[发明专利]一种具有电容功能的聚酰亚胺/PEG-b-PE/碳材料复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有电容功能的聚酰亚胺/PEG‑b‑PE/碳材料复合薄膜及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：1）含PEG‑b‑PE改性纳米碳材料的溶液的制备；2）聚酰胺酸溶液的制备；3）将步骤1）和步骤2）的溶液混合，搅拌，消泡，再涂覆在钢板上，干燥，酰亚胺化，得到具有电容功能的聚酰亚胺/碳材料/PEG‑b‑PE复合薄膜。本发明的聚酰亚胺/PEG‑b‑PE/碳材料复合薄膜的电容性能好，比电容在3F/g以上，是纯碳材料掺杂聚酰亚胺薄膜的3倍，且可以根据实际需要调整比电容的大小。本发明的聚酰亚胺/PEG‑b‑PE/碳材料复合薄膜具有优异的耐高温性能、力学性能、耐酸碱腐蚀性能和柔韧性。

技术领域

本发明涉及一种具有电容功能的聚酰亚胺/PEG-b-PE/碳材料复合薄膜及其制备方法。

背景技术

聚合物基导电复合材料具有成型工艺简单、耐热性能优越、耐酸碱腐蚀、力学性能优越等优点，广泛应用于电子电工、微电子、光电子等领域。聚酰亚胺是一种耐热性能非常优异的高强度高模量树脂基体，但由于其电绝缘性高，与各种碳类导电剂之间存在较大界面差异，导致以聚酰亚胺为基体的功能材料在电容器件应用方面受到严重限制。在基体树脂中加入碳材料，能够有效提高复合材料的电容性能。但未经表面改性处理的碳材料，与基体树脂间相容性不好，对复合材料的电容性能改善程度有限。有文献报道采用硫酸、硝酸等强氧化剂改善碳材料的表面特性，使其能与极性树脂基体更好地相容，用以提高复合材料的电容性。此类改性方法是通过强氧化作用使碳材料表面带上各种类型的含氧官能团，但同时也破坏了碳材料的表面结构使碳材料的表面强度下降、电学性能降低，由此制备的复合材料的电容性能并不理想。

本发明采用PEG-b-PE嵌段共聚物作为碳材料表面改性剂，利用PEG-b-PE的双亲性，使PEG-b-PE嵌段共聚物的非极性PE段以炭纤维表面为核生长晶体，牢固地与碳纤维结合在一起，极性PEG段以融化状态覆盖在碳纤维表面，形成极性表层，起到良好的界面改性作用。该方法不破坏碳材料的结构，碳材料可添加比例大大提高、分散性明显改善，复合材料电学性能有显著提升，所制备的聚酰亚胺复合膜具有明显的电容功能。同时，由于聚酰亚胺基体具有优异的耐高低温、耐酸碱腐蚀、耐辐射、阻燃、优良机械性能等特点，该聚酰亚胺复合膜可广泛应用于电子工业、航空航天等对材料具有高要求的领域。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有电容功能的聚酰亚胺/PEG-b-PE/碳材料复合薄膜及其制备方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种具有电容功能的聚酰亚胺/PEG-b-PE/碳材料复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

1)将纳米碳材料分散在溶剂中，加入熔融PEG-b-PE嵌段共聚物，混合均匀，充分反应，得到含PEG-b-PE改性纳米碳材料的溶液；

2)将二元胺单体溶解在溶剂中，加入二元酐单体，在惰性气体保护下，充分反应，得到聚酰胺酸溶液；

3)将含PEG-b-PE改性纳米碳材料的溶液和聚酰胺酸溶液混合，搅拌，消泡，再涂覆在钢板上，干燥，酰亚胺化，得到具有电容功能的聚酰亚胺/碳材料/PEG-b-PE复合薄膜。

步骤1）所述纳米碳材料、PEG-b-PE嵌段共聚物的质量比为1：（0.25～10）。

步骤1）所述纳米碳材料为碳纳米管、石墨烯、纳米碳纤维中的至少一种。

步骤1）所述反应的温度为90～145℃，反应时间为0.5～1.5h。

步骤2）所述二元胺单体、二元酐单体的摩尔比为1:（1.00～1.03）。

步骤2）所述二元胺单体为4，4'-二氨基二苯醚（4，4'-ODA）、3，4'-二氨基二苯醚（3，4'-ODA）、对苯二胺（p-PDA）、间苯二胺（m-PDA）、4，4'-亚甲基二苯胺中的至少一种。