CN103804704B - 一种聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜 - Google Patents
一种聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜，该聚酰亚胺复合导电薄膜包括乙炔黑和石墨粉混合上层、聚酰亚胺中间层、纳米碳管下层；该聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法包括以下步骤：制取聚酰亚胺溶液、生成中间层、配制乙炔黑和石墨粉混合胶液、结合生成上层、去污半干化、制备纳米碳管、结合生成下层、干燥成品，制备聚酰亚胺复合导电薄膜。本发明设置乙炔黑和石墨粉混合上层，使导电性大大增强，采用低廉的原料制造，降低了生产成本；设置纳米碳管下层，增强了机械性和伸展性；制备方法简单，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明属于复合导电薄膜技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜。
背景技术
聚酰亚胺由于高温下性能优越成为最具潜力的耐高温材料，20世纪60年代最早开发的热塑性聚酰亚胺在具有优异性能的同时，难于加工和制造成本高限制了其应用。70年代，NASA和中国科学院化学所等单位开展了PMR热固性聚酰亚胺树脂的研究工作，制备的纤维增强导电复合材料在310℃～320℃的高温下具有优异的力学性能，已成功用于航空航天飞行器部件的制造，但是空间飞行器更高的飞行速度、更远的飞行距离、更高的有效载荷等要求的实现，主要依赖于更高使用温度的先进导电复合材料的应用。目前，传统的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜存在制作过程复杂、导电效果和机械性差的问题。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜，旨在解决传统的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜存在制作过程复杂、导电效果和机械性差的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法，该聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚按照体积比在1:3-1:4之间的比例加入到极强性溶剂二甲基乙酰胺中，进行超声搅拌，使有机溶剂能够均匀和混合，从而进行反应生成聚酰亚胺溶液；
步骤二，利用消泡机将聚酰亚胺溶液泡沫消去，经流涎装置进行压膜，形成1-4mm厚，且厚度均匀的液膜，将液膜经过梯形升温、高温干燥后蒸发成为固体的聚酰亚胺薄膜；
步骤三，将重量比为1：1-3:2的乙炔黑和石墨粉的混合粉末加入到溶剂中生成混合溶液，利用超声波进行分散处理，形成乙炔黑和石墨粉混合胶液；
步骤四，将乙炔黑和石墨粉混合胶液涂刷在聚酰亚胺薄膜的上部，经过加热处理结合生成为乙炔黑和石墨粉混合上层；
步骤五，对乙炔黑和石墨粉混合上层和聚酰亚胺中间层进行清洗，除去多余的杂质，并进行半干化处理，形成固液共存的状态；
步骤六，制备出准直的单壁纳米碳管后用浓硝酸和浓硫酸去除杂质，对单壁纳米碳管进行氧化，得到外修饰单壁纳米碳管；
步骤七，将单壁纳米碳管直接接触半干化的聚酰亚胺中间层，使单壁纳米碳管与聚酰亚胺中间层聚合，利用拉伸机沿一个方向重复拉伸，促使纳米碳管在聚酰亚胺中间层上沿拉伸方向排列，得到均匀分散且定向排列的纳米碳管下层；
步骤八，将半干化的聚酰亚胺复合导电薄膜用无水乙醇冲洗干净并烘干处理后得到聚酰亚胺复合导电薄膜。
进一步，在步骤一中，超声搅拌时的温度控制在15℃～30℃；超声波频率为20KHz～100KHz；搅拌时间为15min～60min。
进一步，在步骤二的阶梯升温过程中控制升温速率为2～5℃/min；先升温到80℃～120℃恒温30min～90min；再升温到180℃～220℃恒温30min～90min；最后升温到280℃～380℃恒温30min～90min。
进一步，在步骤五中的半干化处理的具体方法为：均匀加入生石灰粉，在水和反应作用下加温至60℃以上、pH值呈碱性状态，从而使致命微生物得到有效去除。
进一步，步骤六的具体方法为：采用阳极电弧等离子法制备出准直的单壁纳米碳管，用浓硝酸和浓硫酸，体积分数比为3∶1，在80℃处理1h以去除杂质，对单壁纳米碳管进行氧化，得到外修饰单壁纳米碳管，在外壁上产生烷基、羧基、羰基。
进一步，步骤七的具体方法为：采用聚合法将单壁纳米碳管直接接触半干化的聚酰亚胺中间层，将混合物在150℃时加热30min，使单壁纳米碳管与聚酰亚胺中间层聚合，在室温下冷却至半小时后，利用拉伸机沿一个方向重复拉伸100次，促使纳米碳管在聚酰亚胺中间层上沿拉伸方向排列，得到均匀分散且定向排列的纳米碳管下层。
本发明实施例的另一目的在于提供一种聚酰亚胺复合导电薄膜，该聚酰亚胺复合导电薄膜包括：乙炔黑和石墨粉混合上层、聚酰亚胺中间层、纳米碳管下层；
乙炔黑和石墨粉混合上层设置在聚酰亚胺中间层的上面，聚酰亚胺中间层设置在纳米碳管下层的上面，纳米碳管下层设置在聚酰亚胺复合导电薄膜的最底部。
进一步，乙炔黑和石墨粉混合上层采用乙炔黑和石墨粉的混合粉末制成。
进一步，聚酰亚胺中间层采用均苯四甲酸二酐、二氨基二苯醚和极强性溶剂二甲基乙酰胺制成。
进一步，纳米碳管下层采用单壁纳米碳管制成。
本发明提供的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜，设置乙炔黑和石墨粉混合上层，使导电性大大增强，采用低廉的原料制造，降低了生产成本；设置纳米碳管下层，增强了机械性和伸展性；制备方法简单，提高了生产效率。本发明的结构简单，操作方便，较好的解决了传统的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法及导电薄膜存在制作过程复杂、导电效果和机械性差的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的聚酰亚胺复合导电薄膜的结构示意图；
图中：1、乙炔黑和石墨粉混合上层；2、聚酰亚胺中间层；3、纳米碳管下层；
图2是本发明实施例提供的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1所示，本发明实施例的聚酰亚胺复合导电薄膜主要由乙炔黑和石墨粉混合上层1、聚酰亚胺中间层2、纳米碳管下层3组成；
乙炔黑和石墨粉混合上层1设置在聚酰亚胺中间层2的上面，聚酰亚胺中间层2设置在纳米碳管下层3的上面，纳米碳管下层3设置在聚酰亚胺复合导电薄膜的最底部；
乙炔黑和石墨粉混合上层1采用乙炔黑和石墨粉的混合粉末制成；聚酰亚胺中间层2采用均苯四甲酸二酐(PMDA)、二氨基二苯醚(ODA)和极强性溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)制成；纳米碳管下层3采用单壁纳米碳管制成。
如图2所示，本发明实施例的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法包括以下步骤：
S201，将苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚按照体积比在1:3-1:4之间的比例加入到极强性溶剂二甲基乙酰胺中，进行超声搅拌，使有机溶剂能够均匀和混合，从而进行反应生成聚酰亚胺溶液；
S202，利用消泡机将聚酰亚胺溶液泡沫消去，经流涎装置进行压膜，形成1-4mm厚，且厚度均匀的液膜，将液膜经过梯形升温、高温干燥后蒸发成为固体的聚酰亚胺薄膜；
S203，将重量比为1：1-3:2的乙炔黑和石墨粉的混合粉末加入到溶剂中生成混合溶液，利用超声波进行分散处理，形成乙炔黑和石墨粉混合胶液；
S204，将乙炔黑和石墨粉混合胶液涂刷在聚酰亚胺薄膜的上部，经过加热处理结合生成为乙炔黑和石墨粉混合上层；
S205，对乙炔黑和石墨粉混合上层和聚酰亚胺中间层进行清洗，除去多余的杂质，并进行半干化处理，形成固液共存的状态；
S206，制备出准直的单壁纳米碳管后用浓硝酸和浓硫酸去除杂质，对单壁纳米碳管进行氧化，得到外修饰单壁纳米碳管；
S207，将单壁纳米碳管直接接触半干化的聚酰亚胺中间层，使单壁纳米碳管与聚酰亚胺中间层聚合，利用拉伸机沿一个方向重复拉伸，促使纳米碳管在聚酰亚胺中间层上沿拉伸方向排列，得到均匀分散且定向排列的纳米碳管下层；
S208，将半干化的聚酰亚胺复合导电薄膜用无水乙醇冲洗干净并烘干处理后得到聚酰亚胺复合导电薄膜。
进一步，在S201中，超声搅拌时的温度控制在15℃～30℃；超声波频率为20KHz～100KHz；搅拌时间为15min～60min。
进一步，在S202的阶梯升温过程中控制升温速率为2～5℃/min；先升温到80℃～120℃恒温30min～90min；再升温到180℃～220℃恒温30min～90min；最后升温到280℃～380℃恒温30min～90min。
进一步，在S205中的半干化处理的具体方法为：均匀加入生石灰粉，在水和反应作用下加温至60℃以上、pH值呈碱性状态，从而使致命微生物得到有效去除。
进一步，S206的具体方法为：采用阳极电弧等离子法制备出准直的单壁纳米碳管，用浓硝酸和浓硫酸，体积分数比为3∶1，在80℃处理1h以去除杂质，对单壁纳米碳管进行氧化，得到外修饰单壁纳米碳管，在外壁上产生烷基、羧基、羰基。
进一步，S207的具体方法为：采用聚合法将单壁纳米碳管直接接触半干化的聚酰亚胺中间层，将混合物在150℃时加热30min，使单壁纳米碳管与聚酰亚胺中间层聚合，在室温下冷却至半小时后，利用拉伸机沿一个方向重复拉伸100次，促使纳米碳管在聚酰亚胺中间层上沿拉伸方向排列，得到均匀分散且定向排列的纳米碳管下层。
本发明提供的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法，该聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法包括以下步骤：将苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚按照体积比在1:3-1:4之间的比例加入到极强性溶剂二甲基乙酰胺中，进行超声搅拌，使有机溶剂能够均匀和混合，从而进行反应生成聚酰亚胺溶液；利用消泡机将聚酰亚胺溶液泡沫消去，经流涎装置进行压膜，形成1-4mm厚，且厚度均匀的液膜，将液膜经过梯形升温、高温干燥后蒸发成为固体的聚酰亚胺薄膜；将重量比为1：1-3:2的乙炔黑和石墨粉的混合粉末加入到溶剂中生成混合溶液，利用超声波进行分散处理，形成乙炔黑和石墨粉混合胶液；将乙炔黑和石墨粉混合胶液涂刷在聚酰亚胺薄膜的上部，经过加热处理结合生成为乙炔黑和石墨粉混合上层；对乙炔黑和石墨粉混合上层和聚酰亚胺中间层进行清洗，除去多余的杂质，并进行半干化处理，形成固液共存的状态；制备出准直的单壁纳米碳管后用浓硝酸和浓硫酸去除杂质，对单壁纳米碳管进行氧化，得到外修饰单壁纳米碳管；将单壁纳米碳管直接接触半干化的聚酰亚胺中间层，使单壁纳米碳管与聚酰亚胺中间层聚合，利用拉伸机沿一个方向重复拉伸，促使纳米碳管在聚酰亚胺中间层上沿拉伸方向排列，得到均匀分散且定向排列的纳米碳管下层；将半干化的聚酰亚胺复合导电薄膜用无水乙醇冲洗干净并烘干处理后得到聚酰亚胺复合导电薄膜。
本发明还提供了一种聚酰亚胺复合导电薄膜，该聚酰亚胺复合导电薄膜包括：乙炔黑和石墨粉混合上层、聚酰亚胺中间层、纳米碳管下层；乙炔黑和石墨粉混合上层设置在聚酰亚胺中间层的上面，聚酰亚胺中间层设置在纳米碳管下层的上面，纳米碳管下层设置在聚酰亚胺复合导电薄膜的最底部。
本发明通过制取聚酰亚胺溶液、生成中间层、配制乙炔黑和石墨粉混合胶液、结合生成上层、去污半干化、制备纳米碳管、结合生成下层、干燥成品，制备聚酰亚胺复合导电薄膜，降低了生产成本，增强了机械性和伸展性；制备方法简单，提高了生产效率。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，该聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法包括以下步骤：
步骤一，将苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚按照体积比在1:3-1:4之间的比例加入到溶剂二甲基乙酰胺中，进行超声搅拌，使有机溶剂能够均匀和混合，从而进行反应生成聚酰亚胺溶液；
步骤二，利用消泡机将聚酰亚胺溶液泡沫消去，经流涎装置进行压膜，形成1-4mm厚，且厚度均匀的液膜，将液膜经过梯形升温、高温干燥后蒸发成为固体的聚酰亚胺薄膜；
步骤三，将重量比为1：1-3:2的乙炔黑和石墨粉的混合粉末加入到溶剂中生成混合溶液，利用超声波进行分散处理，形成乙炔黑和石墨粉混合胶液；
步骤四，将乙炔黑和石墨粉混合胶液涂刷在聚酰亚胺薄膜的上部，经过加热处理结合生成为乙炔黑和石墨粉混合上层；
步骤五，对乙炔黑和石墨粉混合上层和聚酰亚胺中间层进行清洗，除去多余的杂质，并进行半干化处理，形成固液共存的状态；
步骤六，制备出准直的单壁纳米碳管后用浓硝酸和浓硫酸去除杂质，对单壁纳米碳管进行氧化，得到外修饰单壁纳米碳管；
步骤七，将单壁纳米碳管直接接触半干化的聚酰亚胺中间层，使单壁纳米碳管与聚酰亚胺中间层聚合，利用拉伸机沿一个方向重复拉伸，促使纳米碳管在聚酰亚胺中间层上沿拉伸方向排列，得到均匀分散且定向排列的纳米碳管下层；
步骤八，将半干化的聚酰亚胺复合导电薄膜用无水乙醇冲洗干净并烘干处理后得到聚酰亚胺复合导电薄膜。
2.如权利要求1所述的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤一中，超声搅拌时的温度控制在15℃～30℃；超声波频率为20KHz～100KHz；搅拌时间为15min～60min。
3.如权利要求1所述的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤二的阶梯升温过程中控制升温速率为2～5℃/min；先升温到80℃～120℃恒温30min～90min；再升温到180℃～220℃恒温30min～90min；最后升温到280℃～380℃恒温30min～90min。
4.如权利要求1所述的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤五中的半干化处理的具体方法为：均匀加入生石灰粉，在水和反应作用下加温至60℃以上、pH值呈碱性状态，从而使致命微生物得到有效去除。
5.如权利要求1所述的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤六的具体方法为：采用阳极电弧等离子法制备出准直的单壁纳米碳管，用浓硝酸和浓硫酸，体积分数比为3∶1，在80℃处理1h以去除杂质，对单壁纳米碳管进行氧化，得到外修饰单壁纳米碳管，在外壁上产生烷基、羧基、羰基。
6.如权利要求1所述的聚酰亚胺复合导电薄膜的制备方法，其特征在于，步骤七的具体方法为：采用聚合法将单壁纳米碳管直接接触半干化的聚酰亚胺中间层，将混合物在150℃时加热30min，使单壁纳米碳管与聚酰亚胺中间层聚合，在室温下冷却至半小时后，利用拉伸机沿一个方向重复拉伸100次，促使纳米碳管在聚酰亚胺中间层上沿拉伸方向排列，得到均匀分散且定向排列的纳米碳管下层。
7.一种聚酰亚胺复合导电薄膜，其特征在于，该聚酰亚胺复合导电薄膜包括：乙炔黑和石墨粉混合上层、聚酰亚胺中间层、纳米碳管下层；
乙炔黑和石墨粉混合上层设置在聚酰亚胺中间层的上面，聚酰亚胺中间层设置在纳米碳管下层的上面，纳米碳管下层设置在聚酰亚胺复合导电薄膜的最底部。
8.如权利要求7所述的聚酰亚胺复合导电薄膜，其特征在于，乙炔黑和石墨粉混合上层采用乙炔黑和石墨粉的混合粉末制成。
9.如权利要求7所述的聚酰亚胺复合导电薄膜，其特征在于，聚酰亚胺中间层采用均苯四甲酸二酐、二氨基二苯醚和溶剂二甲基乙酰胺制成。
10.如权利要求7所述的聚酰亚胺复合导电薄膜，其特征在于，纳米碳管下层采用单壁纳米碳管制成。
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