纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法
【专利摘要】纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法。采用纳米粒子对聚酰亚胺薄膜进行改性，能使薄膜的耐电晕性能显著提高，但随着纳米粒子掺杂含量的不断增加，聚酰亚胺薄膜的力学性能也随之下降。本发明的方法包括如下步骤：（1）联苯型聚酰胺酸的制备；（2）静电纺丝法制备聚酰胺酸微孔膜；（3）纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸的制备；（4）在微孔膜两侧涂覆纳米粒子掺杂的聚酰胺酸；（5）对纳米粒子/聚酰胺酸三层复合薄膜进行热亚胺化。本发明公开了一种纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法。
【专利说明】
纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法
[0001 ] 技术领域:
本发明涉及一种纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法。
[0002]【背景技术】:
聚酰亚胺薄膜是聚酰亚胺最早的商品之一，聚酰亚胺薄膜是目前耐热性最好的有机薄膜，可在555°C短期内保持其物理性能，长期使用温度达200°C以上，主要用于电机的槽绝缘以及电线电缆的包覆材料。而且聚酰亚胺薄膜的电气性能、耐辐射性能和耐火性能也十分突出，在航空航天工业、电子电气工业和信息产业中发挥了非常重要的作用。但聚酰亚胺由于其本身是高分子聚合物，耐电晕性能较差，限制了其在高压发电机、高压电动机、脉宽调制供电的变频电机等领域的应用。近年来，高新技术发展日新月异，纳米粒子以其独特的表面效应引起了广大科研人员的关注。研究发现，采用纳米粒子对聚酰亚胺薄膜进行改性，能使薄膜的耐电晕性能显著提高，但随着纳米粒子掺杂含量的不断增加，聚酰亚胺薄膜的力学性能也随之下降，因此如何在提高聚酰亚胺薄膜耐电晕性能的同时防止其力学性能的下降，成为扩展聚酰亚胺薄膜应用领域的关键。
[0003]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供一种纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法。
[0004]上述的目的通过以下的技术方案实现:
一种纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，该方法包括如下步骤:
(1)联苯型聚酰胺酸的制备；
(2)静电纺丝法制备聚酰胺酸微孔膜；
(3)纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸的制备；
(4)在微孔膜两侧涂覆纳米粒子掺杂的聚酰胺酸；
(5)对纳米粒子/聚酰胺酸三层复合薄膜进行热亚胺化。
[0005]所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的联苯型聚酰胺酸的制备，取2.80g的4，4_二氨基二苯基醚倒入三口瓶，加入29.6ml N，N_二甲基乙酰胺，通入氮气进行保护，在10°C冷水浴下搅拌I h，将4.23g的3，3’，4，4’_联苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料时间控制在120min，待出现爬竿现象后继续搅拌24小时，将透明的黄色粘稠状的聚酰胺酸液体倒入小烧杯中密封备用。
[0006]所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的静电纺丝法制备聚酰胺酸微孔膜，取1ml所述的联苯型聚酰胺酸液体于静电纺丝装置的注射栗中，调节纺丝电压为10kV，注射速度为0.3ml/h，接收距离为15cm，纺丝5 h制得厚度为20μηι的聚酰胺酸微孔膜。
[0007]所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸的制备，按照聚酰胺酸中固体质量的不同比例向三口瓶中加入一定质量的纳米粒子颗粒，再加入34ml N，N-二甲基乙酰胺，通入氮气进行保护，在10°C冷水浴下超声搅拌I h，再取3g的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，超声搅拌Ih后，将3.28g的均苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料时间控制在120min，然后继续搅拌24小时，将浅黄色粘稠状的聚酰胺酸液体倒入小烧杯中密封备用。
[0008]所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的在微孔膜两侧涂覆纳米粒子掺杂的聚酰胺酸，采用自制铺膜机在聚酰胺酸微孔膜两侧进行铺膜，由微孔膜的孔隙率计算得出两侧所铺胶液的具体厚度;在玻璃板上利用自制铺膜机铺一层30μπι纳米粒子掺杂的所述的均苯型聚酰胺酸胶液，然后将利用静电纺丝制得的所述的微孔膜铺在该溶液上，待所述的微孔膜内部微孔完全浸入胶液后，再利用铺膜机在上面铺一层15μπι纳米粒子掺杂的所述的均苯型聚酰胺酸胶液并放置0.5h，使聚酰胺酸胶液充分浸入微孔膜，放入烘箱以备亚胺化。
[0009]所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的对纳米粒子/聚酰胺酸三层复合薄膜进行热亚胺化，采用梯度升温法，使聚酰胺酸发生脱水闭环以制备聚酰亚胺薄膜，其亚胺化的温度与时间依次如下:1)80°C热处理lh;2)120°C热处理lh;3)150°C热处理lh;4)200°C热处理lh;5)250°C热处理lh;6)300°C热处理lh。
[0010]本发明的有益效果:
本发明将4，4-二氨基二苯基醚加入到N，N-二甲基乙酰胺中，在N2保护和10 °C冷水浴的条件下溶解后，分批加入3，3’，4，4’_联苯四甲酸二酐，得到联苯型聚酰胺酸纺丝液，并通过高压静电纺丝法制备联苯型聚酰胺酸微孔膜，然后按一定比例将纳米粒子加入到N，N-二甲基乙酰胺中，在N2保护和10°C冷水浴的条件下超声搅拌分散均匀后加入4，4_二氨基二苯基醚，待其溶解后均苯四甲酸二酐，得到纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸胶液，利用铺膜机将其铺在联苯型聚酰亚胺微孔膜两侧，待胶液完全渗入微孔膜后，通过梯度升温法进行热亚胺化处理，得到聚酰亚胺三层复合薄膜。
[0011]本发明涉及联苯型聚酰胺酸微孔膜的制备、微孔膜两侧纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸的涂覆以及三层复合薄膜的热亚胺化工艺，在均苯型聚酰亚胺基体中引入力学性能和热性能更好的联苯型聚酰亚胺，有助于提高薄膜的力学和热学性能，同时，由于联苯型聚酰亚胺是以纳米纤维的形式引入，因此利用均苯型聚酰亚胺胶液与联苯型聚酰亚胺纤维之间界面的相互作用，对掺杂纳米粒子的均苯型聚酰亚胺薄膜力学等性能进行改善，实现了在掺杂纳米粒子提高聚酰亚胺薄膜耐电晕性能的同时提升其力学等性能。
[0012]【具体实施方式】:
实施例1:
一种纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，该方法包括如下步骤:
(1)联苯型聚酰胺酸的制备；
(2)静电纺丝法制备聚酰胺酸微孔膜；
(3)纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸的制备；
(4)在微孔膜两侧涂覆纳米粒子掺杂的聚酰胺酸；
(5)对纳米粒子/聚酰胺酸三层复合薄膜进行热亚胺化。
[0013]实施例2:
根据实施例1所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的联苯型聚酰胺酸的制备，取2.80g的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，加入29.6ml N，N-二甲基乙酰胺，通入氮气进行保护，在10°C冷水浴下搅拌I h，将4.23g的3，3’，4，4’_联苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料时间控制在120min，待出现爬竿现象后继续搅拌24小时，将透明的黄色粘稠状的聚酰胺酸液体倒入小烧杯中密封备用。
[0014]实施例3:
根据实施例1或2所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的静电纺丝法制备聚酰胺酸微孔膜，取1ml所述的联苯型聚酰胺酸液体于静电纺丝装置的注射栗中，调节纺丝电压为10kV，注射速度为0.3ml/h，接收距离为15cm，纺丝5 h制得厚度为20μπι的聚酰胺酸微孔膜。
[0015]实施例4:
根据实施例1或2或3所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸的制备，按照聚酰胺酸中固体质量的不同比例向三口瓶中加入一定质量的纳米粒子颗粒，再加入34ml N，N-二甲基乙酰胺，通入氮气进行保护，在10°C冷水浴下超声搅拌I h，再取3g的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，超声搅拌Ih后，将3.28g的均苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料时间控制在120min，然后继续搅拌24小时，将浅黄色粘稠状的聚酰胺酸液体倒入小烧杯中密封备用。
[0016]实施例5:
根据实施例1或2或3或4所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的在微孔膜两侧涂覆纳米粒子掺杂的聚酰胺酸，采用自制铺膜机在聚酰胺酸微孔膜两侧进行铺膜，由微孔膜的孔隙率计算得出两侧所铺胶液的具体厚度;在玻璃板上利用自制铺膜机铺一层30μπι纳米粒子掺杂的所述的均苯型聚酰胺酸胶液，然后将利用静电纺丝制得的所述的微孔膜铺在该溶液上，待所述的微孔膜内部微孔完全浸入胶液后，再利用铺膜机在上面铺一层15μπι纳米粒子掺杂的所述的均苯型聚酰胺酸胶液并放置0.5h，使聚酰胺酸胶液充分浸入微孔膜，放入烘箱以备亚胺化。
[0017]实施例6:
根据实施例1或2或3或4或5所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，所述的对纳米粒子/聚酰胺酸三层复合薄膜进行热亚胺化，采用梯度升温法，使聚酰胺酸发生脱水闭环以制备聚酰亚胺薄膜，其亚胺化的温度与时间依次如下:1)80°C热处理lh;2)120°C热处理lh;3)150°C热处理lh;4)200°C热处理lh;5)250°C热处理lh;6)300°C热处理lh。
【主权项】
1.一种纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，其特征是:该方法包括如下步骤: (I)联苯型聚酰胺酸的制备； (2 )静电纺丝法制备聚酰胺酸微孔膜； (3)纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸的制备； (4)在微孔膜两侧涂覆纳米粒子掺杂的聚酰胺酸； (5)对纳米粒子/聚酰胺酸三层复合薄膜进行热亚胺化。2.根据权利要求1所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，其特征是:所述的联苯型聚酰胺酸的制备，取2.SOg的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，加入29.6mlN，N-二甲基乙酰胺，通入氮气进行保护，在1 °C冷水浴下搅拌I h，将4.23g的3，3 ’，4，4 ’ -联苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料时间控制在120min，待出现爬竿现象后继续搅拌24小时，将透明的黄色粘稠状的聚酰胺酸液体倒入小烧杯中密封备用。3.根据权利要求1或2所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，其特征是:所述的静电纺丝法制备聚酰胺酸微孔膜，取1ml所述的联苯型聚酰胺酸液体于静电纺丝装置的注射栗中，调节纺丝电压为10kV，注射速度为0.3ml/h，接收距离为15cm，纺丝5 h制得厚度为20μπι的聚酰胺酸微孔膜。4.根据权利要求1或2或3所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，其特征是:所述的纳米粒子掺杂的均苯型聚酰胺酸的制备，按照聚酰胺酸中固体质量的不同比例向三口瓶中加入一定质量的纳米粒子颗粒，再加入34ml N，N-二甲基乙酰胺，通入氮气进行保护，在10°C冷水浴下超声搅拌I h，再取3g的4，4-二氨基二苯基醚倒入三口瓶，超声搅拌Ih后，将3.28g的均苯四甲酸二酐分批逐步加入到溶液中，加料时间控制在120min，然后继续搅拌24小时，将浅黄色粘稠状的聚酰胺酸液体倒入小烧杯中密封备用。5.根据权利要求1或2或3或4所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，其特征是:所述的在微孔膜两侧涂覆纳米粒子掺杂的聚酰胺酸，采用自制铺膜机在聚酰胺酸微孔膜两侧进行铺膜，由微孔膜的孔隙率计算得出两侧所铺胶液的具体厚度;在玻璃板上利用自制铺膜机铺一层30μπι纳米粒子掺杂的所述的均苯型聚酰胺酸胶液，然后将利用静电纺丝制得的所述的微孔膜铺在该溶液上，待所述的微孔膜内部微孔完全浸入胶液后，再利用铺膜机在上面铺一层15μπι纳米粒子掺杂的所述的均苯型聚酰胺酸胶液并放置0.5h，使聚酰胺酸胶液充分浸入微孔膜，放入烘箱以备亚胺化。6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的纳米粒子/聚酰亚胺三层复合薄膜制备的新方法，其特征是:所述的对纳米粒子/聚酰胺酸三层复合薄膜进行热亚胺化，采用梯度升温法，使聚酰胺酸发生脱水闭环以制备聚酰亚胺薄膜，其亚胺化的温度与时间依次如下:1)80°C热处理lh;2)120°C热处理lh;3)150°C热处理lh;4)200°C热处理lh;5)250°C热处理lh;6)300°C热处理lh。
【文档编号】D01D5/00GK106084271SQ201610549372
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月13日
【发明人】巩桂芬, 王磊
【申请人】哈尔滨理工大学