一種碳系材料聚酰亞胺復(fù)合薄膜的合成的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合薄膜的合成，尤其涉及一種具體設(shè)計(jì)新型聚酰亞胺復(fù)合薄膜 的合成。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚酰亞胺薄膜的發(fā)展迄今為止已有五十多年的歷史，從最早的美國(guó)杜邦公司的均 苯型聚酰亞胺薄膜（Kapton)到現(xiàn)在數(shù)之不盡的品種和樣式。據(jù)統(tǒng)計(jì)，被用來(lái)合成聚酰亞胺 的二酐和二胺已達(dá)到了 200-300種，被合成并進(jìn)行研究的聚酰亞胺已達(dá)數(shù)千種。聚酰亞胺 薄膜屬于絕緣材料，具有很高的電阻率，在大型生產(chǎn)中極易產(chǎn)生大量的靜電荷積累，會(huì)引起 燃燒、爆炸等危險(xiǎn)事故。為了解決這一靜電荷積累問題，至今已用過或正在使用的方法是在 聚酰亞胺薄膜中填充導(dǎo)電材料，比如石墨、炭黑、金屬粉末、金屬纖維、金屬合金、無(wú)機(jī)電解 質(zhì)和金屬氧化物等導(dǎo)電物質(zhì)，但都是以一種物質(zhì)單獨(dú)加入，其抗靜電效果不理想，在聚酰亞 胺薄膜生產(chǎn)和使用過程中仍易發(fā)生因靜電荷積累而導(dǎo)致的燃燒、爆炸事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 鑒于碳系材料有其特有的優(yōu)勢(shì)，其體積電阻率為0. 1-1 Ω · cm，導(dǎo)電性穩(wěn)定持久， 能夠大幅度調(diào)整材料的導(dǎo)電性能。因此，為解決上述技術(shù)問題，我們選擇比導(dǎo)電高分子化 合物更適合的碳系材料混合物作為聚酰亞胺薄膜的填充物，從而為聚酰亞胺復(fù)合薄膜的合 成提供了一條新的經(jīng)濟(jì)的合成路線，豐富了聚酰亞胺復(fù)合薄膜的合成思路及方法。用碳系 材料作為抗靜電材料還有很多優(yōu)點(diǎn)，比如價(jià)格低廉、原料易得、機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫、添加量 少、性能穩(wěn)定。
[0004] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：原位聚合法制備不同比例的PI/RGO、PI/RG0+WMNT復(fù) 合薄膜，同樣的方法加入定量石墨烯和不同比例的碳納米管、二酐、二胺合成一系列聚酰亞 胺復(fù)合薄膜，以上制備步驟如下：
[0005] (1)碳系材料聚酰胺酸的制備，采用超聲分散-原位聚合法制備聚酰亞胺碳系復(fù) 合薄膜。在100ml圓底燒瓶中加入25ml DMAC，加入石墨烯0.8% (在此比例時(shí)，單一復(fù)合 薄膜的綜合性能最好），然后分別加入1 %、2 %、3 %、4 %、5 %、6 %的酸化碳納米管，超聲至 無(wú)明顯顆粒，加入2. 00g 0DA，機(jī)械攪拌lOmin，再分多次在lh內(nèi)緩慢加入2. 22g PMDA，機(jī)械 攪拌反應(yīng)5. 5h，得到顏色逐漸加深的聚酰胺酸溶液。
[0006] 反應(yīng)式如下：
[0007]
[0008] (2)將聚酰胺酸溶液放入真空栗中進(jìn)行抽濾除氣泡，然后在干凈的玻璃板上流延 成膜，將膜置于烘箱內(nèi)，在80、100、120、150°C下使膜成型，然后浸泡于蒸餾水中，刮下薄膜。 用不銹鋼鐵架固定好薄膜，置于馬弗爐中程序升溫，于100、150、200、250、300°(：下各111，反 應(yīng)式如下：
[0009]
[0010] ⑶步驟⑵反應(yīng)完全后，自然冷卻至室溫，即得到碳系材料聚酰亞胺復(fù)合薄膜。 再進(jìn)行一系列表征比較。
[0011]由聚酰亞胺和碳系材料合成復(fù)合薄膜的的工藝特點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)率高，薄膜性 能提高。同時(shí)，反應(yīng)處理過程中，0DA和PDMA的質(zhì)量最優(yōu)比為：1 : 1.02倍。且除氣泡用的 是真空栗進(jìn)行抽濾，時(shí)間為5-10分鐘。所使用的碳系材料符合綠色化學(xué)思想，碳系材料的 用量為10%以下。
[0012] 采用碳系混合材料作為絕緣材料聚酰亞胺薄膜的抗靜電性機(jī)理，是因?yàn)樘枷挡牧?不僅具有良好的導(dǎo)電性、機(jī)械性能、透明度高，用于聚酰亞胺薄膜上，在不影響其應(yīng)用的情 況下，還添加了抗靜電性。近幾年來(lái)，碳系材料作為研究課題，在實(shí)驗(yàn)研究中，越來(lái)越受廣大 科研工作者的關(guān)注。同時(shí)，碳系原料的價(jià)格便宜，易于儲(chǔ)存，穩(wěn)定性高，機(jī)械性能強(qiáng)。最主要 的是，透明度高，作為添加材料并不影響物質(zhì)本身的透過率。本文在前期的研究基礎(chǔ)上進(jìn)一 步選擇了簡(jiǎn)捷新穎、環(huán)境友好和價(jià)格低廉的碳系材料作為一種靜電添加劑，不僅增強(qiáng)原材 料的機(jī)械性能，同時(shí)保證了它的抗靜電性能。
【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為石墨烯的含量對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。
[0014] 圖2為0. 8%石墨烯和1%酸化碳納米管對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。
[0015] 圖3為0. 8%石墨烯和2%酸化碳納米管對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。
[0016] 圖4為0. 8%石墨烯和3%酸化碳納米管對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。
[0017] 圖5為0. 8%石墨烯和4%酸化碳納米管對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。
[0018] 圖6為0. 8%石墨烯和5%酸化碳納米管對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。
[0019] 圖7為0. 8%石墨烯和6%酸化碳納米管對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 實(shí)施例1在100ml圓底燒瓶中加入25ml DMAC，加入石墨烯0. 8%，然后分別加入 1%、的酸化碳納米管，超聲至無(wú)明顯顆粒，加入2. 00g 0DA，攪拌lOmin，再分多次在lh內(nèi)緩 慢加入2.22g PMDA，機(jī)械攪拌反應(yīng)5.5h，得到顏色逐漸加深的聚酰胺酸（PAA)溶液。在干 凈的玻璃板上流延成膜，將膜置于烘箱內(nèi)，80、100、120、150°C使膜成型，在蒸餾水中浸泡接 下。不銹鋼鐵架固定好薄膜，置于馬弗爐中程序升溫，100、150、200、250、300°(：各111。自然 冷卻至室溫，即得到聚酰亞胺/碳系材料復(fù)合膜。
[0021] 圖2為0. 8%石墨烯和1%酸化碳納米管對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。圖 中顯示：0. 8%石墨烯和1%酸化碳納米管的填充降低了聚酰亞胺薄膜的表面電阻率。
[0022] 實(shí)施例2采用超聲分散-原位聚合法制備聚酰亞胺碳系復(fù)合薄膜。在100ml圓 底燒瓶中加入25ml DMAC，加入石墨烯0.8% (在此比例時(shí)，單一復(fù)合薄膜的綜合性能最 好），然后分別加入2%的酸化碳納米管，超聲至無(wú)明顯顆粒，加入2. 00g 0DA，攪拌lOmin， 再分多次在lh內(nèi)緩慢加入2. 22g PMDA，機(jī)械攪拌反應(yīng)5. 5h，得到顏色逐漸加深的聚酰胺酸 (PAA)溶液。在干凈的玻璃板上流延成膜，將膜置于烘箱內(nèi)，80、100、120、150 °C使膜成型， 在蒸餾水中浸泡接下。不銹鋼鐵架固定好薄膜，置于馬弗爐中程序升溫，100、150、200、250、 300°C各lh。自然冷卻至室溫，即得到聚酰亞胺/碳系材料復(fù)合膜。
[0023] 圖3為0. 8%石墨烯和2%酸化碳納米管對(duì)聚酰亞胺薄膜表面電阻率的影響。圖 中顯示：0. 8%石墨烯和2%酸化碳納米管的填充降低了聚酰亞胺薄膜的表面電阻率。
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