[发明专利]一种表面覆载二氧化硅的聚酰亚胺膜层材料及其制备方法

说明书

一表面覆载二氧化硅的聚酰亚胺膜层材料，其制备方法为：首先制备聚酰胺酸(PAA)纳米纤维膜并使其定量吸附二氧化硅前驱体溶液，再将其平铺于由PAA溶液涂覆而成的含有大量溶剂的PAA湿膜上，使下层湿膜中的PAA及溶剂渗入上层纳米纤维膜中，将纳米纤维网络原位溶解、匀化，形成二氧化硅前驱体/聚酰胺酸互穿网络覆载层和聚酰胺酸基底层“一体化”结构，再经可控水解及热处理最终得到表面覆载二氧化硅的聚酰亚胺膜层材料。本发明的方法制得的复合膜，其表面二氧化硅覆载层均匀致密，具有覆载层厚度可控、界面粘结性优异及力学性能好等优点，而且成本低、工艺简单、适用范围广，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺/二氧化硅(SiO₂)复合技术领域，具体涉及一种表面覆载SiO₂的聚酰亚胺膜层材料及其制备方法。

背景技术

静电纺丝是一种制备纳米纤维膜简单有效的方法，具有设备简单、易于操作、制备快捷、成本低廉、适用范围广等优点。同时，所制得的纳米纤维膜具有比表面积大、长径比大、孔隙率高、吸附力强等特点，这使其在过滤材料、生物医用功能材料及高性能电池隔膜等领域具有应用前景和显著优势。

聚酰亚胺(PI)是一类分子结构中含有酰亚胺结构的高性能聚合物，具有优异的耐温性能、机械性能、介电性能和耐辐射性能，而且热膨胀系数低、耐化学性优良，因此被广泛应用于许多高科技领域，如航空航天、新能源、高速交通工具、防护用具及原子能工业等。其中，在高速发展的航空航天领域中，聚酰亚胺被大量应用于空间飞行器的热控材料、轻质太阳能电池阵列的柔性基板以及电路系统的绝缘保护层等，日益成为该领域中不可或缺的高性能材料之一。

然而，原子氧会严重影响航天器表面聚酰亚胺的材料性能。原子氧(atomicoxygen， AO)是航天器主要工作环境——低地球轨道(Low Earth Orbit，LEO)的主要成分之一，具有强氧化性，同时，当航天器以轨道速度运行的时，AO则会以高达4～5eV的相对平均动能撞击航天器。因此，在原子氧的强氧化及高动能撞击的作用下，聚酰亚胺发生化学反应及物理损伤，经年累月，其电性能、机械性能、热学及耐辐照性能等皆会退化甚至失效，严重影响航天器的工作状态及使用寿命。由于国内对于原子氧研究起步较晚，“十一五”之前，我国低轨道卫星均为短期运行，卫星无法达到长期(5年以上)正常工作水平，而苏联和平号空间站(Mir)以及目前的国际空间站(ISS)则能够在低地球轨道运行十余年以上。至此，发展耐原子氧材料已然不仅仅是一项研究工作，更是我国航天航空工业发展壮大的迫切需要。

目前，对于聚酰亚胺的原子氧防护手段主要有两种：一是研制耐原子氧剥蚀的新材料，即将抗原子氧性能良好的硅、磷、锆及POSS结构等特定的基团或原子引入PI主链中；二是在基底材料上沉积防护涂层，即将抗原子氧性能优异的无机层(如SiO₂，Al₂O₃等)涂敷于聚酰亚胺表面。但上述方法分别存在研究成本高、工艺复杂、难工业化及涂层易发生断裂、分层、脱落等缺点。

本发明结合静电纺丝制品孔隙率高、吸附力强的优点和涂层法成本低、易工业化的优点，提出了一种制备表面覆载SiO₂的聚酰亚胺膜层材料的方法。该方法不仅可以实现聚酰亚胺表层均匀覆载SiO₂，而且可以实现涂覆层和基底层“一体化”，有效解决了涂层易发生断裂、脱落、分层等问题，并且还可以简单的实现覆载层厚度可控化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面覆载二氧化硅的聚酰亚胺膜层材料，该材料表面的SiO₂覆载层均匀致密，无裂纹、脱落等缺陷；具有覆载层厚度可控、界面粘结性优异及力学性能好等优点。

本发明的另一个目的在于提供一种表面覆载二氧化硅的聚酰亚胺膜层材料的制备方法，该方法成本低、工艺简单、适用范围广，易于实现工业化生产。