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耐电晕聚酰亚胺基复合材料的制备方法中，先将层状硅酸盐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硅酸盐；再将有机插层修饰的层状硅酸盐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；还将无机纳米粒子与聚酰亚胺的聚合单体在第三溶剂中进行原位聚合反应，得到混合溶液Ⅱ；最后将混合溶液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。按照本发明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。

A Corona Resistant Polyimide Matrix Composite and Its Preparation Method

The invention provides a corona-resistant polyimide matrix composite material and a preparation method thereof. In the preparation method of the corona-resistant polyimide matrix composite material provided by the invention, the layered silicate and the organic intercalation agent are heated in the first solvent to obtain the organic intercalation modified layered silicate, and then the organic intercalation modified layered silicate and the polyimide polymer monomer are in-situ polymerized in the second solvent to obtain the mixed solution I and inorganic nano; Mixed solution II was obtained by in-situ polymerization of rice particles and polyimide monomers in the third solvent. Finally, mixed solution I and mixed solution II were mixed and heat treated to obtain polyimide matrix composites. The composite material prepared according to the preparation method of the invention can obviously improve the corona resistance of the polyimide, and also improve the mechanical properties of the polyimide.

【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变频电机匝间绝缘的高性能绝缘材料，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，包括以下步骤：a)将层状硅酸盐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硅酸盐；将所述有机插层修饰的层状硅酸盐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；所述层状硅酸盐为硅铝酸盐类层状材料；所述有机插层剂选自季铵盐、有机胺和所述有机胺的酸盐中的一种或几种；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，所述季铵盐选自式(1)所示化合物中的一种或几种：其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、取代或未取代的脂肪族饱和烃基、取代或未取代的芳香族烃基；X-为无机酸负离子；所述有机胺选自式(2-1)和式(2-2)所示化合物中的一种或几种：R5-NH2式(2-1)，H2N-R6-NH2式(2-2)；所述有机胺的酸盐选自式(3-1)和式(3-2)所示化合物中的一种或几种：式(3-1)，式(3-2)；其中，R5选自烷基、芳基或取代芳基；所述取代芳基的取代位在芳基的2位、3位和4位中的一个或几个；所述取代芳基的取代基选自氟烷基、羟基、烷氧基、苯氧基、氰基、硝基、乙酰氨基、酯基、酰基、卤基或羧基；R6选自以下结构：其中，n＝0～18；R7选自氢、氟烷基、羟基、烷氧基、苯氧基、氰基、硝基、乙酰氨基、酯基、酰基、卤基或羧基；R8选自烷基、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-NH-CO-、-OCO-、-C6H4-或-O-C6H4-O-；Y-为卤负离子、硝酸根负离子、亚硫酸根离子或硫酸根负离子。优选的，所述式(1)所示化合物中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、C1～C20的取代或未取代的烷基、芳基或苄基；X-为卤负离子或硫酸根离子；所述有机胺的酸盐中，Y-为Cl-或Br-。优选的，所述式(1)所示化合物中，X-为Cl-或Br-；所述有机胺选自苯胺、间苯二胺、对苯二胺、4-羟基苯胺、3-羟基苯胺、5-羧基间苯二胺、5-羟基间苯二胺、联苯二胺、4-三氟甲基苯胺、3-三氟甲基苯胺、4-羧基苯胺、3-羧基苯胺、4-乙酰基苯胺、3-乙酰基苯胺、4-乙酰氨基苯胺、3-乙酰氨基苯胺、二氨基二苯醚、二氨基二苯甲烷、二氨基二苯砜、4-氨基苯甲酸(4-氨基苯)酯和二氨基苯酰替苯胺中的一种或几种。优选的，所述层状硅酸盐选自蒙脱土、皂土、贝得土、钠脱土、高岭土、海泡石、凹凸棒石和蛭石中的一种或几种；且所述层状硅酸盐的层间金属阳离子为Li+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+或Ba2+。优选的，所述层状硅酸盐为钠基蒙脱土。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，有机插层剂与层状硅酸盐的摩尔比为(0.1～2.0)∶1；所述有机插层修饰的层状硅酸盐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；所述步骤a)中，原位聚合反应的温度为0～50℃，时间为1～72小时。优选的，所述步骤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；所述步骤b)中，原位聚合反应的温度为0～50℃，时间为1～72小时。本专利技术还提供了一种上述技术方案中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)将层状硅酸盐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硅酸盐；将所述有机插层修饰的层状硅酸盐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；所述层状硅酸盐为硅铝酸盐类层状材料；所述有机插层剂选自季铵盐、有机胺和所述有机胺的酸盐中的一种或几种；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，将有机插层剂与层状硅酸盐反应，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无机离子交换，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，特别是本专利技术的有机插层剂有利于聚合溶剂的浸润入层间，以及有利于聚合单体进入层间，实现聚合过程中的插层剥离；再将有机插层修饰的层状硅酸盐与聚合单体进行原位聚合反应，使层状硅酸盐剥离分散成二维纳米片层；本专利技术还将无机纳米粒子与聚合单体进行原位聚合反应，使纳米粒子均匀分散在聚合物前体中，再将两种前体材料混合热处理，得到了包含二维纳米片、纳米粒子与聚酰亚胺的复合材料，该复合材料同时采用二维纳米片和纳米粒子两种不同形貌的纳米填料，既可以利用纳米粒子阻止纳米片层的堆叠，也可以利用纳米片层抑制纳米粒子的聚集，这种协同作用，同时使两种填料实现了分散，这种具有很好分散性的多层次分形结构，不仅提高了纳米填料与聚酰亚胺基体的相互作用，而且使两种填料更好的发挥功能作用，即提高了复合材料的耐电晕性能、击穿强度和机械性能等。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图本文档来自技高网...

【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)将层状硅酸盐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硅酸盐；将所述有机插层修饰的层状硅酸盐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；所述层状硅酸盐为硅铝酸盐类层状材料；所述有机插层剂选自季铵盐、有机胺和所述有机胺的酸盐中的一种或几种；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)将层状硅酸盐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硅酸盐；将所述有机插层修饰的层状硅酸盐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；所述层状硅酸盐为硅铝酸盐类层状材料；所述有机插层剂选自季铵盐、有机胺和所述有机胺的酸盐中的一种或几种；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，所述季铵盐选自式(1)所示化合物中的一种或几种：其中，R1、R2、R3和R4各自独立地选自氢、取代或未取代的脂肪族饱和烃基、取代或未取代的芳香族烃基；X-为无机酸负离子；所述有机胺选自式(2-1)和式(2-2)所示化合物中的一种或几种：R5-NH2式(2-1)，H2N-R6-NH2式(2-2)；所述有机胺的酸盐选自式(3-1)和式(3-2)所示化合物中的一种或几种：其中，R5选自烷基、芳基或取代芳基；所述取代芳基的取代位在芳基的2位、3位和4位中的一个或几个；所述取代芳基的取代基选自氟烷基、羟基、烷氧基、苯氧基、氰基、硝基、乙酰氨基、酯基、酰基、卤基或羧基；R6选自以下结构：其中，n＝0～18；R7选自氢、氟烷基、羟基、烷氧基、苯氧基、氰基、硝基、乙酰氨基、酯基、酰基、卤基或羧基；R8选自烷基、-O-、-S-、-SO-、-SO2-、-NH-CO-、-OCO-、-C6H4-或-O-C6H4-O-；Y-为卤负离子、硝酸根负离子、亚硫酸根离子或硫酸根负离子。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述式(1)所示化合物中，R1、R2、R3和R4各自...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭海泉，陈文慧，马平川，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