一种高储能密度高平整性的PEI流延膜及其制备方法技术

本发明专利技术涉及储能膜技术领域，尤其涉及一种高储能密度高平整性的PEI流延膜及其制备方法。该PEI流延膜，包括以下重量份的组分：聚醚酰亚胺30

【技术实现步骤摘要】
一种高储能密度高平整性的PEI流延膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及储能膜
，尤其涉及一种高储能密度高平整性的PEI流延膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着能源需求的不断增加和化石燃料的持续消耗，提高传统能源利用效率和拓展新能源实用范围的问题日益凸显。储能电容器具有储能密度高、充放电速度快、抗循环老化、适用于高温高压等极端环境和性能稳定的优点，符合新时期能源利用的要求，在电力、电子系统中扮演着越来越重要的角色。随着材料科学的发展，储能电容器仍有较大的发展空间。改善其储能特性的关键是研发高储能密度介电材料。
[0003]单组分材料很难同时具有优良的介电性能和力学性能。聚合物具有可加工性，力学强度高的特点。如聚酯(PET)薄膜、聚丙烯(PP)薄膜、聚苯硫醚(PPS)薄膜、聚碳酸酯(PC)薄膜等，广泛应用于传统的有机薄膜电容器，但介电常数普遍较低，其储能密度不可能有再大的提高。聚偏二氟乙烯(PVDF)幕膜介电常数较高，但介质损耗过大。而对于典型的高介电常数无机材料如铁电陶瓷等又存在脆性大，加工温度较高的弊端，和目前的电路集成加工技术不相容，且单组分的铁电陶瓷材料的击穿电压低。当前介电材料领域的发展趋势是开发兼具聚合物优良机械性能、绝缘性能以及陶瓷粒子的介电性的复合材料。
[0004]聚醚酰亚胺(PEI)拥有优异的电性能，其介电常数是3.15，体积电阻6.7
×
10
17
欧姆
·
厘米，介质损耗角正切13(103Hz)，耐电弧性128秒，超过带电部件支持基板UL最低要求120秒，更重要的是PEI的电性能在温度、频率等环境条件变化情况下，仍能保持基本恒定。
[0005]目前PEI薄膜多采用溶剂流延法制备(如专利CN113045784A)，获得的薄膜强度较低。挤出熔融流延法(熔融挤出后流延成膜)制备的薄膜强度较高，但PEI熔融过程粘度太大，流动性不足，容易在挤出流延过程中产生取向作用而出现膜表面不平整现象，对膜的耐电压性能影响很大，此外也会影响膜的电镀性能，限制了挤出熔融流延法在PEI薄膜制备中的应用。因此需对PEI进行改性，不影响其高温下的电稳定性，又能通过熔融挤出法得到平整的膜，提高其储能性能。

技术实现思路

[0006]为了解决通过挤出熔融流延法制得的PEI薄膜表面不平整的技术问题，本专利技术提供了一种高储能密度高平整性的PEI流延膜及其制备方法。本专利技术的PEI流延膜中，通过配方优化，能够提高膜的表面平整度，使其具有更好的耐电压性能，同时还能使膜具备较高的储能密度和耐高温性能。
[0007]本专利技术的具体技术方案为：第一方面，本专利技术提供了一种高储能密度高平整性的PEI流延膜，包括以下重量份的组分：
[0008]本专利技术采用上述组分复配，在赋予流延膜较高的储能密度和较好的耐高温性能的同时，能够使其在流延成膜时具有较好的流动性，从而提高流延膜的表面平整度，使其具有更好的耐电压性能。具体而言：1
○
本专利技术采用聚醚酰亚胺(PEI)作为储能薄膜的主体材料，PEI具有较高的热变形温度(约200℃)，能使得最终的薄膜在高温(≥150℃)下也能拥有和常温下基本持平的相对介电常数和介质损耗，因此，采用PEI作为主体树脂，能够赋予流延膜良好的高温介质稳定性，使其可在高温(≥150℃)下正常使用；并且，PEI具有较高的介电常数和相对较低的介电损耗，因而能够赋予流延膜较高的储能密度。
[0009]2○
热致性液晶聚合物(TLCP)的高流动性弥补了PEI熔体流动性不足的难题，使得其在流延过程中能够顺畅制备出表面平整的薄膜，从而提高膜的耐电压性能；同时，TLCP也是耐高温聚合物，TLCP的加入并不会影响PEI的耐高温性能，还可以降低共混物的介质损耗。
[0010]3○
本专利技术团队关注到，PEI与TLCP二者属于部分相容的树脂，而双酚A型聚芳酯(PAR)的加入可增强二者的相容性。
[0011]作为优选，所述无机填料的重量份为1
‑
10份，所述增塑剂的重量份为0.2
‑
5份。
[0012]无机填料的加入能够提升共混材料的介电常数，提升整体的储能密度。增塑剂可以增加PEI的流动性；此外，当膜中添加有无机填料时，增塑剂还有助于在物料初步混合阶段让无机填料均匀地包裹在树脂表面，有利于提高后期熔融共混时的填料分散均匀性。
[0013]作为优选，所述增塑剂包括白油、邻苯二甲酸二辛酯(DOP)、偏苯三酸三辛酯(TOTM)和乙酰柠檬酸三丁酯(ATBC)中的一种或多种。
[0014]作为优选，所述增塑剂包括带有苯硼酸基团的改性小分子增塑剂；所述聚醚酰亚胺中的部分或全部为带有邻二羟基的改性聚醚酰亚胺。
[0015]在PEI流延膜长期或较高温度下存放或使用时，小分子增塑剂易向表面挥发、迁移和扩散，导致膜强度下降，而高分子增塑剂虽然能在一定程度上解决挥发、迁移和扩散的问题，但增塑效果较差，不利于提高PEI在流延成膜过程中的流动性。为此，本专利技术对小分子增塑剂进行了苯硼酸基团(
‑
Ph
‑
B(OH)2)修饰，并在部分或全部聚醚酰亚胺上连接了邻二羟基。苯硼酸基团与邻二羟基之间能够形成苯硼酸酯键，其属于可逆共价键，在PEI流延成膜所需的高温下，苯硼酸酯键易于断裂，使小分子增塑剂游离到PEI熔体中发挥较好的增塑作用，在较大程度上提高PEI熔体的流动性，进而使制得的PEI流延膜具有较好的耐电压性能；在流延成膜后冷却成型的过程中，随着温度的下降，苯硼酸酯键的断裂减少，使小分子增塑剂通过苯硼酸酯键连接在聚醚酰亚胺上，从而减少增塑剂向膜表面的挥发、迁移和扩散，使PEI流延膜在长期或较高温度下存放或使用后仍能保持较高的强度。
[0016]作为优选，所述改性小分子增塑剂的制备方法包括以下步骤：以柠檬酸三丁酯和丙烯酰氯为反应物，进行酰化反应，获得丙烯酸酯基修饰的增塑剂；以丙烯酸酯基修饰的增
塑剂和氨基苯硼酸为反应物，进行加成反应，获得改性小分子增塑剂。
[0017]上述步骤中，首先通过柠檬酸三丁酯中的羟基与丙烯酰氯进行酰化反应，在柠檬酸三丁酯中形成丙烯酸酯基(CH2＝CHCOO
‑
)，而后通过丙烯酸酯基团中的碳碳双键与氨基苯硼酸中的氨基进行加成反应，在柠檬酸三丁酯中连接上苯硼酸基团。
[0018]作为优选，所述改性小分子增塑剂的制备方法具体包括以下步骤：S1.1：将柠檬酸三丁酯、缚酸剂和有机溶剂制成混合液I；将丙烯酰氯与有机溶剂制成混合液II；在0
‑
10℃下将混合液I和混合液II混合，而后在50
‑
60℃下回流反应4
‑
5h，而后分离出产物，获得丙烯酸酯基修饰的增塑剂；S1.2：将丙烯酸酯基修饰的增塑剂、氨基苯硼酸和有机溶剂混合后，在70
‑
80℃下反应3
‑
5h，分离出产物，获得改性小分子增塑剂。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高储能密度高平整性的PEI流延膜，其特征在于，包括以下重量份的组分：聚醚酰亚胺30
‑
90份；热致性液晶聚合物5
‑
30份；双酚A型聚芳酯2
‑
10份；无机填料0
‑
10份；增塑剂0
‑
5份。2.如权利要求1所述的PEI流延膜，其特征在于，所述无机填料的重量份为1
‑
10份，所述增塑剂的重量份为0.2
‑
5份。3.如权利要求1或2所述的PEI流延膜，其特征在于，所述增塑剂包括白油、邻苯二甲酸二辛酯、偏苯三酸三辛酯和乙酰柠檬酸三丁酯中的一种或多种。4.如权利要求1或2所述的PEI流延膜，其特征在于，所述增塑剂包括带有苯硼酸基团的改性小分子增塑剂；所述聚醚酰亚胺中的部分或全部为带有邻二羟基的改性聚醚酰亚胺。5.如权利要求4所述的PEI流延膜，其特征在于，所述改性小分子增塑剂的制备方法包括以下步骤：以柠檬酸三丁酯和丙烯酰氯为反应物，进行酰化反应，获得丙烯酸酯基修饰的增塑剂；以丙烯酸酯基修饰的增塑剂和氨基苯硼酸为反应物，进行加成反应，获得改性小分子增塑剂。6.如权利要求4所述的PEI流延膜，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈洋，南策文，吴欣儒，江建勇，潘家雨，胡澎浩，
申请(专利权)人：乌镇实验室，
类型：发明
国别省市：