[发明专利]耐电晕多孔氧化铝/聚酰亚胺薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种耐电晕多孔氧化铝/聚酰亚胺薄膜及其制备方法，其包含如下步骤：采用三乙醇胺、异丙醇铝预水解制备氧化铝前驱体，将所述氧化铝前驱体加入KH550硅烷偶联剂溶液中，形成氧化铝前驱体乳液；(3)将乳液和含胺溶液加入均苯四甲酸二酐，制作成聚酰胺酸树脂，得到的聚酰胺酸树脂通过流延工艺形成薄膜，加热，得到耐电晕多孔氧化铝/聚酰亚胺薄膜。本发明得到的薄膜的介电性能和耐电晕性能得到大幅改善，对延长薄膜的寿命提高也有很大的改善。

技术领域

本发明涉及无机与有机复合材料的合成领域，具体地涉及一种聚酰亚胺薄膜的制备方法，更具体地，涉及一种多孔氧化铝/聚酰亚胺薄膜的制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)薄膜具有良好的耐热性能、机械性能、电气性能和耐辐射性能，在电子工业领域和航空航天等领域发挥着十分重要的作用。然而普通PI薄膜的耐电晕性能较差，已经不能满足高压发电机、高压发动机、变频电机等特殊电气设备上的要求。

为了解决PI薄膜耐电晕性能方面的不足，美国杜邦公司在1994年左右相继推出由纳米氧化铝填充的耐电晕PI薄膜系列Kapton CR和kapton FCR。Kapton CR在50Hz交流电、20MV/m的电场强度下，其寿命可超过十万小时，而传统的Kapton 100HN薄膜的寿命只有200h左右。但是由于价格昂贵，且出于高端设备的战略考虑。国内有必要掌握成熟的耐电晕PI薄膜制备技术。

近几十年来，我国已对耐电晕PI薄膜展开了详细研究，已取得一定的成果，研究工作者认为对于聚酰亚胺耐电晕纳米复合材料，影响材料性能的因素有很多。制备工艺、纳米填料的种类、含量、表面化学改性是影响复合材料性能的关键因素。聚酰亚胺耐电晕薄膜的制备工艺主要有原位复合以及溶胶-凝胶法，这两种工艺各有优缺点。原位复合往往需要对纳米填料进行表面化学改性，但无机纳米填料的表面化学改性效果较差，难以提高纳米填料在聚酰亚胺基体中的分散性。然而，其流程简单，工艺成熟，非常适合工业生产。溶胶-凝胶法能够让纳米粒子均匀分散与基体之中，但也存在很多缺点。如需要加入一定量的水和催化剂，这会对聚合物的性能有显著影响；其次是在凝胶干燥过程中，溶剂、小分子、水的挥发可能导致材料内部产生收缩应力，影响材料的力学和机械性能；此外，该方法无法实现对无机颗粒晶型的控制。溶胶-凝胶法工艺在产业化生产上还存在诸多问题。有关纳米填料的种类，除了杜邦公司采用的纳米Al₂O₃以外，纳米SiO₂，纳米TiO₂，纳米ZnO，纳米AlN，蒙脱土(MMT)均可以不同程度提高聚酰亚胺薄膜的耐电晕性能。不同纳米填料协同添加，还可进一步提高薄膜的耐电晕性能(Applied Surface Science 2012，263：30)。

中国专利CN107652680A公开了一种纳米氧化铝改性聚酰亚胺杂化薄膜及其制备方法，包括以下体积配比的组分：联苯四甲酸二酐98-108份，4.4-二氨基二苯醚67-77份，N，N-二甲基乙酰胺600-620份，干燥处理的纳米氧化铝15-25份，然后特定工艺制得纳米氧化铝改性聚酰亚胺杂化薄膜，该方法能够进一步提高共混效果，改性后树脂的热稳定性都有了明显的提升。但是得到的含无机纳米粉体的聚酰亚胺复合材料往往降低了薄膜的力学性能，尤其当纳米粉体分散不均匀时，对于薄膜性能的降低更为显著。

中国专利CN107501549A公开了一种纳米氧化铝掺杂聚酰亚胺薄膜的制备方法，该方法的具体步骤如下:1)、选取适量的均苯四甲酸二酐(PMDA)，4，4'-二胺基二苯醚(ODA)；2)、对选取的材料进行混合，称取一定量预先制备好的铝的纳米氧化物分散液，加入按一定固含量所需的溶剂稀释，经高速搅拌后加入到装有ODA的三口瓶中，搅拌至完全溶解；该纳米氧化铝掺杂聚酰亚胺薄膜的制备方法在溶液混合过程中加入纳米氧化铝颗粒溶液，可以为聚酰亚胺薄膜补强增韧，并且还能显著提高聚酰亚胺薄膜的耐磨性能。

然而，上述加入无机粒子复合的聚酰亚胺薄膜，在提高耐电晕性能的程度有限，并且存在无机粒子分散不均匀等不足。因此亟需开发出一种能显著提升聚酰亚胺薄膜耐电晕性能的制备方法，并且能够达到产业化的要求。