【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种耐高温高绝缘复合电介质薄膜及其制备方法和应用，属于耐高温高绝缘聚酰亚胺材料及其制备。
技术介绍
1、聚合物薄膜电容器因其具有的高耐压性、超高功率密度、长寿命等特性而被广泛应用于先进的电气和电力电子系统中。但现有聚合物电介质的工作温度较低，难以满足混合动力汽车、航空航天电力系统和地下油气勘探对介电储能电容器工作在极端条件下日益增长的需求。如已被用作商业储能电介质材料的双向拉伸聚丙烯只能在85℃左右的工作温度下进行操作。
2、聚酰亚胺(pi)是分子骨架链上带有刚性酰亚胺链段结构的耐高温树脂基体，其芳杂结构使其具备出色的热稳定性，被认为是一类重要的可应用于高温储能的电介质材料，广泛应用于电子电工和航天航空等高科技领域。现有技术中采取无机相掺杂改性等方法来制备具有高储能密度的复合电介质材料，但是高体积分数无机填料的引入以及相容性差的问题使得材料内部产生载流子陷阱，导致能量损耗的增加，使材料的充放电效率和击穿场强降低。
技术实现思路
1、本专利技术为了解决现有聚酰亚胺电介质材料在高温环境下绝缘性能严重劣化的技术问题，提供一种耐高温高绝缘复合电介质薄膜及其制备方法和应用，具体的通过共价键合方式，向聚酰亚胺中引入硅烷结构单体，调整硅烷结构含量比例，制备得到在高温下具有优异绝缘特性的聚酰亚胺复合电介质。
2、本专利技术的技术方案：
3、本专利技术的目的之一是提供一种耐高温高绝缘复合电介质薄膜的制备方法，该方法包括以下步骤：
4、(1
5、(2)向氟化聚酰胺酸胶液中加入硅烷，真空条件下搅拌，得到含硅烷的氟化聚酰胺酸胶液；
6、(3)采用涂布方法利用含硅烷的氟化聚酰胺酸胶液制备湿膜，湿膜亚胺化处理，得到耐高温高绝缘复合电介质薄膜。
7、进一步限定，(1)的具体操作过程为：将含氟二胺加入到有机溶剂中，搅拌使其完全溶解，然后加入含氟二酐，再真空条件下经缩聚反应，得到氟化聚酰胺酸胶液。
8、进一步限定，含氟二胺为芳香族三氟甲基二胺单体，含氟二酐为芳香族六氟二酐单体。
9、更进一步限定，含氟二胺为2,2'-双(三氟甲基)二氨基联苯，含氟二酐为4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐。
10、进一步限定，含氟二胺和含氟二酐的摩尔比为(1～1.08)：(1.02～1.2)。
11、进一步限定，(1)缩聚反应体系中含氟二胺和含氟二酐的质量分数均为12％～35％。
12、进一步限定，有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、四氢呋喃中的一种或多种以任意比例混合。
13、进一步限定，(1)中缩聚温度为-10～40℃，时间为2～24h。
14、更进一步限定，(1)中缩聚温度为-5～10℃，时间为2～24h。
15、进一步限定，(2)的具体操作过程为：将含硅烷的氟化聚酰胺酸胶液倒在干净的玻璃基板表面，采用刮涂、旋涂或滴涂的方式使其涂覆于玻璃基板上，形成湿膜，经热亚胺化处理，自然降温至室温后，得到耐高温高绝缘复合电介质薄膜。
16、更进一限定，刮涂的涂膜速度为10～25cm/min，时间为10～60s。
17、更进一限定，刮涂的涂膜速度为15～20cm/min，时间为10～60s。
18、更进一限定，刮涂的涂膜速度为15～20cm/min，时间为20～40s。
19、进一步限定，(2)中硅烷为3-氨基丙基三乙氧基硅烷；硅烷添加量为氟化聚酰胺酸胶液的1～5wt％。
20、进一步限定，(1)和(2)中真空条件采用阶梯真空方式实现，具体的阶梯真空的每段真空度梯度间隔为1～5pa，真空速率为1～2pa/min，每段恒定真空时间为30～180min。
21、更进一步限定，(1)和(2)中真空条件采用阶梯真空方式实现，具体的阶梯真空的每段真空度梯度间隔为1～5pa，真空速率为1～2pa/min，每段恒定真空时间为60～120min。
22、进一步限定，(3)中亚胺化采用梯度升温方式实现，具体的梯度升温的每段温度梯度间隔为20～50℃，升温速率为3～15℃/min，每段恒温时间为30～720min。
23、进一步限定，(3)中亚胺化采用梯度升温方式实现，具体的梯度升温的每段温度梯度间隔为20～50℃，升温速率为3～15℃/min，每段恒温时间为60～720min。
24、本专利技术的目的之二是提供一种上述制备方法得到的耐高温高绝缘复合电介质薄膜，该薄膜厚度为3～20μm。
25、本专利技术的目的之三是提供一种上述耐高温高绝缘复合电介质薄膜的应用，具体的作为高温储能用于电气绝缘器件的制备。
26、进一步限定，电气绝缘器件包括但不限于高功率脉冲电源、混合动力汽车和电磁武器等快速充放电
27、有益效果：
28、本专利技术从分子结构调控角度入手，通过原位聚合法制备了氟化聚酰亚胺电介质(f-pi)，同时采用共价键合方式将含硅烷结构的单体与f-pi的链端结合，在主链上引入硅氧柔性结构，降低聚酰亚胺的刚性且抑制其发生链段的紧密堆积，从而减少分子内作用力，显著抑制了电介质内部的载流子输运，改善材料在高温下的储能特性。使得引入硅烷的氟化聚酰亚胺复合电介质材料，在高温和高场条件下，具有更高的击穿场强和储能密度。具体的在150℃下，复合电介质材料的直流击穿场强达到810.3mv/m，并且在150℃、800mv/m下，复合电介质的储能密度为7.76j/cm3。此外，与现有技术相比还具有制备工艺及所需设备简单，安全可靠，成本较低，更有利于其在电气绝缘器件上的广泛应用。
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1.一种耐高温高绝缘复合电介质薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中含氟二胺为芳香族三氟甲基二胺单体，含氟二酐为芳香族六氟二酐单体；含氟二胺和含氟二酐的摩尔比为(1～1.08)：(1.02～1.2)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，含氟二胺为2,2'-双(三氟甲基)二氨基联苯，含氟二酐为4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)缩聚反应体系中含氟二胺和含氟二酐的质量分数均为12％～35％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)中硅烷为3-氨基丙基三乙氧基硅烷；硅烷添加量为氟化聚酰胺酸胶液的1～5wt％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)和(2)中真空条件采用阶梯真空方式实现，具体的阶梯真空的每段真空度梯度间隔为1～5pa，真空速率为1～2pa/min，每段恒定真空时间为30～180min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中缩聚温度为-10～
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(3)中亚胺化采用梯度升温方式实现，具体的梯度升温的每段温度梯度间隔为20～50℃，升温速率为3～15℃/min，每段恒温时间为30～720min。
9.一种权利要求1～8任一项所述的制备方法得到的耐高温高绝缘复合电介质薄膜，其特征在于，厚度为3～20μm。
10.一种权利要求9所述的耐高温高绝缘复合电介质薄膜的应用，其特征在于，用于电气绝缘器件的制备。
...【技术特征摘要】
1.一种耐高温高绝缘复合电介质薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)中含氟二胺为芳香族三氟甲基二胺单体，含氟二酐为芳香族六氟二酐单体；含氟二胺和含氟二酐的摩尔比为(1～1.08)：(1.02～1.2)。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，含氟二胺为2,2'-双(三氟甲基)二氨基联苯，含氟二酐为4,4'-(六氟异丙烯)二酞酸酐。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(1)缩聚反应体系中含氟二胺和含氟二酐的质量分数均为12％～35％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，(2)中硅烷为3-氨基丙基三乙氧基硅烷；硅烷添加量为氟化聚酰胺酸胶液的1～5wt％。
6.根据权利要求1所述的制备方...
【专利技术属性】
技术研发人员：张昌海，张佳琦，张天栋，迟庆国，唐超，张月，张永泉，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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