有超薄水滑石纳米片的聚酰亚胺酸溶液：①、首先确定超薄水滑石纳米片的有机溶液浓度，其方法在于首先称量一个干净的培养皿，记录质量为m1，然后往里滴加含超薄水滑石纳米片的有机溶液，记录质量为m2，再将培养皿转移至60℃烘箱中，待溶液干燥后，记录质量为m3，此时超薄水滑石纳米片的有机溶液浓度C则可以通过公式计算得到；步骤二①所述的含有超薄水滑石纳米片的有机溶液浓度C为0.6％～0.7％；②、将二胺加入到含有超薄水滑石纳米片的有机溶液中，在功率为250w的条件下超声4小时，在冰浴条件下平均分3次加入二酐，然后在N2保护下高速搅拌24h；将混合溶液至于真空干燥箱中静置3～7h除掉气泡，得到的即为含有超薄水滑石纳米片的聚酰亚胺酸溶液；步骤二②所述的二胺与二酐的质量比为2.00g:2.18g；步骤二②所述的聚酰亚胺酸溶液的固含量为10％。三、制备聚酰亚胺/超薄水滑石纳米片复合薄膜用自动涂膜机将步骤二制备的含有超薄水滑石纳米片的聚酰亚胺酸溶液铺至玻璃板上，将玻璃板移至烘箱中80℃干燥8h，然后分别在100℃、150℃、200℃、250℃和300℃条件下各干燥1h。最后冷却至室温，在去离子水中脱模，得到含有超薄水滑石纳米片的高绝缘聚酰亚胺复合薄膜。2.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，在步骤一中所述的有机溶剂是质量分数为的99.8％的N,N'-二甲基乙酰胺。3.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，在步骤一中所述的表面活性剂为纯度≥98％的全氟辛基磺酸钾。4.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，在步骤二②中所述的二酐为均苯四甲酸二酐。5.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，在步骤二②中所述的二胺为4,4'-二氨基二苯醚。6.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，在步骤一中所述的水滑石粉末的粒径为1～2μm。7.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，在步骤二②所述的水滑石纳米片的平均粒径为400nm，厚度为7～17nm。8.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，在步骤三中所述的水滑石纳米片的质量分数为0.25％～5％。9.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，在步骤三中所述的一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜的厚度为30～50μm。10.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，其特征在于步骤三中所述的自动涂膜机型号为日本检测机产业株式会社生产的PI-1210型。本专利技术适用于制备一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体的制备及其薄膜的制备。附图说明图1为实施例1制备的超薄水滑石纳米片的TEM图；图2为实施例1制备的超薄水滑石纳米片的AFM图；图3为实施例1制备的超薄水滑石纳米片的粒径分布图；图4为实施例1制备的高绝缘聚酰亚胺复合薄膜的SEM图，图4(a)为对比实施例制备的纯聚酰亚胺薄膜的SEM图，图4(b)为实施例1制备的纯聚酰亚胺薄膜的SEM图，图4(c)为实施例2制备的聚酰亚胺复合薄膜的SEM图，图4(d)为实施例3制备的聚酰亚胺复合薄膜的SEM图，图4(e)为实施例4制备的聚酰亚胺复合薄膜的SEM图，图4(f)为实施例5制备的聚酰亚胺复合薄膜的SEM图，图4(g)为实施例6制备的聚酰亚胺复合薄膜的SEM图；图5为实施例1制备的高绝缘聚酰亚胺复合薄膜的热学性能图；图5中A为对比实施例制备的纯聚酰亚胺薄膜的玻璃化转变温度，图5中B为实施例1制备的聚酰亚胺复合薄膜的玻璃化转变温度，图5中C为实施例2制备的聚酰亚胺复合薄膜的玻璃化转变温度，图5中D为实施例3制备的聚酰亚胺复合薄膜的玻璃化转变温度，图5中E为实施例4制备的聚酰亚胺复合薄膜的玻璃化转变温度，图5中F为实施例5制备的聚酰亚胺复合薄膜的玻璃化转变温度；图5中G为实施例6制备的聚酰亚胺复合薄膜的玻璃化转变温度；图6为实施例1制备的高绝缘聚酰亚胺复合薄膜的体积电阻率图；图6中A为对比实施例制备的纯聚酰亚胺薄膜的体积电阻率，图6中B为实施例1制备的聚酰亚胺复合薄膜的体积电阻率，图6中C为实施例2制备的聚酰亚胺复合薄膜的体积电阻率，图6中D为实施例3制备的聚酰亚胺复合薄膜的体积电阻率，图6中E为实施例4制备的聚酰亚胺复合薄膜的体积电阻率，图6中F为实施例5制备的聚酰亚胺复合薄膜的体积电阻率；图6中G为实施例6制备的聚酰亚胺复合薄膜的体积电阻率；图7为实施例1制备的高绝缘聚酰亚胺复合薄膜的介电性能图；图7中A为对比实施例制备的纯聚酰亚胺薄膜的介电常数和损耗，图7中B为实施例1制备的聚酰亚胺复合薄膜的介电常数和损耗，图7中C为实施例2制备的聚酰亚胺复合薄膜的介电常数和损耗，图7中D为实施例3制备的聚酰亚胺复合薄膜的介电常数和损耗，图7中E为实施例4制备的聚酰亚胺复合薄膜的介电常数和损耗，图7中F为实施例5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，其特征在于该方法是按以下步骤完成的：一、制备超薄水滑石纳米片：将水滑石粉末和全氟辛基磺酸钾分散于去离子水中，室温下搅拌60～180min，得到混合物A；往混合物A中逐滴加入硝酸直至体系的pH值达到4～5；室温下搅拌反应一周，得到混合物B；将混合物B抽滤，并用去离子水洗涤至中性(pH～7)，60℃真空干燥12h，得到超薄水滑石纳米片的前驱体‑插层水滑石；将插层水滑石分散到有机溶剂中，在功率为250W的条件下超声48h；取上层清液在3500r/min的速度下离心20min，抽滤，得到高透明的滤液即为超薄水滑石纳米片的有机溶液；步骤一中所述的水滑石粉末的质量与去离子水的体积比为2g:400ml；步骤一中所述的全氟辛基磺酸钾粉末的质量与去离子水的体积比为1.96g:400ml；步骤一中所述的插层水滑石质量与有机溶剂的质量比为3g:97g。二、制备含有超薄水滑石纳米片的聚酰亚胺酸溶液：①、首先确定超薄水滑石纳米片的有机溶液浓度，其方法在于首先称量一个干净的培养皿，记录质量为m1，然后往里滴加含超薄水滑石纳米片的有机溶液，记录质量为m2，再将培养皿转移至60℃烘箱中，待溶液干燥后，记录质量为m3，此时超薄水滑石纳米片的有机溶液浓度C则可以通过公式...

【技术特征摘要】
1.一种高绝缘聚酰亚胺复合薄膜前驱体溶液及其薄膜的制备方法，其特征在于该方法是按以下步骤完成的：一、制备超薄水滑石纳米片：将水滑石粉末和全氟辛基磺酸钾分散于去离子水中，室温下搅拌60～180min，得到混合物A；往混合物A中逐滴加入硝酸直至体系的pH值达到4～5；室温下搅拌反应一周，得到混合物B；将混合物B抽滤，并用去离子水洗涤至中性(pH～7)，60℃真空干燥12h，得到超薄水滑石纳米片的前驱体-插层水滑石；将插层水滑石分散到有机溶剂中，在功率为250W的条件下超声48h；取上层清液在3500r/min的速度下离心20min，抽滤，得到高透明的滤液即为超薄水滑石纳米片的有机溶液；步骤一中所述的水滑石粉末的质量与去离子水的体积比为2g:400ml；步骤一中所述的全氟辛基磺酸钾粉末的质量与去离子水的体积比为1.96g:400ml；步骤一中所述的插层水滑石质量与有机溶剂的质量比为3g:97g。二、制备含有超薄水滑石纳米片的聚酰亚胺酸溶液：①、首先确定超薄水滑石纳米片的有机溶液浓度，其方法在于首先称量一个干净的培养皿，记录质量为m1，然后往里滴加含超薄水滑石纳米片的有机溶液，记录质量为m2，再将培养皿转移至60℃烘箱中，待溶液干燥后，记录质量为m3，此时超薄水滑石纳米片的有机溶液浓度C则可以通过公式计算得到；步骤二①所述的含有超薄水滑石纳米片的有机溶液浓度C为0.6％～0.7％；②、将二胺加入到含有超薄水滑石纳米片的有机溶液中，在功率为250w的条件下超声4小时，在冰浴条件下平均分3次加入二酐，然后在N2保护下高速搅拌24h；将混合溶液至于真空干燥箱中静置3～7h除掉气泡，得到的即为含有超薄水滑石纳米片的聚酰亚胺酸溶液；步骤二②所述的二胺与二酐的质量比为2.00g:2.18g；步骤二②所述的聚酰亚胺酸溶液的固含量为10％。三、制备聚酰亚胺/超薄水滑石纳米片复合薄膜：用自动涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：马莉莉，王宝祥，刘会，郝春成，雷清泉，郭海泉，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37