一种耐高温绝缘聚间苯二甲酰间苯二胺/蒙脱土纳米复合薄膜的制备方法

摘要

本发明涉及一种耐高温绝缘聚间苯二甲酰间苯二胺/蒙脱土纳米复合薄膜的制备方法，包括：将季铵盐改性蒙脱土加入溶剂中超声分散，然后加入PMIA浆液中进行溶液插层共混得到混合溶液；然后在氮气气氛下涂覆，经真空阶梯升温干燥成膜，冷却，脱膜，再次真空干燥，然后再清洗除盐，真空干燥，得到耐高温绝缘PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜。本发明采用溶液插层共混法得到共混溶液作为涂膜液，采用独特的阶梯式干燥工艺以及简便易行的除盐工艺得到PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜，进一步提高了PMIA薄膜的热稳定性、力学性能和绝缘性，方便实用，节省原料和成本，并且易于实现工业化生产，可用于电气绝缘领域以及各种高温防护领域。

说明书

技术领域

本发明属于高温绝缘及防护材料技术领域，特别涉及一种耐高温绝缘聚间苯二甲酰间苯二胺/蒙脱土纳米复合薄膜的制备方法。

背景技术

随着科技的快速发展，电子电工行业对器件要求越来越高，希望有更多的耐高温、高强度、绝缘性好的薄膜材料可以选择，以降低生产成本，扩大应用范围。聚间苯二甲酰间苯二胺PMIA是酰胺基团和间位苯基相连，构成柔性大分子，分子间含有大量氢键，这种结构决定了其具有优异的耐高、低温性，良好的绝缘性以及较好的机械性能，是制备耐高温绝缘薄膜的潜力材料。

蒙脱土是一种膨胀型层状硅酸盐，具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换性特性，经季铵盐改性好的蒙脱土具有良好的分散性，将其作为添加剂加入到聚合物中可提聚合物的机械性能、尺寸稳定性、气体阻隔性和绝缘性。

目前，聚间苯二甲酰间苯二胺的制品形式主要有纤维和绝缘纸，而并无薄膜制品。对于高温绝缘薄膜研究最多的是聚酰亚胺薄膜，但其成本较高，为满足对高温绝缘薄膜越来越多的不同需求，则需要寻求新的高温绝缘薄膜材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种耐高温绝缘聚间苯二甲酰间苯二胺/蒙脱土纳米复合薄膜的制备方法，蒙脱土改性后聚间苯二甲酰间苯二胺/蒙脱土纳米复合薄膜的热力学性质和电绝缘性进一步提高，能够作为高温绝缘材料。

本发明的一种耐高温绝缘聚间苯二甲酰间苯二胺/蒙脱土纳米复合薄膜的制备方法，包括：

(1)将季铵盐改性蒙脱土加入溶剂中，超声分散，得到季铵盐改性蒙脱土超声分散液，然后加入聚间苯二甲酰间苯二胺PMIA浆液中机械搅拌，进行溶液插层共混，得到混合溶液；其中混合溶液中季铵盐改性蒙脱土的质量占PMIA质量的0.1～10％；

(2)将步骤(1)得到的混合溶液进行真空脱泡处理，然后在氮气气氛下涂覆在成型基板上，真空阶梯升温干燥成膜，然后冷却至室温脱膜，再次真空干燥，得到PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜；

(3)将步骤(2)得到的PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜清洗除盐，真空干燥，得到耐高温绝缘PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜。

所述步骤(1)中的季铵盐为十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基三甲基溴化铵。

所述步骤(1)中的溶剂为N-N二甲基乙酰胺。

所述步骤(1)中的PMIA浆液的比浓对数黏度为1.3～3.0dL/g。

所述步骤(1)中的PMIA浆液中聚合物含量为7～50％，盐含量为0～4％。

所述步骤(1)中超声分散的工艺参数为：超声时间为30～120min，超声温度20～60℃。

所述步骤(1)中机械搅拌的转速为100～500r/min。

所述步骤(1)中溶液插层共混的工艺参数为：共混温度为10～80℃，共混时间2～48h。

所述步骤(2)中的真空脱泡处理的时间为0.1～24h。

所述步骤(2)中涂覆厚度为40～500μm。

所述步骤(2)中的真空阶梯升温干燥的工艺参数为：余压10～150mmHg的真空条件下，阶梯升温的起始温度为60～80℃，终止温度为140～160℃，每个温度下保持0.1～2h，干燥时间为0.5～48h，优选时间为10～15h。真空阶梯升温干燥的目的是为了除去涂膜液中的溶剂。

所述步骤(2)中的再次真空干燥的工艺参数为：余压10～150mmHg的真空条件下，干燥温度为100～160℃，干燥时间为1～10h。再次真空干燥的目的为彻底除去薄膜中残余的溶剂。

所述步骤(3)中清洗除盐的工艺参数为：将薄膜置于水槽中，水槽温度30～90℃，除盐时间为2～48h。清洗除盐也进一步提高了薄膜的热稳定性、力学性能和电绝缘性。

所述步骤(3)中真空干燥的工艺参数为：余压10～150mmHg的真空条件下，干燥温度为60～100℃，干燥时间为0.1～1h。

有益效果

(1)本发明将用季铵盐改性好的蒙脱土与PMIA浆液采用溶液插层共混法得到共混溶液，作为涂膜液，采用独特的阶梯式干燥工艺以及简便易行的除盐工艺得到PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜，进一步提高了PMIA薄膜的热稳定性、力学性能和绝缘性，方便实用，节省原料和成本，并且易于实现工业化生产。

(2)本发明得到的耐高温绝缘聚间苯二甲酰间苯二胺/蒙脱土纳米复合薄膜在氮气气氛下的热分解温度≥435℃，900℃时的残余质量≥50％，断裂强度≥100MPa，断裂伸长率≥110％，介电强度≥100Kv/mm，介电常数≤3.0，薄膜的纵横向热膨胀系数CTE均≤10ppm/℃，断裂强度≥300MPa。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

(1)称取0.041g季铵盐改性好的蒙脱土加入N-N二甲基乙酰胺中，30℃下超声分散30min，得到季铵盐改性蒙脱土超声分散液，然后缓慢加入42.41g比浓对数黏度为2.0dL/g，固含量为19.5％的聚间苯二甲酰间苯二胺浆液，在转速为300r/min的机械搅拌作用下进行溶液插层共混，70℃共混5h，得到混合溶液。其中所述加入季铵盐改性蒙脱土的质量占聚间苯二甲酰间苯二胺质量的0.5％。

(2)将步骤(1)得到的混合溶液进行真空脱泡处理12h，然后在氮气气氛下用涂膜器涂覆到洁净干燥的玻璃基板上，并用涂膜器控制涂覆层的厚度为200μm，在余压100mmHg的真空条件下于80℃、100℃、120℃、140℃、160℃连续阶梯升温除溶剂，期间每个温度下保持2h，成膜，然后降温冷却至室温，将薄膜从玻璃板上揭下来，再次在余压100mmHg的真空条件下，160℃干燥4h，以进一步除去薄膜中的残余溶剂，得到PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜。

(3)将步骤(2)得到的PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜清洗除盐，置于温度为90℃的水槽中除盐时间为12h，然后将除盐后的薄膜于余压100mmHg的真空条件下，100℃烘0.5h，以除去薄膜中的水分得到耐高温绝缘PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜。

本实施例得到的耐高温绝缘PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜的厚度为21μm；拉伸强度为120MPa，击穿电压强度为125.69Kv/mm，热膨胀系数为9.97ppm/℃。

实施例2

(1)称取0.43g季铵盐改性好的蒙脱土加入N-N二甲基乙酰胺中，30℃下超声分散40min，得到季铵盐改性蒙脱土超声分散液，然后缓慢加入43.41g比浓对数黏度为2.0dL/g，固含量为20％的聚间苯二甲酰间苯二胺浆液，在转速为300r/min的机械搅拌作用下进行溶液插层共混，70℃共混5h，得到混合溶液。其中所述加入季铵盐改性蒙脱土的质量占聚间苯二甲酰间苯二胺质量的5％。

(2)将步骤(1)得到的混合溶液进行真空脱泡处理12h，然后在氮气气氛下用涂膜器涂覆到洁净干燥的玻璃基板上，并用涂膜器控制涂覆层的厚度为200μm，在余压100mmHg的真空条件下于80℃、100℃、120℃、140℃、160℃连续阶梯升温除溶剂，期间每个温度下保持2h，成膜，然后降温冷却至室温，将薄膜从玻璃板上揭下来，再次在余压100mmHg的真空条件下，160℃干燥4h，以进一步除去薄膜中的残余溶剂，得到PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜。

(3)将步骤(2)得到的PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜清洗除盐，置于温度为70℃的水槽中除盐时间为24h，然后将除盐后的薄膜于余压100mmHg的真空条件下，100℃烘0.5h，以除去薄膜中的水分得到耐高温绝缘PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜。

本实施例得到的耐高温绝缘PMIA/蒙脱土纳米复合薄膜的厚度为24μm，拉伸强度为130MPa，热膨胀系数为9.52ppm/℃，击穿电压强度为130.21Kv/mm。