CN117683351A - 一种聚酰亚胺基复合电介质薄膜及其制备方法和在电气绝缘中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚酰亚胺基复合电介质薄膜及其制备方法和在电气绝缘中的应用，属于聚酰亚胺基改性复合材料及其制备技术领域。本发明解决了现有聚酰亚胺电介质材料本征绝缘特性较差的技术问题。本发明通过向聚酰亚胺分子链上引入大体积基团芴和金属氧化铝团簇(‑AOC)，制备了具有高击穿场强的聚酰亚胺薄膜材料，该聚酰亚胺介质材料在室温下的直流击穿场强为672.2MV/m，比传统选用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的聚酰亚胺介质材料提高了54.6％，在150℃下的直流击穿场强为651.9MV/m，比传统选用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的聚酰亚胺介质材料提高了56.9％。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺基复合电介质薄膜及其制备方法和在电气绝缘中的应用，属于聚酰亚胺基改性复合材料及其制备技术领域。
背景技术
在新能源汽车的驱动电机中，电机由于结构原因会导致气隙电场强度不均匀且R角处电场集中，除此之外，绕组内部结构紧凑，热量难以及时传导出去导致热量积累，在多种因素的共同作用下，容易造成电机绝缘失效。近年来，随着新能源汽车驱动电机的广泛应用，对电机绝缘系统提出了更高的要求。
聚酰亚胺(PI)是一种应用广泛且具有良好性能的优秀工程塑料，由于其具有芳香杂环结构，所以聚酰亚胺具有优异的机械性能、电气性能、耐辐射性、电绝缘性能以及化学稳定性。近年来，随着科技的进步以及动车、轮船等交通方式的不断便利，驱动电机的电压等级也随之提高，聚酰亚胺在绝缘系统中的重要性日益突出，所以制备具有良好绝缘性能的聚酰亚胺复合薄膜对社会的发展具有重要意义。
目前针对聚酰亚胺本征绝缘性能较差的问题，大多数的研究是采用无机物作为填料引入聚合物基体中合成无机/聚合物复合材料，但是无机纳米粒子比表面积大，高质量分数无机填料的引入会导致无机粒子团聚等问题，使得材料内部产生载流子陷阱或缺陷，导致能量损耗的增加，使得复合材料击穿场强降低，从而导致设备绝缘失效。所以，目前技术当中，从聚酰亚胺分子结构入手，从本征结构上优化其绝缘性能成为重要的研究热点。
因此，针对聚酰亚胺电介质材料，如何设计本征上具有优异绝缘特性的聚酰亚胺基复合介质材料成为现有的技术难题。
发明内容
本发明为了解决现有聚酰亚胺电介质材料本征绝缘特性较差的技术问题，提供一种聚酰亚胺基复合电介质薄膜及其制备方法和在电气绝缘中的应用，尤其是在聚酰亚胺本征改性技术中的应用。
本发明的技术方案：
本发明的目的之一是提供一种聚酰亚胺基复合电介质薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)使用二胺和二酐缩聚制备胶液；
所述二胺包括含芴基二胺；
(2)向胶液中滴加仲丁醇铝，真空条件下搅拌，得到改性胶液；
(3)采用涂布方法利用改性胶液制备湿膜，湿膜经红外灯辐照后进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺基复合电介质薄膜。
进一步限定，(1)的具体操作过程为：将二胺加入到有机溶剂中，搅拌使其完全溶解，然后加入二酐，在真空条件下经缩聚反应，得到胶液(fPAA)。
进一步限定，二胺由9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴和二氨基二苯醚按照摩尔比为1：(1～50)。
更进一步限定，二胺由9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴和二氨基二苯醚按照摩尔比为1:(9～36)。
进一步限定，二酐为均苯四甲酸酐。
进一步限定，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或多种以任意比例混合。
更进一步限定，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。
进一步限定，(1)中缩聚反应温度为-10℃～40℃，时间为6h～24h。
更进一步限定，(1)中缩聚反应温度为-5℃～10℃，时间为6h～24h。
进一步限定，(1)中二胺和二酐的摩尔比为1:1.02～1.08。
更进一步限定，(1)中二胺和二酐的摩尔比为1:1.02～1.04。
进一步限定，二胺和二酐在缩聚反应体系中的质量分数均为12％～35％。
进一步限定，(2)的具体操作过程为：将仲丁醇铝按一定体积分数滴加到胶液中，得到改性胶液(fPAA-AOC)。
进一步限定，(2)的改性胶液中仲丁醇铝的体积分数为0.5vol％～2vol％。
更进一步限定，(2)的改性胶液中仲丁醇铝的体积分数为0.75vol％～1.5vol％。
进一步限定，(1)和(2)中真空条件采用阶梯真空方式实现，具体的阶梯真空的每段真空度梯度间隔为1pa～5pa，真空速率为1pa/min～2pa/min，每段恒定真空时间为30min～180min。
更进一步限定，(1)和(2)中真空条件采用阶梯真空方式实现，具体的阶梯真空的每段真空度梯度间隔为1pa～5pa，真空速率为1pa/min～2pa/min，每段恒定真空时间为60min～120min。
进一步限定，(3)的具体操作过程为：将改性胶液倒入干净的玻璃基板表面，使其涂覆于玻璃基板上，形成湿膜，依次经红外灯辐照和热亚胺化处理后，自然降温至室温，得后得到改性聚酰亚胺-AOC(fPI-AOC)，即为聚酰亚胺基复合电介质薄膜。
进一步限定，(3)中红外灯功率为2000W，辐照时间为3s～5s。
进一步限定，(3)中亚胺化采用梯度升温方式实现，具体的梯度升温的每段温度梯度间隔为20℃～50℃，升温速率为2℃/min～15℃/min，每段恒温时间为30min～120min。
更进一步限定，(3)中亚胺化采用梯度升温方式实现，具体的梯度升温的每段温度梯度间隔为20℃～50℃，升温速率为2℃/min～15℃/min，每段恒温时间为60min～90min。
进一步限定，涂覆方式为刮涂、旋涂或滴涂。
进一步限定，刮涂的涂膜速度为10～25cm/min，时间为10～60s。
更进一步限定，刮涂的涂膜速度为15～20cm/min，时间为20～40s。
本发明的目的之二是提供一种上述制备方法得到的聚酰亚胺基复合电介质薄膜，该薄膜厚度为3～20μm。
本发明的目的之三是提供一种上述聚酰亚胺基复合电介质薄膜的应用，具体的作为高场绝缘用于电气绝缘器件的制备。
进一步限定，电气绝缘器件包括但不限于新能源汽车、交直流输电网络、高频电力变压器和航空航天等快速充放电技术领域。
有益效果：
本发明通过在聚酰亚胺中引入芴基和氧化铝团簇，制备得到具有优异绝缘特性的改性聚酰亚胺柔性电介质，以解决聚酰亚胺本征绝缘特性差的问题。与现有技术相比，本发明制备的聚酰亚胺基复合电介质具有以下优点：
(1)本发明采用原位合成法，通过向聚酰亚胺分子链上引入大体积基团芴和金属氧化铝团簇(-AOC)，制备了具有高击穿场强的聚酰亚胺薄膜材料，该聚酰亚胺介质材料在室温下的直流击穿场强为672.2MV/m，比传统选用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的聚酰亚胺介质材料提高了54.6％，在150℃下的直流击穿场强为651.9MV/m，比传统选用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的聚酰亚胺介质材料提高了56.9％。
(2)本发明向聚酰亚胺分子链上引入F原子，F原子具有较强的电负性，通过空间位阻效应和诱导效应来降低二胺的供电子性，减小聚合物链间以及分子间电荷转移复合物，从而使聚酰亚胺的击穿场强显著提升，同时，芴基团为大体积基团，将其引入聚酰亚胺的分子链中可以破坏链的排列，增大自由体积，从而聚酰亚胺的介电常数降低，显著改善了聚酰亚胺材料的绝缘特性。
(3)进一步的，本发明在聚酰亚胺分子改性的基础上，引入金属氧化铝团簇。滴加仲丁醇铝后，在原位聚合过程中聚酰胺酸胶液中大量的羧基位通过共价键的形式将其固定，芴基中的F原子通过氢键将其固定，而后在热亚胺化过程中将其分离出来生成氧化铝团簇，该方法不需要另外辅助分散步骤，改善了无机粒子分散性差的问题，提高了聚酰亚胺复合薄膜的绝缘性能。
(4)此外，本发明还具有制备工艺及所需设备简单，安全可靠，成本较低，更有利于其在电气绝缘器件上的广泛应用的优点。
附图说明
图1为对比例1制备的聚酰亚胺基复合介质材料的断面扫描电镜图；
图2为实施例1制备的聚酰亚胺基复合介质材料的断面扫描电镜图；
图3为对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料的断面扫描电镜图；
图4为对比例3制备的聚酰亚胺基复合介质材料的断面扫描电镜图；
图5为对比例4制备的聚酰亚胺基复合介质材料的断面扫描电镜图；
图6为实施例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料的断面扫描电镜图；
图7为实施例3制备的聚酰亚胺基复合介质材料的断面扫描电镜图；
图8为对比例1、2、3和4制备的聚酰亚胺基复合介质材料的红外光谱对比曲线图；
图9为实施例1、2、3和对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料的红外光谱对比曲线图；
图10为对比例1-4制备的聚酰亚胺基复合介质材料在室温下的介电图谱；
图11为实施例1、2、3和对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料在室温下的介电图谱；
图12为对比例1-4制备的聚酰亚胺基复合介质材料在室温下的直流击穿威布尔分布图谱；
图13为对比例1-4制备的聚酰亚胺基复合介质材料在150℃下的直流击穿威布尔分布图谱；
图14为实施例1、2、3和对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料在室温下的直流击穿威布尔分布图谱；
图15为实施例1、2、3和对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料在150℃下的直流击穿威布尔分布图谱。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明均为常规方法。所用材料、试剂、方法和仪器，未经特殊说明，均为本领域常规材料、试剂、方法和仪器，本领域技术人员均可通过商业渠道获得。
对比例1
步骤一，在250ml的圆底烧瓶中，将1.897g二氨基二苯醚和0.202g 9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴溶于25.0ml N,N-二甲基乙酰胺中，在0℃水浴条件下温度，将2.225g均苯四甲酸酐分批以匀速间隔方式添加到溶液中，梯度真空搅拌得到改性聚酰胺酸胶液；
梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸胶液；
步骤二，将改性聚酰胺酸胶液置于真空烘箱中，进行脱泡处理后，经刮涂工艺涂覆在玻璃基材上，刮涂速度为25cm/min，刮涂时间30s，然后经梯度升温热亚胺化处理，梯度升温分七步进行，60℃→80℃→150℃→200℃→250℃→300℃→350℃，升温速率为5℃/min，每段保温过程的保温时间60min，最终制备厚度为7μm的改性聚酰亚胺薄膜，记为fPI-18。
图1为对比例1制备的聚酰亚胺基复合介质的断面SEM照片，由图1可以看出改性聚酰亚胺基复合介质的厚度为7μm，且厚度较为均匀，同时通过图1还可以看出，制备的薄膜断面平整，基本无孔洞等缺陷，具有很好的致密性。
实施例1
步骤一，在250ml的圆底烧瓶中，将1.897g二氨基二苯醚和0.202g 9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴溶于25.0ml N,N-二甲基乙酰胺中，在0℃水浴条件下，将2.225g均苯四甲酸酐分批以匀速间隔方式添加到溶液中，梯度真空搅拌得到改性聚酰胺酸胶液；
梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸胶液；
步骤二，准备两个烧杯，分别量取适量DMAC，向其中一个烧杯中加入1vol％仲丁醇铝，向另一个烧杯中加入适量去离子水，向已预聚合的改性聚酰胺酸胶液中滴加两个烧杯中的溶液，梯度真空搅拌，梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸-AOC胶液；
步骤三，将改性聚酰胺酸-AOC胶液置于真空烘箱中，进行脱泡处理后，经刮涂工艺涂覆在玻璃基材上，刮涂速度为25cm/min，刮涂时间30s，然后经梯度升温热亚胺化处理，梯度升温分七步进行，60℃→80℃→150℃→200℃→250℃→300℃→350℃，升温速率为5℃/min，每段保温过程的保温时间60min，最终制备厚度为6μm的改性聚酰亚胺-AOC薄膜，记为AOC-1。
图2为实施例1制备的改性聚酰亚胺-AOC的断面SEM照片，由图2可以看出改性聚酰亚胺-AOC的厚度为6μm，且厚度较为均匀可控，无明显可见团簇，具有很好的致密性。
对比例2
步骤一，在250ml的圆底烧瓶中，将2.0024g二氨基二苯醚溶于25.0ml N,N-二甲基乙酰胺中，在0℃水浴条件下，将2.225g均苯四甲酸酐分批以匀速间隔方式添加到溶液中，梯度真空搅拌得到聚酰胺酸胶液；
梯度真空搅拌，梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的聚酰胺酸胶液；
步骤二，将聚酰胺酸胶液置于真空烘箱中，进行脱泡处理后，经刮涂工艺涂覆在玻璃基材上，刮涂速度为25cm/min，刮涂时间30s，然后经梯度升温热亚胺化处理，梯度升温分七步进行，60℃→80℃→150℃→200℃→250℃→300℃→350℃，升温速率为5℃/min，每段保温过程的保温时间60min，最终制备厚度为5μm的聚酰亚胺薄膜，记为PI。
图3为对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质的断面SEM照片；由图3可以看出原位合成法制备的聚酰亚胺基复合介质的厚度为5μm，厚度较为均匀，且通过断面SEM图基本观察不到明显的孔洞等缺陷的存在。
对比例3
步骤一，在250ml的圆底烧瓶中，将1.802g二氨基二苯醚和0.384g 9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴溶于25.0ml N,N-二甲基乙酰胺中，在0℃水浴条件下，将2.225g均苯四甲酸酐分批以匀速间隔方式添加到溶液中，搅拌得到改性聚酰胺酸胶液，梯度真空搅拌，梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸胶液；
步骤二，将聚酰胺酸胶液置于真空烘箱中，进行脱泡处理后，经刮涂工艺涂覆在玻璃基材上，刮涂速度为25cm/min，刮涂时间30s，然后经梯度升温热亚胺化处理，梯度升温分七步进行，60℃→80℃→150℃→200℃→250℃→300℃→350℃，升温速率为5℃/min，每段保温过程的保温时间60min，最终制备厚度为8μm的聚酰亚胺薄膜，记为fPI-9。
图4为对比例3制备的聚酰亚胺基复合介质的断面SEM照片；由图4可以看出改性聚酰亚胺基复合介质的厚度为8μm，采用本制备方法制备的绝缘介质材料厚度较为均匀，同时，通过图4可以看出，制备的薄膜断面平整，基本无孔洞等缺陷，具有很好的致密性。
对比例4
步骤一，在250ml的圆底烧瓶中，将1.948g二氨基二苯醚和0.104g 9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴溶于25.0ml N,N-二甲基乙酰胺中，在0℃水浴条件下，将2.225g均苯四甲酸酐分批以匀速间隔方式添加到溶液中，搅拌得到改性聚酰胺酸胶液，梯度真空搅拌，梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸胶液；
步骤二，将聚酰胺酸胶液置于真空烘箱中，进行脱泡处理后，经刮涂工艺涂覆在玻璃基材上，刮涂速度为25cm/min，刮涂时间30s，然后经梯度升温热亚胺化处理，梯度升温分七步进行，60℃→80℃→150℃→200℃→250℃→300℃→350℃，升温速率为5℃/min，每段保温过程的保温时间60min，最终制备厚度为12μm的聚酰亚胺薄膜，记为fPI-36。
图5为对比例4制备的聚酰亚胺基复合介质的断面SEM照片；由图5可以看出改性聚酰亚胺基复合介质的厚度为12μm，采用本制备方法制备的绝缘介质材料厚度较为均匀，同时，通过图5可以看出，制备的薄膜断面平整，基本无孔洞等缺陷，具有很好的致密性。
实施例2
步骤一，在250ml的圆底烧瓶中，将1.897g二氨基二苯醚和0.202g 9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴溶于25.0ml N,N-二甲基乙酰胺中，在0℃水浴条件下，将2.225g均苯四甲酸酐分批以匀速间隔方式添加到溶液中，搅拌得到改性聚酰胺酸胶液，梯度真空搅拌，梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸-AOC胶液；
步骤二，准备两个烧杯，分别量取适量DMAC，向其中一个烧杯中加入0.75vol％仲丁醇铝，向另一个烧杯中加入适量去离子水，向已预聚合的改性聚酰胺酸胶液中滴加两个烧杯中的溶液，梯度真空搅拌，梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸-AOC胶液；
步骤三，将改性聚酰胺酸-AOC胶液置于真空烘箱中，进行脱泡处理后，经刮涂工艺涂覆在玻璃基材上，刮涂速度为25cm/min，刮涂时间30s，然后经梯度升温热亚胺化处理，梯度升温分七步进行，60℃→80℃→150℃→200℃→250℃→300℃→350℃，升温速率为5℃/min，每段保温过程的保温时间60min，最终制备厚度为6μm的改性聚酰亚胺-AOC薄膜，记为AOC-0.75。
图6为实施例2制备的聚酰亚胺基复合介质的断面SEM照片；由图6可以看出改性聚酰亚胺-AOC绝缘介质的厚度为6μm，采用本制备方法制备的绝缘介质材料厚度较为均匀，同时，通过图6可以看出，制备的薄膜断面平整，基本无孔洞等缺陷，且无明显氧化铝团簇，具有很好的致密性。
实施例3
步骤一，在250ml的圆底烧瓶中，将1.897g二氨基二苯醚和0.202g 9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴溶于25.0ml N,N-二甲基乙酰胺中，在0℃水浴条件下，将2.225g均苯四甲酸酐分批以匀速间隔方式添加到溶液中，搅拌得到改性聚酰胺酸胶液，梯度真空搅拌，梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸-AOC胶液；
步骤二，准备两个烧杯，分别量取适量DMAC，向其中一个烧杯中加入1.25vol％仲丁醇铝，向另一个烧杯中加入适量去离子水，向已预聚合的改性聚酰胺酸胶液中滴加两个烧杯中的溶液，梯度真空搅拌，梯度真空分六步进行，25pa→20pa→15pa→10pa→5pa→1pa，真空速率为1℃/min，每段真空过程保持120min，搅拌12h后得到固含量约为15％的改性聚酰胺酸-AOC胶液；
步骤三，将改性聚酰胺酸-AOC胶液置于真空烘箱中，进行脱泡处理后，经刮涂工艺涂覆在玻璃基材上，刮涂速度为25cm/min，刮涂时间30s，然后经梯度升温热亚胺化处理，梯度升温分七步进行，60℃→80℃→150℃→200℃→250℃→300℃→350℃，升温速率为5℃/min，每段保温过程的保温时间60min，最终制备厚度为7μm的改性聚酰亚胺-AOC薄膜，记为AOC-1.25。
图7为实施例3制备的聚酰亚胺基复合介质的断面SEM照片；由图7可以看出改性聚酰亚胺-AOC绝缘介质的厚度为7μm，采用本制备方法制备的绝缘介质材料厚度较为均匀，同时，通过图7可以看出，制备的薄膜断面平整，基本无孔洞等缺陷，有少许可见金属氧化铝团簇，但由于羧基和氢键的固定作用，其分散仍比较均匀，具有很好的致密性。
效果例
对实施例1-3和对比例1-4得到聚酰亚胺基复合介质材料进行结构以及性能表征，结果如下：
图8为对比例1-4制备的聚酰亚胺基复合介质材料的红外光谱对比曲线图，由图8可知，合成的fPI在1784cm-1附近的特征峰对应于酰亚胺环羰基的不对称伸缩振动，在1726cm-1出现酰亚胺环上的两个羰基的对称伸缩振动，证明薄膜亚胺化成功。
图9为实施例1-3和对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料的红外光谱对比曲线图，由图9可知，合成的fPI-AOC在1784cm-1附近的特征峰对应于酰亚胺环羰基的不对称伸缩振动，在1726cm-1出现酰亚胺环上的两个羰基的对称伸缩振动，证明薄膜亚胺化成功。
图10为对比例1-4制备的聚酰亚胺基复合介质材料在室温下的介电图谱，由图10可知，对比例1制备的fPI具有最低的介电常数，这是由于芴基自由体积较大，从而打乱了聚酰亚胺分子链的线性结构，使其自由体积变大，同时，氟具有很强的吸电子能力，从而制备的聚酰亚胺的介电常数降低从而降低了介电常数。
图11为实施例1、2、3和对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料在室温下的介电图谱，由图11可知，随着仲丁醇铝含量的增加，介电常数依次升高，这是因为随着仲丁醇铝含量的增加，改性聚酰亚胺-AOC复合薄膜中氧化铝团簇的含量依次变大，导致了介电常数的升高，但复合薄膜的介电常数仍然保持在较低的水平。
图12和图13分别为对比例1-4制备的聚酰亚胺基复合介质材料在室温和150℃下直流击穿场强的威布尔分布图，由图12和图13可知，对比例1制备的fPI-18的击穿场强明显高于其它聚酰亚胺基复合介质，在室温下的直流击穿场强为614.8MV/m，比传统采用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的聚酰亚胺介质材料提高了41.4％，在150℃下的直流击穿场强为603.5MV/m，比传统采用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的聚酰亚胺介质材料提高了45.2％，这是由于芴基具有较大的自由体积，引起PI分子链共轭结构的破坏，以及链间距的增强和分子链堆积密度的降低，使体系的自由体积增加，同时芴基中含有F原子，F原子具有较强的电负性，通过空间位阻效应和诱导效应来降低二胺的供电子性，减小聚合物链间以及分子间电荷转移复合物，从而使改性聚酰亚胺的击穿场强显著提升。
图14和图15分别为实施例1、2、3和对比例2制备的聚酰亚胺基复合介质材料在室温和150℃下直流击穿场强的威布尔分布图，由图14和图15可知，实施例1制备的AOC-1的击穿场强明显高于其它聚酰亚胺基复合介质，在室温下的直流击穿场强为672.2MV/m，比传统采用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的聚酰亚胺介质材料提高了54.6％，在150℃下的直流击穿场强为651.9MV/m，比传统采用均苯四甲酸酐和二氨基二苯醚制备的聚酰亚胺介质材料提高了56.9％，这是由于芴基具有较大的自由体积，引起PI分子链共轭结构的破坏，以及链间距的增强和分子链堆积密度的降低，使体系的自由体积增加，同时芴基中含有F原子，F原子具有较强的电负性，通过空间位阻效应和诱导效应来降低二胺的供电子性，减小聚合物链间以及分子间电荷转移复合物，且金属氧化铝团簇在复合介质中引入了深陷阱，使其捕获电荷的能力增强，从而使击穿场强显著增强。
虽然本发明已以较佳的实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做各种改动和修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。
Claims (10)
1.一种聚酰亚胺基复合电介质薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
(1)在真空条件下，使用二胺和二酐缩聚制备胶液；
所述二胺包括含芴基二胺；
(2)向胶液中滴加仲丁醇铝，真空条件下搅拌，得到改性胶液；
(3)采用涂布方法利用改性胶液制备湿膜，湿膜经红外灯辐照后进行亚胺化处理，得到聚酰亚胺基复合电介质薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二胺由9,9-双(4-氨基-3-氟苯基)芴和二氨基二苯醚按照摩尔比为1：1～50；二酐为均苯四甲酸酐。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中缩聚反应温度为-10～40℃，时间为6～24h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中二胺和二酐的摩尔比为1:1.02～1.08，且二胺和二酐在反应体系中的质量分数均为12～35％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)的改性胶液中仲丁醇铝的体积分数为0.5vol％～2vol％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)和(2)中真空条件采用阶梯真空方式实现，具体的阶梯真空的每段真空度梯度间隔为1～5pa，真空速率为1～2pa/min，每段恒定真空时间为30～180min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(3)中红外灯功率为2000W，辐照时间为3～5s。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(3)中亚胺化采用梯度升温方式实现，具体的梯度升温的每段温度梯度间隔为20～50℃，升温速率为2～15℃/min，每段恒温时间为30～120min。
9.一种权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的聚酰亚胺基复合电介质薄膜，其特征在于，厚度为3～20μm。
10.一种权利要求9所述的聚酰亚胺基复合电介质薄膜的应用，其特征在于，用于电气绝缘器件的制备。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311549291.5A CN117683351A (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种聚酰亚胺基复合电介质薄膜及其制备方法和在电气绝缘中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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|---|---|
| CN117683351A true CN117683351A (zh) | 2024-03-12 |
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| CN202311549291.5A Pending CN117683351A (zh) | 2023-11-21 | 2023-11-21 | 一种聚酰亚胺基复合电介质薄膜及其制备方法和在电气绝缘中的应用 |
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| CN (1) | CN117683351A (zh) |
Citations (3)
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|---|---|---|---|---|
| JPWO2016088641A1 (ja) * | 2014-12-04 | 2017-09-14 | コニカミノルタ株式会社 | ポリイミドフィルムとその製造方法、フレキシブルプリント基板、フレキシブルディスプレイ用基材、フレキシブルディスプレイ用前面板、ｌｅｄ照明装置及び有機エレクトロルミネッセンス表示装置 |
| CN112789326A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-05-11 | 清华大学 | 一种高温储能杂化聚醚酰亚胺介电薄膜及其制备方法与应用 |
| CN113563584A (zh) * | 2021-07-07 | 2021-10-29 | 北京科技大学 | 低介电共聚聚酰亚胺薄膜及其制备方法 |
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2023
- 2023-11-21 CN CN202311549291.5A patent/CN117683351A/zh active Pending
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