專利名稱：一種耐電暈聚酰亞胺薄膜及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種的及其制備方法，更確切地說涉及一種耐電暈聚酰亞胺薄膜及其制備方法，屬于電氣絕緣技術領域。
背景技術：
用于電氣絕緣的有機薄膜品種很多，主要有聚酯(聚對苯二甲酸乙二酯)薄膜，聚丙烯薄膜，聚氯乙烯薄膜，聚乙烯薄膜，聚苯乙烯薄膜，聚酰亞胺薄膜等。作為既能耐高溫，又能抗電暈的高性能絕緣薄膜，聚酰亞胺薄膜(簡稱PI薄膜)無疑是首選。
聚酰亞胺是重復單元中含有酰亞胺基團的芳雜環聚合物化合物，由有機芳香二酸酐和有機芳香二胺經過熔融縮聚法或溶液縮聚法反應生成聚酰胺酸，經過熱或化學酰亞胺化得到的聚合物材料，所以合成聚酰亞胺的第一步是制備聚酰胺酸。
一般按如下順序進行將芳香族二胺溶解于適當的溶劑里，一邊攪拌，一邊少量地向該溶液加入等克分子量的干燥四羧酸二酐。加入二酐后溶液的粘度逐漸增大，當反應混合物里的物料比率接近等克分子值時，溶液的粘度急劇地增高，反應在15℃-20℃下進行，在這個溫度下，能生成高分子量的聚酰胺酸。整個反應在極性溶劑中進行，能使物料牢固締合，二胺與四羧酸二酐生成活潑的締合物，反應所用最好的溶劑是N.N二甲基乙酰胺，N.N二甲基甲酰胺，以及N-甲基1-2吡咯烷酮。實際應用時，這些溶劑既可單獨使用，也可與苯，二惡烷，二甲苯，甲苯，環已烷等溶劑混合使用。第二步是對生成的聚酰胺酸進行亞胺化處理。將縮聚的聚酰胺酸通過流延機，在300℃溫度下脫水環化，經10分鐘左右可得聚酰亞胺薄膜，此時PI膜的酰亞胺化程度可達95％，然后用輥筒進行縱向拉伸，再用拉幅機拉寬制取雙軸拉伸PI薄膜。
用上述方法制得的PI薄膜除了不具備抗電暈性能外，各項絕緣性能十分優良，在-269℃到+400℃范圍內能顯示優異的物理，機械和電氣性能。PI薄膜沒有熔點，其玻璃化溫度介于360-410℃之間，PI薄膜的熱穩定性非常好，在空氣中500℃時才發生熱分解，PI薄膜的電性能(介電常數，體積電阻率，介電強度，tgδ值)及機械性能(伸長率，抗張強度，收縮率)基本上不受溫度的影響。此外PI薄膜還具有優異的抗壓縮蠕變性，耐紫外輻射性，對各種化學藥品具有很強的抵抗能力。PI薄膜的耐溫指數很高，諾以20000h壽命計，其伸長率的溫度指數以245℃，抗張強度的溫度指數為350℃，是各種絕緣薄膜中最好的。
近幾年來，變頻電機的使用范圍越來越廣。高效，節能，易于控制等優點使變頻電機在冶金，起重，機車牽引諸領域大有替代直流調速趨勢，特別是絕緣柵雙極晶體管(IGBT)問世以來，載波頻率從雙極晶體管(GTR)時的1-2K左右提高到10-20K左右，對電機絕緣帶來了突出問題。大量瞬間脈沖尖峰電壓施加在匝間(特別是首匝)絕緣上，導致電機絕緣過早損壞，嚴重影響電機運行可靠性。有鑒于此，美國NEMA標準作了相應改動，對一般用途電機的考核由MG1，Part30(峰值1000V，2us上升時間)改為MG1，Part31(峰值1600V，0.1us上升時間)，提高了對電機匝間絕緣耐高頻脈沖的要求。
為滿足變頻電機的廣闊市場要求，電磁線行業必須努力開發適應高頻脈沖電壓，耐電暈的電磁線。對高壓變頻電機而言，必須研制耐電暈的聚酰亞胺薄膜(CRPI膜)，用它制造繞包線，以解決普通PI薄膜不耐電暈的弱點。而對量大面廣的低壓電機，則通過耐高頻脈沖的漆包線，來滿足低壓變頻電機的需要。
發明內容
本發明的目的在于提供一種耐電暈聚酰亞胺薄膜及其制備方法，用此方法制備的薄膜耐電暈在高頻脈沖電壓下不會導致擊穿，從而滿足了對電機匝間絕緣耐高頻脈沖的要求。
為達到上述目的，本發明的技術方案是采用其制備方法即溶膠-凝膠法，使無機組份與聚酰亞胺前驅體聚酰胺酸形成鍵聯，先制得聚酰胺酸(PAA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液(DMAc)，在攪拌下加入正硅酸乙酯硫酸鋁，水和催化劑制得PAA雜化混合溶液，再亞胺化得PI/Al2O3和PI/SiO2雜化膜。可以制得SiO2和Al2O3含量70％的自支撐膜。將聚酰胺酸與三乙胺作用得到三乙胺的鹽，以甲醇為溶劑進行溶膠-凝膠化反應，使雜化膜的形態結構和相分離尺寸都有很大改善，可得到含20％Al2O3.SiO2的透明薄膜；采用含乙氧硅烷的二胺制得功能化的聚酰胺酸，SiO2產生化學鍵聯，SiO2含量即使達到70％仍可得到透明薄膜。用苯基三乙基硅氧烷(PTEO)代替TEOS得到SiO2含量45％且相容性良好的透明薄膜。另在溶膠-凝膠化過程中加入少量偶聯劑也可有效地增加兩相的相容性。
耐電暈聚酰亞胺薄膜，其成份配比為均苯四甲酸二酐以質量計占30％、4.4/一二氨基二苯醚以質量計占30％、二甲基乙醚胺以質量計占15％、正硅酸乙酯以質量計占5％、甲基三乙氧基硅烷以質量計占6％、異丙醇鋁以質量計占4％、N-甲基1-2吡咯烷酮以質量計占適量。
本發明的有益效果采用溶膠-凝膠法工藝制備的聚酰亞胺薄膜，是既能耐高溫，又能抗電暈的高性能絕緣薄膜，解決了普通PI薄膜不耐電暈的弱點，而對量大面廣的低壓電機，則通過耐高頻脈沖的漆包線，來滿足低壓變頻電機的需要，具有明顯的經濟效益和社會效益。
圖1為本發明的耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法的工藝流程圖。
具體實施方案以下結合附圖和實施例對本發明的耐電暈聚酰亞胺薄膜及其制備方法的工藝流程作比較詳細的說明。
參照圖1，這是本發明的耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法的工藝流程圖。
如圖所示，采用溶膠-凝膠法，其步驟是第一步先制得聚酰胺酸(PAA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液(DMAc)，第二步在攪拌下加入正硅酸乙酯硫酸鋁、水和催化劑制得PAA雜化混合溶液，第三步亞胺化得PI/Al2O3和PI/SiO2雜化膜，可以制得SiO2和Al2O3含量70％的自支撐膜，第四步將聚酰胺酸與三乙胺作用得到三乙胺的鹽，第五步以甲醇為溶劑進行溶膠-凝膠化反應，使雜化膜的形態結構和相分離尺寸都有很大改善，可得到含20％Al2O3.SiO2的透明薄膜，第六步采用含乙氧硅烷的二胺制得功能化的聚酰胺酸，SiO2產生化學鍵聯，SiO2含量即使達到70％仍可得到透明薄膜，第七步用苯基三乙基硅氧烷(PTEO)代替TEOS得到SiO2含量45％且相容性良好的透明薄膜，第八步在溶膠-凝膠化過程中加入少量偶聯劑有效地增加兩相的相容性。
將制得的聚酰胺酸/硅氧鋁溶膠復合溶液用銅網過濾后，在不銹鋼板上鋪成厚度均勻的薄膜，然后置于烘箱內于80℃下烘培2h，100℃下烘培1h，120℃下烘培1h，在220℃下烘培2h，300℃下烘培1h，350℃下烘培1h后停止加熱，待冷卻至室溫后不銹鋼板上剝下聚酰亞胺/SiO2/Al2O3復合薄膜。
耐電暈聚酰亞胺薄膜，其成份配比為均苯四甲酸二酐以質量計占30％、4.4/一二氨基二苯醚以質量計占30％、二甲基乙醚胺以質量計占15％、正硅酸乙酯以質量計占5％、甲基三乙氧基硅烷以質量計占6％、異丙醇鋁以質量計占4％、N-甲基1-2吡咯烷酮以質量計占適量。
溶液——凝膠法制得的PI薄膜耐電暈性能，如下表
綜合上述，可以看出，溶膠-凝膠法處理后，其耐電暈性能均有明顯提高，擊穿電壓和機械性能均滿足指標要求。
雖然本發明已參照上述的實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人員，應當認識到以上的實施例僅是用來說明本發明，應理解其中可作各種變化和修改而在廣義上沒有脫離本發明，所以并非作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神范圍內，對以上所述的實施例的變化、變形都將落入本發明權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種耐電暈聚酰亞胺薄膜，其特征在于將聚酰胺酸通過流延法涂膜和亞胺化工藝及亞胺化程度控制，再經過熱處理后，得到耐電暈聚酰亞胺薄膜，其成份配比為均苯四甲酸二酐以質量計占30％、4.4/一二氨基二苯醚以質量計占30％、二甲基乙醚胺以質量計占15％、正硅酸乙酯以質量計占5％、甲基三乙氧基硅烷以質量計占6％、異丙醇鋁以質量計占4％、N-甲基1-2吡咯烷酮以質量計占適量。
2.一種耐電暈聚酰亞胺薄膜的制備方法，其特征在于采用溶膠-凝膠法工藝，其步驟是第一步先制得聚酰胺酸(PAA)的N，N-二甲基乙酰胺溶液(DMAc)，第二步在攪拌下加入正硅酸乙酯硫酸鋁、水和催化劑制得PAA雜化混合溶液，第三步亞胺化得PI/Al2O3和PI/SiO2雜化膜，可以制得SiO2和Al2O3含量70％的自支撐膜，第四步將聚酰胺酸與三乙胺作用得到三乙胺的鹽，第五步以甲醇為溶劑進行溶膠-凝膠化反應，使雜化膜的形態結構和相分離尺寸都有很大改善，可得到含20％Al2O3.SiO2的透明薄膜，第六步采用含乙氧硅烷的二胺制得功能化的聚酰胺酸，SiO2產生化學鍵聯，SiO2含量即使達到70％仍可得到透明薄膜，第七步用苯基三乙基硅氧烷(PTEO)代替TEOS得到SiO2含量45％且相容性良好的透明薄膜，第八步在溶膠-凝膠化過程中加入少量偶聯劑有效地增加兩相的相容性。
3.如權利要2所述的耐電暈聚酰亞胺薄膜制備方法，其特征在于所述的混合溶液，是將制得的聚酰胺酸/硅氧鋁溶膠復合溶液用銅網過濾后，在不銹鋼板上鋪成厚度均勻的薄膜，然后置于烘箱內于80℃下烘培2h，100℃下烘培1h，120℃下烘培1h，在220℃下烘培2h，300℃下烘培1h，350℃下烘培1h后停止加熱，待冷卻至室溫后不銹鋼板上剝下聚酰亞胺/SiO2/Al2O3復合薄膜。
全文摘要
本發明涉及一種耐電暈聚酰亞胺薄膜，其成分配比為均苯四甲酸二酐以質量計占30％、4.4/一二氨基二苯醚以質量計占30％、二甲基乙醚胺以質量計占15％、正硅酸乙酯以質量計占5％、甲基三乙氧基硅烷以質量計占6％、異丙醇鋁以質量計占4％、N－甲基1－2吡咯烷酮以質量計占適量；其制備方法是聚酰胺酸在攪拌下加入正硅酸乙酯硫酸鋁、水和催化劑制得混合溶液，再亞胺化，可以制得自支撐膜，將聚酰胺酸與三乙胺作用，以甲醇為溶劑進行溶膠－凝膠化反應，可得到含20％Al
文檔編號C08K3/36GK1793231SQ20061002317
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月10日 優先權日2006年1月10日
發明者邵愛鳳 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司