[发明专利]一种导热电绝缘聚酰亚胺薄膜

说明书

本发明公开了一种导热电绝缘聚酰亚胺薄膜，主要由聚多巴胺包覆碳纳米管、氮化硼纳米片、4,4'‑二氨基二苯醚、二酐单体经聚合反应，再经涂膜、热亚胺化得到。本发明使用两种纳米粒子作为填料，碳纳米管具有良好的传热性能，且具有非常大的长径比，在导热通道建立过程中，呈针状的碳纳米管可以在导热过程中起到连接氮化硼纳米片的作用，两种填料的协同作用极大的提高了聚酰亚胺的导热系数。同时，碳纳米管作为常见的碳材料具有很强的导电能力，容易限制聚酰亚胺薄膜的使用范围，因此，使用聚多巴胺将碳材料包裹起来，抑制其导电能力，制备出的聚酰亚胺符合电绝缘材料的标准。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺薄膜技术领域，涉及一种含有碳材料的导热电绝缘聚酰亚胺薄膜。

背景技术

聚酰亚胺是高性能工程塑料之一，因具有优异的力学性能、热稳定性能和电绝缘性能在电气电子行业而被广泛应用。

目前，随着新能源汽车的普及，新能源电机为聚酰亚胺薄膜带来了广阔的市场。变频电机主要采用脉宽调制(PWM)驱动技术，而PWM技术脉冲过电压产生的局部放电会产生大量的热量，如果不能及时散热，会引起电机过热。未添加填料的纯聚酰亚胺导热系数一般很低，大概在0.1～0.3W/(m·K)之间。目前市面上添加非金属与非碳材料的填料，如陶瓷填料氧化铝等，在添加量为20％左右时，聚酰亚胺导热系数一般为0.5～1.5W/(m·K)之间。显然，这并不能满足需要更高导热要求的PWM驱动技术的需求。因此，提升变频电机匝间绝缘材料的导热性能非常关键。

发明内容

为解决现有技术聚酰亚胺在电气电子行业中应用所遇到的的上述问题，本发明提供一种含有碳材料的导热电绝缘聚酰亚胺薄膜，该聚酰亚胺薄膜电绝缘性能好同时具有优异的导热性能。具体的，本发明采用以下技术方案实现：

本发明所述的一种导热电绝缘聚酰亚胺薄膜，主要由聚多巴胺包覆碳纳米管、氮化硼纳米片、4,4'-二氨基二苯醚、二酐单体经聚合反应，再经涂膜、热亚胺化得到。

对于上述所述的导热电绝缘聚酰亚胺薄膜，其中，优选的，所述聚多巴胺包覆碳纳米管是通过将碳纳米管与多巴胺在室温进行混合反应12～24h得到。

对于上述所述的导热电绝缘聚酰亚胺薄膜，其中，优选的，聚多巴胺包覆碳纳米管采用50～100重量份碳纳米管，5～30重量份多巴胺进行反应得到；更优选50重量份碳纳米管与5～30重量份多巴胺。优选的，所述的碳纳米管为5-30nm的单壁、多壁碳纳米管中的一种或多种的混合物。

作为优选方案，所述聚多巴胺包覆碳纳米管具体可采用如下方法制备得到：称取50～100份碳纳米管(CNTs)，分散于5000份缓冲液，搅拌均匀后超声2～3h，加入5～30份多巴胺(DA)。室温反应12～24h，反应结束后用乙醇洗涤三次，离心，60℃真空干燥24h，得到聚多巴胺包覆碳纳米管(PDA@CNTs)。所述缓冲液为三羟甲基氨基甲烷和盐酸的水溶液(Tris-HCl)，pH＝8.5。

对于上述所述的导热电绝缘聚酰亚胺薄膜，其中，优选的，所述的氮化硼纳米片的粒径为80～120nm。氮化硼纳米片粒径过小或过大则与碳纳米管不能构成协同效应，不利于导热性能的发挥。同时，发明人研究发现如采用1μm的氮化硼，结果发现沉降较为严重，而纳米级氮化硼则可以有效避免沉降。本发明中，两种填料碳纳米管和氮化硼，通过大小粒径不同以及不同添加比例，使得小尺寸碳纳米管能够更好的填充在大尺寸片状氮化硼缝隙中，构成良好的导热通路，提高了导热系数，而过大的碳纳米管也不能起到填充缝隙作用。另外，本发明中的氮化硼纳米片和碳材料一样起到导热作用，但单纯添加氮化硼与单纯添加碳材料一样，单一填料所制备的聚酰亚胺薄膜导热系数都不高，详见实验例。

对于上述所述的导热电绝缘聚酰亚胺薄膜，其中，优选的，所述的二酐单体为均苯四甲酸二酐、3,3',4,4'-二苯醚四甲酸二酐的一种或两种的混合物。