[发明专利]一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法

说明书

技术领域

发明涉及一种制备耐电晕薄膜的方法，具体涉及采用化学纳米掺杂技术制备具有高耐电晕特性的无机纳米硅铝氧化物复合聚酰亚胺薄膜的制备方法。

背景技术

变频电机具有体积小，效能高，节能环保等优良特性，有广泛的应用领域，是当前各行各业无级变速传动的主流调速方案。变频电机技术的发展迫切的需要具有高耐电晕性能的薄膜材料，而以纳米材料复合聚酰亚胺薄膜成为该方向的极佳选择。但是由于均苯型聚酰亚胺基体材料的高度对称性，市售纳米材料如氧化硅，氧化铝等粉末材料，仅通过机械搅拌分散，很难达到理想的分散效果，而液相氧化物材料同样面临无机物与聚合物基体相容性的问题。

发明内容

纳米技术及纳米材料的发展，极大的推动了科技的发展。例如变频电机具有体积小，能效高，绿色环保等优点，但是其需要采用具有高耐电晕性的薄膜作为主绝缘，用以保护由于高频高压带来的电晕损害。而采用纳米材料复合聚酰亚胺制备的复合薄膜有着极高的耐电晕寿命，对变频电机的发展有着重要的应用意义。但是纳米材料制备及分散技术制约了该材料的进一步发展。

本发明的目的是提供一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法。对于纳米复合材料而言，聚合物基体的高度对称性，纳米材料不利于在其中的分散。本发明在纳米材料中引入可以与纳米材料有效结合的且与聚合物基体具有相似结构的聚合物，以促进纳米材料在聚合物基体中的分散。

为解决上述技术问题，本发明的一种采用化学纳米掺杂技术制备高耐电晕薄膜的方法是按下述步骤进行的:

步骤a、将氨基硅氧烷氨丙基三乙氧基硅烷(KH-550)和甲基三乙氧基硅(MTES)混合，进行水解处理后缩聚反应，加入偏苯三酸酐(TMA)，加热反应，自然降温，得到产物一；

步骤b、在强力搅拌、超声、加热的条件下，将水缓慢地滴加到异丙醇铝(AIP)的甲苯溶液，得到产物二；

步骤c、将产物一与产物二混合，加入脱水剂，加热反应，自然降温后室温下陈化，得到硅/铝预聚物溶胶；

步骤d、在10～20℃温度下，将步骤c获得的硅/铝预聚物溶胶分散到N,N'-二甲基乙酰胺中，加入4,4'-二氨基二苯醚，混匀，分批次加入均苯四甲酸二酐，反应结束后室温下加入脱水剂，加热反应，降至室温得到成膜液；

步骤e、流延成膜，梯度升温后退火处理，得到高耐电晕薄膜。

步骤a中将氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅(MTES)按比为1：(1～2)的物质的量混合，加到N-甲基-2-吡咯烷酮中，所述氨基硅氧烷和甲基三乙氧基硅的总质量浓度为10wt.％～15wt.％，加入去离子水，去离子水用量为硅元素物质的量的1.5～2倍，于80～85℃条件下水解4h，升温至120℃进行缩聚反应1h，缩聚同时蒸馏出反应生成的醇，自然降温后加入偏苯三酸酐(TMA)混合，偏苯三酸酐用量为氨基硅氧烷物质的量的30％～50％，再次加热至60℃反应1h，自然降温，得产物一。

步骤b中在强力搅拌、超声、40～60℃的条件下，将水缓慢地滴加到质量分数少于15％的异丙醇铝(AIP)的甲苯溶液，得产物二；其中，滴加时间不少于2小时，水的加入量是溶液中铝元素物质的量的0.75～1.5倍。

步骤c中按产物一与产物二中的n(Si):n(Al)＝1:(5～9)的配比将产物一与产物二混合，加入脱水剂，升温至120℃加热反应2h,加热反应同时蒸馏出反应生成的醇，反应结束后自然降温，室温陈化24小时以上，得到硅/铝预聚物溶胶；所述脱水剂为溶质质量分数2％的醋酐。

所述的步骤d中在10～20℃温度下，按无机掺杂量为5wt.％～25wt.％(即按照所制得的杂化聚酰亚胺薄膜的无机掺杂量计算，控制其掺杂量为5wt.％～25wt.％之间)将步骤c获得的硅/铝预聚物溶胶分散到N,N'-二甲基乙酰胺中，加入4,4'-二氨基二苯醚，混匀，分五次以每次减半的方式加入均苯四甲酸二酐将反应体系的固体含量控制在15wt.％～20wt.％之间(所要制备的聚酰胺酸溶液固体含量计算)，相邻两批次的时间间隔为15～20min，其中所述均苯四甲酸二酐的物质的量与4,4'-二氨基二苯醚相同，反应结束后室温下加入脱水剂，搅拌条件下60℃加热反应4h，降至室温得到成膜液；所述脱水剂为醋酐，脱水剂加入量为反应生成聚酰胺酸的10wt.％～20wt.％。