【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及聚醚酰亚胺复合薄膜储能，具体涉及一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
1、近年随着化石燃料枯竭等愈发严重的能源问题和全球日益增长的能源需求，开发可持续低成本的能量转换和储存系统如燃料电池、电化学电容器和电介质电容器等具有重要的工程价值和战略意义。而其中，电介质电容器相比于其它电化学储能系统具有更快的充放电速度及高的功率密度等优势被广泛应用于高脉冲电源技术、新能源汽车、逆变器和电网等电子设备以及电力系统和医疗系统等领域。大功率应用在电子设备和电气系统中的兴起,促进了电介质储能领域对新一代高能量密度介质材料的需求。聚醚酰亚胺(polythermide，pei)是一种主链中含有醚键的热塑性聚酰亚胺(polymide，pi)，因其具有耐高温性、低介电损耗、柔韧性能好等优点而广泛应用于航空航天和电子仪表工业等领域。但聚醚酰亚胺作为聚合物介质电容器的放电能量密度相对较低，限制其在实际工程和设备中的小型化应用。同时，引入高介电常数的填料所带来的介电常数的增加通常是以降低其击穿场强为代价的，因此能量密度的提高非常有限。
2、因此，传统的复合材料薄膜不能兼具高介电常数和高击穿强度，是行业内亟待解决的技术难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决传统的复合材料薄膜不能兼具高介电常数和高击穿强度的问题，而提供一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法及应用。
2、一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方
3、步骤1、制备热塑性聚氨酯弹性体混合溶液a：
4、将热塑性聚氨酯弹性体加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中，在75～85℃的温度条件及300～500r/min的转速条件下磁力搅拌2.5～3.5h，至热塑性聚氨酯弹性体完全溶解，得到热塑性聚氨酯弹性体混合溶液a；
5、步骤2、制备热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料：
6、将4,4’-二胺基二苯醚加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中，超声分散后，得到混合溶液b；将步骤一中得到的热塑性聚氨酯弹性体混合溶液a加入到混合溶液b中，充分混合后，得到混合溶液c；将4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)二酞酸酐加入到混合溶液c中，机械搅拌3～5h，得到混合溶液d；将混合溶液d抽真空，均匀涂覆在预处理过的基板的一个面上，然后经固化后，再将基板梯度升温至245～255℃，并在245～255℃下保温50～70min，保温结束后自然降温，将基板上的薄膜剥离，得到热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料，所述的热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料中热塑性聚氨酯弹性体的质量分数为0.25％、0.5％、0.75％或1％。
7、一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的应用，所述的热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料在电介质电容器中的应用。
8、本专利技术的有益效果：
9、(1)本专利技术一种热塑性聚氨酯弹性体/聚醚酰亚胺绝缘复合介质的制备方法，首先将热塑性聚氨酯弹性体加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中，由于热塑性聚氨酯弹性体比较难溶解，所以需要在75～85℃的温度条件及300～500r/min左右的转速条件下充分搅拌。再以聚醚酰亚胺为基体，将热塑性聚氨酯弹性体混合溶液加入其中，利用溶液共混的方法制备而成。在聚醚酰亚胺基体中引入有机填料优化聚合物链结构以减少聚合物内部缺陷，来增加击穿强度。柔性的热塑性聚氨酯填料，可以改善聚醚酰亚胺的链间相互作用及空间结构，得到的全有机复合薄膜降低了聚合物的链间距，有效阻碍了电荷载流子的输入并缓解了电场畸变，从而改善了聚醚酰亚胺的绝缘及介电特性，从而使复合材料的储能性能提升。
10、(2)采用本专利技术工艺制备的热塑性聚氨酯弹性体/聚醚酰亚胺绝缘复合材料相较于纯聚醚酰亚胺击穿与介电性能均有提升，并且储能性能增强，可以广泛地应用于电气、电子和新能源汽车等先进领域。本专利技术制备工艺简单，经济实用，有效的节约了资源，适合大规模工业化产生，为开发聚醚酰亚胺绝缘复合介质新的应用途径提供了一个很好的策略。
11、本专利技术可获得一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法及应用。
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1.一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的热塑性聚氨酯弹性体的质量与N,N-二甲基乙酰胺溶液的体积的比为(0.02～0.12)g：(9.5～10)mL。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的4,4’-二胺基二苯醚的质量、N,N-二甲基乙酰胺溶液的体积与4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)二酞酸酐的质量的比为(2.9～3.1)g：(29.5～30.5)mL：(7.7～7.9)g。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)二酞酸酐分四次加入到混合溶液c中，第一次加入总质量的1/2，第二次加入总质量的1/4，第三次和第四次均加入总质量的1/8，每次加入的时间间隔为30～45min。
5.根据权利要求1或4所述的一种热塑性
6.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的预处理过的基板在使用前按以下步骤处理：先将基板用清水清洗1～3次，然后用去离子水冲洗3～5次，再用无水乙醇清洗3～5次，最后在50～60℃下干燥45～75min，得到预处理过的基板，所述的基板为玻璃板。
7.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中超声分散时间为15～45min，固化温度为80～82℃。
8.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中基板梯度升温的具体步骤为：先将基板置于鼓风烘箱内加热至80～82℃，并在80～82℃下保温8～12h，然后依次加热至95～105℃、145～155℃、195～205℃和245～255℃，并分别在各温度条件下保温50～70min。
9.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中先将降温后的基板放入去离子水中浸泡10～15min后再将薄膜剥离。
10.如权利要求1-9任意一项所述的方法制备的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的应用，其特征在于所述的热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料在电介质电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的热塑性聚氨酯弹性体的质量与n,n-二甲基乙酰胺溶液的体积的比为(0.02～0.12)g：(9.5～10)ml。
3.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的4,4’-二胺基二苯醚的质量、n,n-二甲基乙酰胺溶液的体积与4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)二酞酸酐的质量的比为(2.9～3.1)g：(29.5～30.5)ml：(7.7～7.9)g。
4.根据权利要求1所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)二酞酸酐分四次加入到混合溶液c中，第一次加入总质量的1/2，第二次加入总质量的1/4，第三次和第四次均加入总质量的1/8，每次加入的时间间隔为30～45min。
5.根据权利要求1或4所述的一种热塑性聚氨酯弹性体-聚醚酰亚胺复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的4,4'-(4,4'-异丙基二苯氧基)二酞酸酐在加入到混合溶液c中前，先在50～70℃的真空条件下烘干7～12h。
【专利技术属性】
技术研发人员：冯宇，何悦，张永，岳东，张文超，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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