一种耐高温的高击穿强度本征型芳纶薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种耐高温的高击穿强度本征型芳纶薄膜及其制备方法，属于复合材料领域。该芳纶薄膜的制备方法包含以下步骤：(1)将芳香族二胺单体、芳香族二酰氯单体加入溶剂中反应得到芳纶聚合物溶液；(2)将芳纶聚合物溶液在凝固浴中凝固成型，水洗后烘干，得到初生薄膜；(3)将初生薄膜在酸性溶液中浸泡后取出，烘干，退火，得到芳纶薄膜。本发明专利技术芳纶薄膜的拉伸强度高达350

【技术实现步骤摘要】
一种耐高温的高击穿强度本征型芳纶薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术属于复合材料领域，具体涉及一种耐高温的高击穿强度本征型芳纶薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]介电绝缘薄膜在高压电气绝缘和储能设备中起到重要作用。聚合物薄膜由于其优异的绝缘性，较高的击穿强度、柔韧性，质轻和易于加工等特点在高压电气绝缘设备和储能设备中得到了广泛的应用。常用的介电聚合物薄膜主要包括聚丙烯和聚偏氟乙烯，这两种聚合物薄膜在室温下具有较高的击穿强度和柔韧性，但由于它们的玻璃化转变温度较低(＜200℃)，其在150℃高温下击穿强度大幅度下降，导致电子设备和电气设备在强电场和较高工作温度下失效，引发安全问题。因此急需开发具有高击穿强度和优异耐热性的绝缘聚合物薄膜。
[0003]以Kevlar为代表的对位芳纶因为其优异的力学性能、耐热性，广泛应用于聚合物基复合材料中。由对位芳纶浆粕和短切纤维经湿法造纸成型制备的对位芳纶纸基材料因为其优异的绝缘性能、耐热性和机械性能，成为了一类重要的高温绝缘材料。目前，对位芳纶纸基材料已经广泛应用于航空航天与电子信息工程等领域。但是，目前制备芳纶纸基材料所采用的芳纶浆粕与短切纤维的宏观尺度均为微米级，这使得芳纶纸基材料内部各组分之间的界面相互作用较弱，材料内部存在大量的空洞、缺陷，大大影响了其电击穿性能，从而无法满足高压电气绝缘和储能领域的要求。
[0004]申请号为201910315119.0的中国专利申请公开了一种具有高击穿强度的芳杂环聚酰胺复合薄膜及制备方法，该芳杂环聚酰胺复合薄膜是以表面接枝烯基的纳米二氧化硅、芳香族聚酰胺混合所得的溶液为原料，加工成膜所得，其中，该芳香族聚酰胺是以芳香族二胺和芳香族二酰氯反应得到的酰胺为重复结构单元，分子链两端为烯基的聚合物。该芳杂环聚酰胺复合薄膜的拉伸强度为280
‑
350MPa，室温下击穿强度为470
‑
650kV/mm。但是，该申请公开的芳杂环聚酰胺复合薄膜的击穿强度有待进一步提高，并且，该申请并未公开其复合薄膜具有耐高温性能；同时，该芳杂环聚酰胺复合薄膜的分子量相对较低，分子链之间还进行了交联，损伤了薄膜的韧性；而且，该芳杂环聚酰胺复合薄膜中加入了二氧化硅纳米填料，在长期使用过程中，纳米粒子与聚合物基体在高电压下容易形成孔洞，从而导致薄膜失效。
[0005]开发出一种高韧性、耐高温的高击穿强度本征型聚合物薄膜对制备耐高温介电绝缘薄膜具有重要意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种高韧性、耐高温的高击穿强度本征型芳纶薄膜及其制备方法。
[0007]本专利技术提供了一种芳纶薄膜的制备方法，所述方法包含以下步骤：
[0008](1)将芳香族二胺单体、芳香族二酰氯单体加入溶剂中反应得到芳纶聚合物溶液；其中芳香族二胺单体和芳香族二酰氯单体的摩尔比为1：(0.8～1.2)；所述芳香族二胺单体中包括含苯并咪唑结构的芳香族二胺单体，且含苯并咪唑结构的芳香族二胺单体摩尔数占所有芳香族二胺单体摩尔数的30％～100％；
[0009](2)将芳纶聚合物溶液在凝固浴中凝固成型，水洗后烘干，得到初生薄膜；
[0010](3)将初生薄膜在酸性溶液中浸泡后取出，烘干，退火，得到芳纶薄膜。
[0011]进一步地，步骤(1)中，所述芳香族二胺单体和芳香族二酰氯单体的摩尔比为1：1；所述含苯并咪唑结构的芳香族二胺单体摩尔数占所有芳香族二胺单体摩尔数的60％～100％；
[0012]所述溶剂为极性非质子溶剂与无机盐组成的混合溶剂；
[0013]所述反应的条件为：于惰性气体氛围下，先在0℃～5℃下反应10～30min，再在25℃～35℃下反应30～90min；
[0014]所述芳纶聚合物溶液的固含量为4％～8％。
[0015]进一步地，步骤(1)中，所述含苯并咪唑结构的芳香族二胺单体选自2
‑
(4
‑
氨基苯基)
‑5‑
氨基苯苯并咪唑(PABZ)、2,2
’‑
对苯基
‑
双苯并咪唑二胺(DPABZ)、2
‑
(3
‑
氨基苯基)
‑5‑
氨基苯苯并咪唑(MABZ)中的一种或两种以上；
[0016]所述芳香族二酰氯单体选自对苯二甲酰氯(TPC)、间苯二甲酰氯(IPC)、联苯二甲酰氯(BPC)、4,4
‑
氯甲酰基苯醚(DEDC)中的一种或两种以上；
[0017]所述极性非质子溶剂选自N
‑
甲基吡咯烷酮、N,N
’‑
二甲基乙酰胺、N,N
’‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种以上；
[0018]所述无机盐选自氯化钙、氯化锂、溴化钙、溴化锂中的一种或两种以上；
[0019]所述混合溶剂中，无机盐的质量分数为1％～10％。
[0020]进一步地，步骤(1)中，所述芳香族二胺单体中还包括对苯二胺(PDA)、2
‑
(4
‑
氨基苯基)
‑5‑
氨基并噁唑(BOA)、联苯二胺(HPA)、4,4
’
,
‑
二氨基苯酰替苯胺(DABA)、4,4
’‑
二苯醚二胺(4,4
’‑
ODA)、2,2二甲基
‑
1,1二胺联苯(m
‑
TPL)、2,2'
‑
双(三氟甲基)
‑
1,1'
‑
联苯
‑
4,4'
‑
二胺(TFMB)、4
‑
氨基苯基4
‑
氨基苯甲酸酯(APAB)、3,4
’‑
二苯醚二胺(3,4
’‑
ODA)中的一种或两种以上。
[0021]进一步地，步骤(2)中，所述凝固浴为DMAC与水的混合物，其中DMAC的质量分数为30％～80％。
[0022]进一步地，步骤(3)中，所述酸性溶液为酸性物质的水溶液，酸性物质为有机酸或无机酸；所述酸性溶液的pH值为0.5～3；所述浸泡的温度为10～80℃，时间为1～100min。
[0023]进一步地，步骤(3)中，所述酸性物质选自盐酸、甲酸、乙酸、草酸中的一种或两种以上。
[0024]进一步地，步骤(3)中，所述退火的温度为350～450℃，时间为1～60min。
[0025]本专利技术还提供了上述方法制得的芳纶薄膜。
[0026]本专利技术还提供了上述芳纶薄膜在制备耐高温的高击穿强度介电绝缘薄膜中的用途。
[0027]芳香族二胺单体的结构列举如下：
[0028][0029]2‑
(4
‑
氨基苯基)
‑5‑
氨基苯苯并咪唑(PABZ)
[0030][0031]2,2
’‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芳纶薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：(1)将芳香族二胺单体、芳香族二酰氯单体加入溶剂中反应得到芳纶聚合物溶液；其中芳香族二胺单体和芳香族二酰氯单体的摩尔比1：(0.8～1.2)；所述芳香族二胺单体中包括含苯并咪唑结构的芳香族二胺单体，且含苯并咪唑结构的芳香族二胺单体摩尔数占所有芳香族二胺单体摩尔数的30％～100％；(2)将芳纶聚合物溶液在凝固浴中凝固成型，水洗后烘干，得到初生薄膜；(3)将初生薄膜在酸性溶液中浸泡后取出，烘干，退火，得到芳纶薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述芳香族二胺单体和芳香族二酰氯单体的摩尔比为1：1；所述含苯并咪唑结构的芳香族二胺单体摩尔数占所有芳香族二胺单体摩尔数的60％～100％；所述溶剂为极性非质子溶剂与无机盐组成的混合溶剂；所述反应的条件为：于惰性气体氛围下，先在0℃～5℃下反应10～30min，再在25℃～35℃下反应30～90min；所述芳纶聚合物溶液的固含量为4％～8％。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含苯并咪唑结构的芳香族二胺单体选自2
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(4
‑
氨基苯基)
‑5‑
氨基苯苯并咪唑、2,2
’‑
对苯基
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双苯并咪唑二胺、2
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(3
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氨基苯基)
‑5‑
氨基苯苯并咪唑中的一种或两种以上；所述芳香族二酰氯单体选自对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、联苯二甲酰氯、4,4
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氯甲酰基苯醚中的一种或两种以上；所述极性非质子溶剂选自N
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甲基吡咯烷酮、N,N
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二甲基乙酰胺、N,N
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二甲基甲酰胺、二甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘向阳，罗龙波，张大杰，王旭，刘洋，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：