[发明专利]一种聚酰亚胺-聚四氟乙烯复合膜及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种聚酰亚胺‑聚四氟乙烯复合膜及其制备方法。该复合薄膜由超疏水聚四氟乙烯涂料在聚酰亚胺薄膜表面涂布后经高温固化得到，所述超疏水聚四氟乙烯水性涂料由如下质量分数原料制成：固含量25‑60％的聚四氟乙烯水溶液50‑90份、水5‑30份、表面活性剂0.4‑3份、乳化剂0.3‑3份、硅油2.5‑40份、成膜助剂1‑5份、增稠剂0.5‑2份、硅烷偶联剂0.3‑2份。该涂料可在聚酰亚胺薄膜表面形成纳米孔和微米孔有序分布的粗糙结构，水接触角最高达到142°，耐磨性能良好。该方法制备的PI/PTFE复合膜表面具有超疏水和自清洁能力，复合膜吸水率大幅下降，潮湿环境中体积电阻率保持在10supgt;16/supgt;Ω.mm。

技术领域

本发明涉及领域复合材料技术领域，特别是一种聚酰亚胺-聚四氟乙烯复合膜及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)薄膜因其耐温范围宽，机械强度高，电绝缘性优良，被广泛应用于电线电缆绝缘层，牵引电机和变压器线圈的绝缘层，绝缘槽衬以及柔性线路板等领域。但是聚酰亚胺分子链段中的酰亚胺环基团导致其自身吸水率较高，普遍吸水率在0.5～2％，严重影响薄膜在潮湿环境中的绝缘性能。通过在聚酰亚胺薄膜表面涂布耐高温超疏水涂层可以有效克服上述缺陷。聚四氟乙烯(PTFE)由于其对称的C-F键和特殊的螺旋分子链结构导致的其具有高度的不黏附性，优异的耐热性，耐寒性和突出的化学稳定性而被广泛用于疏水涂层的制备。但是聚四氟乙烯和聚酰亚胺的粘结性差，涂层容易开裂，剥离强度低。并且PTFE质地很软，多次摩擦后损耗很大，疏水性能急剧衰减。这些缺陷制约了聚四氟乙烯涂层在聚酰亚胺绝缘薄膜领域的应用。

目前主要通过添加大量无机陶瓷颗粒来提高聚四氟乙烯涂层的耐磨性，比如公开号为CN113248986A的中国发明专利“一种无机颗粒/聚四氟乙烯复合疏水耐磨涂层及其制备方法”中利用正硅酸乙酯和聚乙二醇改性纳米碳化硅，利用硅烷偶联剂KH570改性微米氧化锌，将改性后的颗粒添加到聚四氟乙烯水溶液中搅拌均匀，最后通过空气喷涂法在底漆上均匀喷涂，得到无机颗粒/聚四氟乙烯复合疏水耐磨涂层。纳米无机颗粒的加入提高了涂层的耐磨性，而SiC/ZnO/PTFE复合涂层接触角110°左右。但是，该方法操作复杂，所用刚性粒子均需进行表面改性才能实现较好的相容性；而且喷涂法并不适用于柔性基材表面涂层构筑，此外接触角依然难以满足超疏水的需求。

公开号为CN112552783A的中国发明专利“一种多维度复合超级疏水涂层及生产方法”中将聚四氟乙烯、水性环氧树脂乳液、复合无机纳米粒子(用溶胶-凝胶法制备纳米二氧化硅或纳米碳化硅包覆石墨或石墨烯粒子)和多种助剂混合后得到多维度复合超疏水涂料。复合无机粒子可大幅提高表面的不规则度，从而更有利于在涂层表面构造出更多的粗糙结构，加上聚四氟乙烯的低表面能使得涂层接触角达到153°。水性环氧树脂的添加也大幅提高了涂层和基材的粘附力。但是，水性环氧树脂耐热性较低，无法适用于耐高温(300℃)场合，所采用的石墨粒子也会影响涂层的电绝缘性能。目前依然缺乏超疏水、耐高温聚酰亚胺薄膜专用的聚四氟乙烯耐磨涂料方案。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种聚酰亚胺-聚四氟乙烯复合膜的制备方法，该方法成本低廉，操作简单，通过涂层的超疏水和耐磨性能，降低聚酰亚胺薄膜在潮湿环境中的吸水率，提高其使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种聚酰亚胺-聚四氟乙烯复合膜的制备方法，包括如下步骤：

S1、称取以下质量份的原料：固含量25-60％的聚四氟乙烯水溶液50-90份、水5-30份、表面活性剂0.4-3份、乳化剂0.3-3份、硅油2.5-40份、成膜助剂1-5份、增稠剂0.5-2份、硅烷偶联剂0.3-2份，上述原料混合并在2000-10000rpm剪切速率经过高速剪切乳化2-10min，得到超疏水聚四氟乙烯水性涂料；

S2、将聚四氟乙烯水性涂料单面或双面涂布于15-50μm厚的聚酰亚胺薄膜的表面，然后置于280-420℃的高温烘箱中固化2-15min，即制得聚酰亚胺-聚四氟乙烯复合膜。