[发明专利]一种增强型高绝缘复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物复合材料技术领域，具体涉及一种增强型高绝缘复合材料及其制备方法。

背景技术

聚合物介质在电力电子技术领域中的大量应用，并且伴随着电力电子设备的微型化发展，对聚合物介质绝缘性能提出了越来越高的要求。因此，通过减小绝缘结构尺寸而达到设备微型化的同时，绝缘介质所承受的电场强度会进一步增加，导致绝缘材料局部击穿甚至整体烧毁的可能性加大。同时，高绝缘性能的聚合物介质通常具有较差的热导性能，导致设备运行中热量无法散失而使材料长期工作在较高温度，这种持续的发热老化会严重影响到绝缘材料性能与寿命。聚酰亚胺PI是一种常见的特种工程塑料，作为结构材料及功能性材料广泛应用于微电子等特殊领域。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种增强型高绝缘复合材料及其制备方法，采用本发明方法制备的复合材料具有增强的高绝缘性能，同时导热性能比纯聚合物明显改善，可用于需要极高绝缘要求的电力电子等设备，从而保证设备整体绝缘的设计要求。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种增强型高绝缘复合材料，所述复合材料包括基体树脂和添加剂，所述基体树脂为聚酰亚胺PI，所述添加剂为氧化锌ZnO，该复合材料中各组分的质量百分比为：聚酰亚胺PI为90～99％、氧化锌ZnO为1％～10％。

所述基体树脂为微米级聚酰亚胺PI，所述添加剂为纳米级氧化锌ZnO。

所述复合材料中各组分的质量百分比为：聚酰亚胺PI为92～98％、氧化锌ZnO为2％～8％。

所述复合材料中各组分的质量百分比为：聚酰亚胺PI为96％、氧化锌ZnO为4％。

一种制备上述复合材料的方法，包括如下步骤：

步骤1：ZnO分散及表面处理，称取粉末直径小于100nm的预设质量的氧化锌ZnO粉末，加入体积为氧化锌ZnO粉末体积5～10倍的酒精中，然后将氧化锌ZnO粉末和酒精的悬浮液置于超声振动仪中分散30～60min，超声振动过程中向悬浮液中加入占氧化锌ZnO质量1～5％的偶联剂，随后将加入偶联剂的悬浮液置于烘箱中将酒精烘干后得到分散及表面处理后的氧化锌ZnO原料；

聚酰亚胺PI模塑粉预处理，称取粉末直径小于20μm的预设质量的聚酰亚胺PI模塑粉，然后将其置于烘箱中烘干12～24h，烘干温度为70～90℃，得到预处理后聚酰亚胺PI原料；

步骤2：液相混合两种原料并进行快速搅拌及烘干处理，称取步骤1得到的预处理后聚酰亚胺PI原料和分散及表面处理后的氧化锌ZnO原料置于烧杯中形成混合料，使氧化锌ZnO含量占混合料总质量的1％～10％，向烧杯中加入体积为混合料体积2～4倍的酒精形成悬浮液，搅拌30～60min得到分散均匀的悬浮液，然后放入烘箱中烘干；

步骤3：冷压成型，将步骤2烘干后分散均匀的悬浮液置于磨具中进行冷压成型，成型压力为8～12MPa，持续时间为15s，反复冷压3～5次，得到冷压成型后试样；

步骤4：高温成型，将步骤3冷压成型后的试样置于模压机中进行高温成型，成型压力为8～12MPa，成型温度为分段式升温及保温，最终成型温度为320～340℃，之后随炉体自然降温，得到成品。

步骤1所述的偶联剂为硅烷偶联剂KH550。

步骤1所述加入偶联剂的悬浮液置于烘箱中的烘干温度为80～100℃，烘干时间为24～36h。

步骤2所述聚酰亚胺PI与氧化锌ZnO混合料分散均匀的悬浮液置于烘箱中的烘干温度为80～100℃，烘干时间为48～72h。

步骤4所述分段式升温与保温过程为，由室温开始30min升至260℃，保温30min后再用30min升至320～340℃，保温30～60min。

本发明通过将纳米级氧化锌ZnO粉末与特种工程塑料聚合物介质聚酰亚胺PI进行共混成型，因此当氧化锌ZnO粉末加入基体树脂中，在基体树脂与添加剂间形成了大量的界面陷阱，并且由于添加剂的尺寸较小导致界面陷阱较深，从而束缚了介质内载流子迁移，形成较高的体积电阻率，因此制成的聚合物复合材料的绝缘性能得到增强。同时，由于添加剂氧化锌ZnO是一种无机填料，拥有较高的热导率，因为分散在基体树脂中便会提高材料的整体导热性能。因而应用本复合材料的电力电子设备，可以在减小绝缘结构尺寸的同时，满足设备绝缘设计要求并保证工作温度较高时绝缘材料的工作寿命。