本发明涉及聚酰亚胺薄膜技术领域，尤其涉及一种聚酰亚胺薄膜及其制备方法。
背景技术：
聚酰亚胺因其优异的绝缘性能、机械性能和耐高温性能被广泛应用于变频电机、集成电路、燃料电池、航空航天等领域。随着电子信息技术的飞速发展，电子器件的运行速度越来越快，其散发的热量也越来越多。而热量的积聚会严重影响电子器件的稳定性，甚至会带来安全隐患。
而常规用作电子电路绝缘基材的聚酰亚胺薄膜的导热性较低，需要增强其导热性。目前常通过添加碳纤维、氮化硼等导热填料来改善聚酰亚胺薄膜的导热性，但是随着导热性的提高，聚酰亚胺薄膜的绝缘性能和机械性能会降低，会对电子器件的使用产生安全隐患。
技术实现要素：
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种聚酰亚胺薄膜及其制备方法，本发明具有良好的导热性，同时绝缘性好，机械性能高。
本发明提出的一种聚酰亚胺薄膜，其原料包括：聚酰亚胺和改性碳纤维；
其中，在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维进行酸洗得到中间纤维；将中间纤维均匀分散在乙醇水溶液中，用氨水调节ph＝9.5-10，再加入正硅酸乙酯，进行反应，然后离心，取沉淀洗涤，烘干得到二氧化硅包覆碳纤维；将二氧化硅包覆碳纤维超声分散在3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液中，超声搅拌，过滤，洗涤滤饼，烘干得到改性碳纤维。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，中间纤维和正硅酸乙酯的重量比为1:1-1.4。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，酸洗温度为60-70℃，酸洗时间为4-5h。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，反应温度为60-70℃，反应时间为8-10h。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，超声搅拌的温度为60-70℃，超声搅拌的时间为2-3h。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维在浓硝酸中超声酸洗。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维进行酸洗，然后水洗，烘干得到中间纤维。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，乙醇水溶液的体积分数为80-90％。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的质量分数为5-7wt％。
优选地，在改性碳纤维的制备过程中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的溶剂为乙醇和水，其中，乙醇和水的体积比为90-95:5-10。
优选地，聚酰亚胺薄膜中，改性碳纤维的含量为20-30wt％。
本发明还公开了上述聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：在惰性气体氛围中，取芳香型二胺、改性碳纤维、芳香型二酐在反应溶剂中进行反应得到中间物料；取中间物料脱泡并涂布于基板表面，亚胺化，脱膜得到聚酰亚胺薄膜。
优选地，芳香型二胺为4,4'-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基苯中的至少一种。
优选地，芳香型二酐为3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐中的至少一种。
优选地，反应温度为40-60℃，反应时间为6-8h。
优选地，亚胺化的程序为：分别于100-120℃、150-170℃、200-220℃、280-300℃保温20-30min，再于350℃保温5-10min。
优选地，中间物料的固含量为15-25wt％。
优选地，反应溶剂为n,n-二甲基乙酰胺。
本发明将碳纤维进行酸洗，使得碳纤维表面分布大量的羟基，然后与正硅酸乙酯反应，使得正硅酸乙酯水解得到二氧化硅，并且二氧化硅与碳纤维表面的羟基键合，从而得到二氧化硅包覆的碳纤维，然后用3-氨基丙基三乙氧基硅烷接枝二氧化硅最终得到改性碳纤维；用二氧化硅将碳纤维包覆，再参与中间物料即聚酰胺酸树脂的制备，可以在提高聚酰亚胺的导热性的同时，避免聚酰亚胺绝缘性降低的问题；用3-氨基丙基三乙氧基硅烷接枝二氧化硅包覆的碳纤维，可以改善改性碳纤维在中间物料中的分散性，从而提高本发明的机械性能；且3-氨基丙基三乙氧基硅烷中氨基可以参与反应，使得填料与聚酰胺酸树脂紧密结合，进一步增加本发明的导热性和机械性能；选用适宜的芳香型二胺、芳香型二酐以及制备工艺，可以进一步提高聚酰亚胺薄膜的耐热性和机械性能。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种聚酰亚胺薄膜，其原料包括：聚酰亚胺和改性碳纤维，其中，改性碳纤维的含量为20wt％；
在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维在浓硝酸中，于70℃超声酸洗4h，然后水洗，烘干得到中间纤维；将中间纤维均匀分散在体积分数为90％的乙醇水溶液中，用氨水调节ph＝9.5，再加入正硅酸乙酯，于70℃搅拌反应8h，然后离心，取沉淀洗涤，烘干得到二氧化硅包覆碳纤维；将二氧化硅包覆碳纤维超声分散在质量分数为7wt％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液中，于70℃超声搅拌2h，过滤，洗涤滤饼，烘干得到改性碳纤维，其中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的溶剂为乙醇和水，其中，乙醇和水的体积比为95:5，中间纤维和正硅酸乙酯的重量比为1:1.4。
上述聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：在氮气氛围中，向4,4'-二氨基二苯醚的n,n-二甲基乙酰胺溶液中加入改性碳纤维混匀，然后加入3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，于40℃反应8h，然后用n,n-二甲基乙酰胺调节固含量为15wt％得到中间物料；取中间物料脱泡并涂布于基板表面，分别于120℃、170℃、220℃、300℃保温20min，再于350℃保温10min，脱膜得到聚酰亚胺薄膜，其中，4,4'-二氨基二苯醚和3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐的摩尔比为1:1。
实施例2
一种聚酰亚胺薄膜，其原料包括：聚酰亚胺和改性碳纤维，其中，改性碳纤维的含量为30wt％；
在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维在浓硝酸中，于60℃超声酸洗5h，然后水洗，烘干得到中间纤维；将中间纤维均匀分散在体积分数为80％的乙醇水溶液中，用氨水调节ph＝10，再加入正硅酸乙酯，于60℃搅拌反应10h，然后离心，取沉淀洗涤，烘干得到二氧化硅包覆碳纤维；将二氧化硅包覆碳纤维超声分散在质量分数为5wt％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液中，于60℃超声搅拌3h，过滤，洗涤滤饼，烘干得到改性碳纤维，其中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的溶剂为乙醇和水，其中，乙醇和水的体积比为90:10，中间纤维和正硅酸乙酯的重量比为1:1。
上述聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：在氮气氛围中，向4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基苯的n,n-二甲基乙酰胺溶液中加入改性碳纤维混匀，然后加入3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐，于60℃反应6h，然后用n,n-二甲基乙酰胺调节固含量为25wt％得到中间物料；取中间物料脱泡并涂布于基板表面，分别于100℃、150℃、200℃、280℃保温30min，再于350℃保温5min，脱膜得到聚酰亚胺薄膜，其中，4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基苯和3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐的摩尔比为1:1。
实施例3
一种聚酰亚胺薄膜，其原料包括：聚酰亚胺和改性碳纤维，其中，改性碳纤维的含量为25wt％；
在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维在浓硝酸中，于65℃超声酸洗4.5h，然后水洗，烘干得到中间纤维；将中间纤维均匀分散在体积分数为85％的乙醇水溶液中，用氨水调节ph＝9.7，再加入正硅酸乙酯，于65℃搅拌反应9h，然后离心，取沉淀洗涤，烘干得到二氧化硅包覆碳纤维；将二氧化硅包覆碳纤维超声分散在质量分数为6wt％的3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液中，于65℃超声搅拌2.5h，过滤，洗涤滤饼，烘干得到改性碳纤维，其中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的溶剂为乙醇和水，其中，乙醇和水的体积比为95:5，中间纤维和正硅酸乙酯的重量比为1:1.2。
上述聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：在氮气氛围中，向4,4'-二氨基二苯醚的n,n-二甲基乙酰胺溶液中加入改性碳纤维混匀，然后加入4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐，于50℃反应7h，然后用n,n-二甲基乙酰胺调节固含量为20wt％得到中间物料；取中间物料脱泡并涂布于基板表面，分别于110℃、160℃、210℃、290℃保温25min，再于350℃保温7min，脱膜得到聚酰亚胺薄膜，其中，4,4'-二氨基二苯醚和4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐的摩尔比为1:1。
对比例1
无改性碳纤维，其他同实施例3。
检测实施例1-3和对比例1制得的聚酰亚胺薄膜的性能，结果如下表所示：
由上表可以看出，本发明具有良好的导热性，且同时具有良好的绝缘性和机械性能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
1.一种聚酰亚胺薄膜，其特征在于，其原料包括：聚酰亚胺和改性碳纤维；
其中，在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维进行酸洗得到中间纤维；将中间纤维均匀分散在乙醇水溶液中，用氨水调节ph＝9.5-10，再加入正硅酸乙酯，进行反应，然后离心，取沉淀洗涤，烘干得到二氧化硅包覆碳纤维；将二氧化硅包覆碳纤维超声分散在3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液中，超声搅拌，过滤，洗涤滤饼，烘干得到改性碳纤维。
2.根据权利要求1所述聚酰亚胺薄膜，其特征在于，在改性碳纤维的制备过程中，中间纤维和正硅酸乙酯的重量比为1:1-1.4。
3.根据权利要求1或2所述聚酰亚胺薄膜，其特征在于，在改性碳纤维的制备过程中，酸洗温度为60-70℃，酸洗时间为4-5h；优选地，在改性碳纤维的制备过程中，反应温度为60-70℃，反应时间为8-10h；优选地，在改性碳纤维的制备过程中，超声搅拌的温度为60-70℃，超声搅拌的时间为2-3h。
4.根据权利要求1-3任一项所述聚酰亚胺薄膜，其特征在于，在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维在浓硝酸中超声酸洗；优选地，在改性碳纤维的制备过程中，取碳纤维进行酸洗，然后水洗，烘干得到中间纤维。
5.根据权利要求1-4任一项所述聚酰亚胺薄膜，其特征在于，在改性碳纤维的制备过程中，乙醇水溶液的体积分数为80-90％。
6.根据权利要求1-5任一项所述聚酰亚胺薄膜，其特征在于，在改性碳纤维的制备过程中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的质量分数为5-7wt％；优选地，在改性碳纤维的制备过程中，3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶液的溶剂为乙醇和水，其中，乙醇和水的体积比为90-95:5-10。
7.根据权利要求1-6任一项所述聚酰亚胺薄膜，其特征在于，聚酰亚胺薄膜中，改性碳纤维的含量为20-30wt％。
8.一种如权利要求1-7任一项所述聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在惰性气体氛围中，取芳香型二胺、改性碳纤维、芳香型二酐在反应溶剂中进行反应得到中间物料；取中间物料脱泡并涂布于基板表面，亚胺化，脱膜得到聚酰亚胺薄膜。
9.根据权利要求8所述聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，芳香型二胺为4,4'-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基-2,2’-双三氟甲基苯中的至少一种；优选地，芳香型二酐为3,3',4,4'-联苯四甲酸二酐、4,4’-(六氟异丙烯)二酞酸酐中的至少一种。
10.根据权利要求8或9所述聚酰亚胺薄膜的制备方法，其特征在于，反应温度为40-60℃，反应时间为6-8h；优选地，亚胺化的程序为：分别于100-120℃、150-170℃、200-220℃、280-300℃保温20-30min，再于350℃保温5-10min；优选地，中间物料的固含量为15-25wt％；优选地，反应溶剂为n,n-二甲基乙酰胺。
技术总结