[发明专利]一种三层结构的耐电晕聚酰亚胺薄膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种三层结构的耐电晕聚酰亚胺薄膜制备方法。

背景技术

聚酰亚胺薄膜作为一种特种工程材料，是在20世纪60年代在美国和前苏联军备竞赛及太空发展之下所开发的耐热性树脂，也是被公认为最成功的一种树脂。早期是利用聚酰亚胺优异的耐热性应用在电机当中，提高高温热稳定性。20世纪80年代，由于电子工业的发展，进一步带动了聚酰亚胺的开发，由于其优异的耐热性以及良好的加工性，很快成为半导体组以及电路板构装的一部分。按聚酰亚胺的结构和制备方法可以将其分两大类。一类是主链中含有脂肪族单元的聚酰亚胺，是通过加热芳香族四甲酸与脂肪族二元胺的盐进行缩聚而制得。另一类是主链中含有芳香族单元的聚酰亚胺，这类聚酰亚胺通常是采用两步法合成的。聚酰亚胺是一种综合性能优异的工程材料。由于主链上含有芳香环，它作为先进复合材料基体，具有突出的耐温性能和优异的机械性能，是目前树脂基复合材料中耐温性最高的材料之一，可在555℃短期内保持其物理性能，长期使用温度高达300℃以上，已经广泛用于航天、军事、电子等领域。同时聚酰亚胺还具有突出的电气性能与耐辐射性能，广泛用于封装、涂覆、电机绝缘材料等领域。其中主要产品有杜邦的Kapton、宇部兴产的UPIlex系列和钟渊的APIcal。PI薄膜由于其优异的特性得到长足发展，虽然它的价格较高，但因其性能可靠，工程应用很广泛，受到人们的青睐。但是PI分子主链上一般含有苯环和酰亚胺环结构，由于电子极化和结晶性，致使PI存在较强的分子链间作用，引起PI分子链紧密堆积，从而导致PI明显的吸水性和热膨胀性，致使PI薄膜耐电晕性很弱，这限制了其在高温和精密状态下的应用。

电气性能的提高成为限制聚酰亚胺薄膜发展的一个重大问题。国内外专家对聚酰亚胺薄膜绝缘失效的机理进行了广泛深入的研究，主要认为局部放电是导致绝缘破坏的主要因素，而且表面电荷、空间电荷的累积等在绝缘失效过程中扮演着较为重要的角色。Bellomo等在研究方波电压下聚酰亚胺的寿命时，发现变频电机中绝缘材料的寿命主要由局部放电所控制。Foulon等人采用针-板电极，对聚酰亚胺薄膜在脉冲条件下进行试验，提出匝间绝缘的破坏是由于空间电荷的作用导致绝缘形成的针孔引起。Kimura.Ken采用电流传感器测量了方波脉冲下聚酰亚胺薄膜的表面放电，认为聚酰亚胺薄膜累积的表面电荷对局部放电有着重要影响。因此有效提高聚酰亚胺薄膜的表面电荷消散方法可以提高其耐电能力。本发明提供了一种聚酰亚胺薄膜表面电荷快速消散方法，通过对聚酰亚胺进行表面改性处理有效提高了聚酰亚胺薄膜抑制表面电荷的积累，显著的提高了其耐电性能。

电气性能的提高成为限制聚酰亚胺薄膜发展的一个重大问题。自20世纪80年代以来，随着纳米复合材料的出现和纳米技术的形成，聚合物/纳米复合材料以其卓越的综合性能引起了人们的广泛关注，已制备出各种类型的纳米复合材料。耐电晕材料的制备、性能以及纳米材料在耐电晕性能的提高方面所起的作用成为各国学者研究的热点之一。美国杜邦公司与ABB、西门子公司合作于1995年研制出耐电晕聚酰亚胺薄膜100CR，选择耐电晕性较高的无机物与聚酰亚胺体系杂化制成的，得到了广泛的应用。但是随着电子电子和特高压的飞速发展，聚酰亚胺薄膜的耐电性能还有待进一步提高。国内雷清泉等学者通过对美国杜邦公司产品研究认为其采用的为一种具有多层结构的耐电晕聚酰亚胺薄膜，但是目前国内尚没有厂家和学者能够实现聚酰亚胺薄膜多层结构的制备。本发明在于利用活化能比较高的卤族元素对耐电晕聚酰亚胺薄膜产品进行表面改性，置换原有分子中易被放电能量打破的活化能低的C-H键，能够显著抑制高压下电荷的注入与积累，明显提高产品耐电性能，实现三层结构耐电晕聚酰亚胺薄膜产品的生产，显著的提高了其耐电性能。

(一)目的

本发明的目的在于提供一种三层结构的耐电晕聚酰亚胺薄膜制备方法。

(二)技术方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在密闭容器中放入待处理产品(此产品涉及普通聚酰亚胺薄膜和耐电晕聚酰亚胺薄膜)，利用氮气或者其他惰性气体持续冲刷容器内部，赶走密闭容器内的空气，形成一个惰性气体的环境。然后向密闭容器内充入一定浓度的卤族元素气体，在保持一定温度环境下，持续反应一段时间，形成具有三层结构的聚酰亚胺薄膜。(其中此技术方案所涉及温度为25℃到90℃，涉及反应时间为1分钟到60分钟)。

(三)有益效果

本发明的优点和有益效果：

①显著提高产品抑制空间电荷的注入特性，提高产品耐电性能；