[发明专利]一种高疏水氟化碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚酰亚胺复合材料的制备方法。

背景技术

碳纳米管因其具有奇特的电学性能、优异的力学性能、良好的化学与热稳定性，重量轻，其作为复合材料理想的增强体，制备聚合物/碳纳米管复合材料已经成为复合材料研究的热点。然而碳纳米管易聚集成束在常见的有机溶剂中的分散度低，制约了其应用领域。此外碳纳米管导电性非常优异，其作为填料加入聚合物中，微量的添加便可实现导电性的大幅度提升，但是绝缘性能的大幅度劣化后的复合材料是无法应用在电气绝缘领域中，利用化学方法对碳纳米管进行氟化所得的氟化碳纳米管既保留了碳纳米管原有的力学性能与耐磨性等优点同时，其有导体也变为绝缘体，其作为填料填充聚合物，可在提升力学性能的同时，不劣化其绝缘性能。

聚酰亚胺作为具有优异性能的高分子薄膜材料，在电力能源的传输、轨道交通、航空航天及能量储存等方面上都有所应用，且其应用领域还在不断拓展，同时其也是迄今为止在工业上实际应用的耐热等级最高的高聚物材料之一，它在极宽温度范围内，具有优异的电气、机械、化学及耐辐射性，是机电行业绝缘首选材料之一，然而聚酰亚胺材料在实际应用中易于吸收空气中的水蒸气，且带来材料的过早失效，产生安全隐患。

发明内容

本发明的目的是要进一步提高纯聚酰亚胺介电常数，提高其电绝缘性能和力学性能，解决其在特殊领域应用受到限制的问题，而提供一种高疏水氟化碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法。

一种高疏水氟化碳纳米管/聚酰亚胺复合材料的制备方法是按以下步骤完成的：

一、制备氟化碳纳米管：

①、将多壁碳纳米管置于密闭容器中；

②、对密闭容器中进行抽真空，直至密闭容器内的压力降至1Pa以下；再向密闭容器中通入氩气，直至密闭容器内压力升至10⁵Pa；

③、重复步骤一②3次～5次；

④、向密闭容器中通入氩气与氟气的混合气体，至密闭容器中的压力升至0.5atm～1atm，再在压力为0.5atm～1atm下以3℃/min～5℃/min的升温速率从室温升温至150℃～300℃，再在压力为0.5atm～1atm和温度为150℃～300℃下保温1h～3h，得到氟化碳纳米管；

步骤一④所述的氩气与氟气的混合气体中氩气与氟气的比为1:(1～10)；

二、原位聚合法得到高疏水氟化碳纳米管/聚酰亚胺复合材料：

①、将步骤一中得到的氟化碳纳米管加入到二甲基乙酰胺中，再在搅拌速度为100r/min～300r/min下搅拌反应2h～5h，再在超声功率为100W～500W下超声处理12h～24h，得到氟化碳纳米管的质量分数为0.5％～5％的氟化碳纳米管分散液；

②、向氟化碳纳米管的质量分数为0.5％～5％的氟化碳纳米管分散液加入二胺，再在超声功率为100W～300W下超声处理2h～6h，再在搅拌速度为100r/min～300r/min下分5次加入二酐，再在搅拌速度为100r/min～300r/min下搅拌12h～24h，得到含有聚酰胺酸和氟化碳纳米管的溶液；

步骤二②中所述的二胺为4,4′-二氨基二苯醚；

步骤二②中所述的二酐为联苯型二酐或均苯型二酐；所述的联苯型二酐为3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐；所述的均苯型二酐为均苯四甲酸二酐；

步骤二②中所述的二胺的质量与氟化碳纳米管的质量分数为0.5％～5％的氟化碳纳米管分散液的体积比为3g:(50mL～60mL)；

步骤二②中所述的二胺与二酐的摩尔比为1:1；

③、将含有聚酰胺酸和氟化碳纳米管的溶液在，室温下的真空箱中静置2h～8h，再流延、旋涂或铺膜于洁净的板上，再以3～6℃/min的升温速率从室温升温至80℃，并在80℃下保温1h；

再以3～6℃/min的升温速率从80℃升温至120℃，再在120℃下保温1h；

再以3～6℃/min的升温速率从120℃升温至150℃，再在150℃下保温1h；

再以3～6℃/min的升温速率从150℃升温至210℃，再在210℃下保温1h；

再以3～6℃/min的升温速率从210℃升温至240℃，再在240℃下保温1h；

再以3～6℃/min的升温速率从240℃升温至300℃，再在300℃下保温1h；

再以3～6℃/min的升温速率从300℃升温至350℃，再在350℃下保温1h；

再自然降温至室温，脱模，得到高疏水氟化碳纳米管/聚酰亚胺复合材料。

本发明的优点：