[发明专利]聚酰亚胺/二氧化硅复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子材料技术领域，公开了一种聚酰亚胺/二氧化硅复合材料的制备方法以及由该方法制备的材料，该方法包括：将聚酰亚胺基体与碱液接触，得到经碱液处理的聚酰亚胺基体；将含有硅源的分散液置于反应器中，将经碱液处理的聚酰亚胺基体置于所述分散液上方，密闭反应器，将分散液的温度升高至反应温度为100‑160℃，并保持2‑24小时；将得到的聚酰亚胺基体进行热处理。根据本发明的聚酰亚胺/二氧化硅复合材料的制备方法，在聚酰亚胺薄膜和具有大的比表面积的聚酰亚胺纤维、纳米纤维膜等基体材料的表面均能形成均匀生长的二氧化硅层，不仅保持了聚酰亚胺材料本身的力学性能，而且有利于提高聚酰亚胺材料表面的抗原子氧能力。

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺/二氧化硅复合材料的制备方法，本发明还涉及由该方法制备的聚酰亚胺/二氧化硅复合材料。

背景技术

聚酰亚胺材料以其独特的芳杂环刚性结构，具有优异的耐高温性能、力学性能、绝缘性能和耐腐蚀、耐辐照等性能特点。高性能聚酰亚胺广泛运用于航空航天领域，在空间飞行器中用作多层热绝缘毯、太阳能电池阵列的柔性基板以及电路系统的绝缘保护层等，通常在低空间轨道环境中，材料表面受原子氧氧化和腐蚀，产生明显的剥蚀和性能退化，最终影响材料性能和寿命。材料空间性能的研究主要集中在有机聚合物的抗原子氧性能的研究和改性上，如何在聚合物表面进行处理以增加接触空间表面对原子氧的抵抗力是目前解决聚合物材料免受空间原子氧损害的最主要的途径。其中，制备二氧化硅涂层是常用的防护方法之一，即在容易受到原子氧剥蚀的材料表面包覆上一层不容易与原子氧发生反应的二氧化硅保护层，导致气体原子氧不能穿过保护层进入聚合物表面与碳元素反应，实现抗原子氧的效果。

目前，聚酰亚胺的抗原子氧改性研究主要是采用浸渍提拉法制备二氧化硅涂层的聚酰亚胺薄膜，也有采用原位聚合法或者共混的方法制备聚酰亚胺/二氧化硅杂化材料的研究，前种方法难以控制二氧化硅涂层的厚度导致涂层易脱落，而原位聚合法制备含有硅源的聚酰胺酸前驱体，则会在一定程度上影响材料本体的力学性能。由于聚酰亚胺纤维应用推广时间短，其抗原子氧表面改性研究相对较少，因纤维特殊的丝束大、单丝直径小的物理形貌特点，比表面积大，没有平整大面积的表面区，使其难于实现均匀的覆盖完整的表面改性涂层。同时，包括在聚酰亚胺纳米纤维膜、毛毡等具有大比表面积的基体材料上包覆二氧化硅都存在困难，因此，急需一种有效对不同形态的聚酰亚胺材料进行表面二氧化硅涂层包覆，以提高其抗原子氧能力的方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的在大比表面积的基体材料上包覆二氧化硅存在困难的问题，提供一种聚酰亚胺/二氧化硅复合材料的制备方法及其制备的材料。

为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种聚酰亚胺/二氧化硅复合材料的制备方法，其中，该方法包括以下步骤：

(1)将聚酰亚胺基体与碱液接触，得到经碱液处理的聚酰亚胺基体；

(2)将含有硅源的分散液置于反应器中，将经碱液处理的聚酰亚胺基体置于所述分散液上方，密闭反应器，将分散液的温度升高至反应温度为100-160℃，并在所述反应温度下保持2-24小时；

(3)将步骤(2)得到的聚酰亚胺基体进行热处理。

本发明第二方面提供由本发明第一方面所述的制备方法制备的聚酰亚胺/二氧化硅复合材料，该复合材料含有聚酰亚胺基体以及附着在所述聚酰亚胺基体表面的二氧化硅颗粒。

根据本发明的聚酰亚胺/二氧化硅复合材料的制备方法，在聚酰亚胺薄膜和具有大的比表面积的聚酰亚胺纤维、纳米纤维膜等基体材料的表面均能形成均匀生长的二氧化硅层，不仅保持了聚酰亚胺材料本身的力学性能，而且有利于提高聚酰亚胺材料表面的抗原子氧能力。

附图说明

图1a是实施例1中未做任何处理的作为原料的聚酰亚胺纤维、碱液刻蚀后的聚酰亚胺纤维以及获得的聚酰亚胺纤维/二氧化硅复合材料A1的红外谱图；