一种聚酰亚胺铝箔复合薄膜及其制备方法和应用与流程

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种聚酰亚胺铝箔复合薄膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、聚酰亚胺(pi)是一类分子链中含有环状酰亚胺基团的高分子聚合物。聚酰亚胺具有耐高温、耐低温、高强度、高抗蠕变、高尺寸稳定、高电绝缘、低介电常数与低损耗、耐腐蚀等优点。但是随着航天航空技术的发展，对耐高温的密封材料提出越来越高的要求，一方面在太空环境中，由于没有大气这一宇宙射线屏蔽层，人造卫星等宇宙飞行器每时每刻都遭受各种宇宙射线、高能粒子、宇宙尘埃、辐射的伤害；而且来自太阳的紫外线、辐射，会加速飞行器元器件材料的老化、分解，使元器件过早失效。宇宙中的高能粒子与太空尘埃的撞击，也会影响飞行器电子设备与电路，会对飞行器元器件造成直接损伤，严重影响飞行器元器件的使用寿命。另一方面，太空是高度真空的环境，卫星向光面温度可高达190℃，而背光面温度可低至-233℃；又如月球表面，昼夜温差极大，白天阳光照射，月表温度可高达123℃，到了晚上，月球外部接近真空的环境，温度可降至-233℃。目前聚酰亚胺已不能满足要求。

2、因此，我们需要一种材料，它既能够隔绝宇宙高能粒子、宇宙尘埃，又能抵御宇宙射线与辐射，还能在-233℃至200℃温度条件下长期使用。

3、在各种金属中，铝金属对于波长从0.1-1.2μm波长范围内的辐射，反射率＞78％，反射率较高而且表现比较稳定。与之对比的金、银、铜三种金属，在辐射波长为0.1-0.5μm之间时，反射率仅为45-50％。聚酰亚胺材料耐低温/耐高温能力强，使用温区较广，这种材料能够在-260℃至280℃环境中长时间使用。因此，聚酰亚胺铝箔复合薄膜，结合了聚酰亚胺与铝箔两种材料的优点，可用于航空航天领域，用作飞行器、月球舱、月球车等表面保护材料。

4、现有技术中给出使用聚酰亚胺与铝箔复合用于航空航天领域的应用实例，例如中国专利申请cn1533886a，公开了一种聚酰亚胺复合铝箔及其制备方法，该复合材料由作为载体的铝箔和作为密封层的聚酰亚胺薄膜构成，所说的铝箔夹在两层聚酰亚胺薄膜之间。该聚酰亚胺复合铝箔的制备方法包括：1)树脂的制备，2)薄膜的浸渍，3)聚酰胺酸的亚胺化等步骤，采用gb/13022-92标准进行测试，其结果表明，在-260至260℃的条件下使用，有较高的机械性能和良好的密封性能，耐辐射，尤其在低温状态下，有足够的强度以及尺寸稳定性能，可作为航天火箭等的体外绝热材料。

5、但是上述聚酰亚胺复合铝箔复合材料受限于聚酰亚胺与铝箔表面能，聚酰亚胺层与铝箔层的结合牢固度不高，在经过拉伸、冲孔、包封等动作时，聚酰亚胺层与铝箔层界面存在因复合膜变形导致局部脱开的风险，进而造成不良影响。

6、因此当前亟需一种铝箔与聚酰亚胺层结合力更强、同时兼具优异机械拉伸性能的聚酰亚胺铝箔复合膜。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术存在的问题，提供了一种聚酰亚胺铝箔复合薄膜及其制备方法和应用，本发明的聚酰亚胺铝箔复合薄膜中，聚酰亚胺层与铝箔粘附紧密，兼具绝缘、隔热、隔绝宇宙尘埃、反射宇宙射线等性能，可用于制备聚酰亚胺多层隔热材料，用于航空航天器外部保护。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供了一种聚酰亚胺铝箔复合薄膜，由铝箔层a、热塑性聚酰亚胺层b、热固性聚酰亚胺层c构成；所述热塑性聚酰亚胺层b包括热塑性聚酰亚胺层b1和热塑性聚酰亚胺层b2，所述热固性聚酰亚胺层c包括热固性聚酰亚胺层c1和热固性聚酰亚胺层c2；所述聚酰亚胺铝箔复合薄膜具有c1-b1-a-b2-c2的结构；

4、优选地，所述热塑性聚酰亚胺层b由二胺单体和二酐单体聚合而成；所述热固性聚酰亚胺层c由二胺单体、二酐单体和辅料聚合而成。

5、优选地，所述铝箔层a的厚度为聚酰亚胺铝箔复合薄膜厚度的1/3-1/2；所述热塑性聚酰亚胺层b的总厚度为聚酰亚胺铝箔复合薄膜厚度的1/20-1/5，热塑性聚酰亚胺层b1和热塑性聚酰亚胺层b2的厚度相同；所述热固性聚酰亚胺层c的总厚度为聚酰亚胺铝箔复合薄膜厚度的3/10-37/60，热固性聚酰亚胺层c1和热固性聚酰亚胺层c2的厚度相同。

6、优选地，所述热塑性聚酰亚胺层b中的二胺单体包括1,3-双(4’-氨基苯氧基)苯、4,4’-二氨基二苯醚和4,4’-二氨基苯酰替苯胺中的至少一种；所述热塑性聚酰亚胺层b中的二酐单体包括4,4’-联苯醚二酐和/或均苯四甲酸二酐。

7、优选地，所述热固性聚酰亚胺层c中的二胺单体包括4,4’-二氨基二苯醚和/或对苯二胺；所述热固性聚酰亚胺层c中的二酐单体为均苯四甲酸二酐；所述热固性聚酰亚胺层c中的辅料为无机填料。

8、优选地，按摩尔当量算，所述1,3-双(4’-氨基苯氧基)苯占二胺单体总量的60％-100％，所述4,4’-二氨基二苯醚占二胺单体总量的0％-30％，所述4,4’-二氨基苯酰替苯胺占二胺单体总量的0％-10％。

9、优选地，按摩尔当量算，所述4,4’-联苯醚二酐占二酐单体总量的70％-100％，均苯四甲酸二酐占二酐单体总量的0％-30％。

10、优选地，按摩尔当量算，所述4,4’-二氨基二苯醚占二胺单体总量的50％-100％，对苯二胺占二胺单体总量的0％-50％。

11、优选地，所述无机填料包括二氧化硅、二氧化钛、硫化锌、碳酸钙、碳酸氢钙、磷酸钙、磷酸氢钙、硫酸钙和氧化铝中的一种或多种；所述无机填料的粒径范围为0.1-10μm，无机填料添加量为热固性聚酰亚胺层重量的0.1％-2％。

12、本发明还提供了一种上述聚酰亚胺铝箔复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

13、s1、制备热塑性聚酰胺酸树脂作为热塑性聚酰亚胺层b的前驱体；

14、s2、制备热固性聚酰胺酸树脂作为热固性聚酰亚胺层c的前驱体；

15、s3、在铝箔两面浸渍热塑性聚酰胺酸树脂，低温固化得到热塑性聚酰亚胺层b1和热塑性聚酰亚胺层b2；

16、s4、分别在热塑性聚酰亚胺层b1和热塑性聚酰亚胺层b2浸渍热固性聚酰胺酸树脂，低温固化、高温亚胺化后即得所述的聚酰亚胺铝箔复合薄膜。

17、优选地，所述热塑性聚酰胺酸树脂和热固性聚酰胺酸树脂的制备中用到溶剂，所述溶剂为n,n-二甲基乙酰胺和/或n-甲基吡咯烷酮。

18、优选地，上述制备方法还包括填料分散液的制备步骤。

19、具体地，向无机填料中加入溶剂高速剪切搅拌均匀，然后加入偶联剂和分散剂制备成固含量为5％-30％的浆料，所述的溶剂为n,n-二甲基乙酰胺和/或n-甲基吡咯烷酮。

20、优选地，步骤s3所述低温固化的条件为：温度70℃-150℃，时间3-30min。

21、优选地，步骤s4所述低温固化的条件为：温度70℃-150℃，时间5-30min。

22、优选地，步骤s4所述高温亚胺化的条件为：温度180-450℃，分段阶梯升温；亚胺化的时间30-180min。

23、本发明还提供了一种上述的聚酰亚胺铝箔复合薄膜在航空航天器外包装与保护材料中的应用。

24、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

25、本发明的聚酰亚胺铝箔复合薄膜兼具绝缘、隔热、隔绝宇宙尘埃、反射宇宙射线等性能，聚酰亚胺层与铝箔层间具备高粘附力，很难分离；聚酰亚胺铝箔复合薄膜的延伸率高、聚酰亚胺与铝箔层的剥离力高，整体性强，下游客户使用时，切割/拼接工序稳定性更好、使用安全性更高。