一种用于电子元器件绝缘的云母纸复合材料及其制备方法与流程

本发明属于绝缘云母纸，具体为一种用于电子元器件绝缘的云母纸复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、云母纸是一种由云母鳞片通过水力分剥或化学制浆的方式生产的连续卷筒纸，具有优良的电气性能和耐高温性能，是电子元器件绝缘的重要材料之一。然而，云母纸的厚度较大，导致材料的质量和成本较高，同时云母纸的强度和韧性较低，容易发生断裂和分层，影响材料的可靠性和耐久性。

2、为了改善云母纸的性能，现有技术中已经提出了一些云母纸的改性方法，例如与聚酰亚胺、导电聚合物等有机材料进行复合，以提高云母纸的耐热性、耐化学性、导电性和抗电晕性等。然而，这些改性方法也存在一些问题和缺点，例如界面结合不牢固，容易产生界面起泡和分层，影响材料的力学性能和耐电击穿性能；或者增加了材料的厚度，降低了材料的绝缘性能等。

3、因此，现有技术中还没有一种云母纸复合材料能够同时具备高强度、高韧性、高耐压、高耐热、阻燃、耐溶剂、防水等多种优异性能，满足电子元器件绝缘的高要求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于电子元器件绝缘的云母纸复合材料及其制备方法，该方法制备得到的云母纸复合材料具有优良的绝缘性能、耐高温性能和机械强度，还具有较好的防水性能，适合用于电子元器件的绝缘层。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种用于电子元器件绝缘的云母纸复合材料，包括以下组分：天然白云母、聚酰亚胺单体、导电聚合物、碳纳米管。

4、较佳实施情况下，所述天然白云母的处理过程是：将天然白云母经过水洗、烘干、水力破碎、筛分得到三种粒径的云母生粉。

5、较佳实施情况下，所述三种粒径的云母生粉分别为第一云母粉，其粒径为90-110目，其重量占比为10-20％；第二云母粉，其粒径为130-150目，其重量占比为30-40％；第三云母粉，其粒径为200-230目，其重量占比为40-50％。该技术方案使云母纸的结构更加均匀、致密，提高云母纸的抗拉强度和抗弯强度。

6、较佳实施情况下，所述导电聚合物为聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩中的一种或几种。该技术方案具有良好的导电性能、稳定性和相容性，可以与碳纳米管形成均匀的导电薄膜，提高导电薄膜的导电性能和耐高温性能。

7、较佳实施情况下，一种用于电子元器件绝缘的云母纸复合材料的制备方法，包括以下步骤：

8、s1，云母纸的制备：将通过天然白云母制成的三种粒径的云母生粉作为原料，利用圆网云母纸机抄造成云母纸，控制浆料浓度来控制云母纸的厚度；

9、s2，复合薄膜制备：将聚酰亚胺单体与云母纸混合均匀，然后在高温下进行原位聚合反应，形成云母纸/聚酰亚胺复合薄膜，其厚度为0.05-0.1μm；

10、s3，导电薄膜制备：将预处理后的碳纳米管和导电聚合物加入溶剂中，然后在超声波下进行充分的混合和溶解，再经涂敷、干燥，制成导电薄膜，其厚度为0.1-0.3μm；

11、s4，氧化铝薄膜制备：采用原子层沉积技术，将步骤s3得到的导电薄膜放入peald反应腔中，反应温度为100-200℃，反应压力为5-10pa，然后向反应腔中通入惰性气体，同时打开等离子体源，产生等离子体，再向反应腔中脉冲注入三甲基铝作为第一种前驱体，与导电薄膜表面的羟基发生化学吸附反应，形成一层铝氧化物单分子层，同时释放出甲烷分子，用惰性气体冲洗反应腔，将多余的三甲基铝和甲烷分子排出，向反应腔中脉冲注入水作为第二种前驱体，与铝氧化物单分子层表面的铝原子发生化学反应，形成一层氧化铝单分子层，同时释放出氢气分子；用惰性气体冲洗反应腔，将多余的水和氢气分子排出，重复上述操作，直到达到所需的氧化铝薄膜厚度为止，其厚度为0.01-0.05μm；其中涉及的化学反应方程式如下：

12、-oh+al(ch3)3→-o-al(ch3)2+ch4；

13、-o-al(ch3)2+h2o→-o-al-oh+ch4；

14、-o-al-oh+h2o→-o-al-o-al-o-+h2；

15、s5，复合材料制备：将步骤s2得到的云母纸/聚酰亚胺复合薄膜与步骤s4处理后的导电薄膜叠合在一起，然后经过热压，使其粘合成一体，得到复合材料。

16、较佳实施情况下，所述步骤s1中云母纸的厚度为0.1-10μm。该技术方案云母纸具有足够的绝缘性能，同时又不影响复合材料的整体厚度和重量。

17、较佳实施情况下，所述步骤s2中聚酰亚胺单体与云母纸的质量比为1：0.5-1.5，原位聚合反应温度为150-180℃，选用二甲基甲酰胺作为溶剂和催化剂，反应时间为2-3h，其中原位聚合反应的反应方程式如下：

18、

19、较佳实施情况下，所述步骤s3预处理为氧化预处理，溶剂为二甲基亚砜溶液，导电聚合物与碳纳米管的重量比为4-20：1，其中碳纳米管的粒径为10-100nm。该技术方案使导电聚合物与碳纳米管形成良好的复合，提高导电薄膜的导电性能和稳定性，既能保证导电薄膜的导电性能，又能降低导电薄膜的重量和成本。

20、较佳实施情况下，所述步骤s4中叠合层数和顺序是：由二层云母纸/聚酰亚胺复合薄膜和三层导电薄膜交替叠合而成，其中导电薄膜位于最外层。

21、较佳实施情况下，所述步骤s4热压的温度为150-250℃，压力为5-15mpa，时间为3-10min。该技术方案使复合材料的各层之间形成牢固的粘合，提高复合材料的机械强度和耐高温性能。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明制备得到的云母纸复合材料，具有优良的绝缘性能，耐高温性能、耐老化性能、机械强度以及防水性能，适用于电子元器件的绝缘层，是一种高性能的复合材料；

23、(2)本发明采用天然白云母作为原料，制成三种粒径的云母生粉，使云母纸的结构更加均匀、致密，提高云母纸的抗拉强度和抗弯强度，还能使云母纸的厚度和孔隙度达到最佳，提高云母纸的导热性能和耐电晕性能；采用聚酰亚胺单体与云母纸进行聚合反应，实现了云母纸与聚酰亚胺的良好结合，提高复合薄膜的稳定性和寿命，控制聚酰亚胺薄膜的厚度和均匀性，提高复合薄膜的耐高温性能和耐老化性能，采用导电聚合物作为原料，制成导电薄膜，与云母纸形成良好的界面结合，着增强云母纸的导电性能和耐电晕性能；

24、(3)本发明在导电薄膜用原子层沉积法形成氧化铝薄膜，提高导电薄膜的绝缘性能和机械强度，氧化铝是一种高性能的无机材料，具有高的绝缘性能和机械强度，保护导电薄膜不受外界的干扰或损伤，提高复合材料的稳定性和寿命；一方面，氧化铝薄膜可以有效地隔绝导电薄膜与外界的接触，防止水分进入导电薄膜，保持导电薄膜的干燥和稳定，原子层沉积法可以在导电薄膜上形成均匀、平整、无缺陷的氧化铝薄膜，避免形成针孔或裂纹，不易被水分侵蚀或渗透，提高薄膜的密封性和防水性能；另一方面，氧化铝薄膜可以提高复合材料的耐水性能和耐候性能，防止复合材料在水中或潮湿环境中老化或腐蚀；氧化铝具有良好的耐水性能和耐候性能，不易与水或空气中的氧气、二氧化碳等反应，保持复合材料的化学稳定性和物理稳定性。