本發(fā)明涉及聚酰亞胺膜，尤其涉及一種聚酰亞胺膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、人工石墨膜因其高熱導率、輕薄性及良好的電磁屏蔽性能等特點在電子電器、航空航天等產(chǎn)品熱管理方面具有廣泛的應(yīng)用。常見的人工石墨膜主要是由聚酰亞胺膜經(jīng)2800-3200?℃高溫處理后制備，該方法制備的石墨膜相比于cvd法、氧化石墨還原法等途徑具有石墨膜結(jié)構(gòu)完整、晶體結(jié)構(gòu)缺陷少、碳原子有序程度高等顯著優(yōu)勢，熱導率可達到1400-1950?w?m-1?k-1。

2、目前隨著微電子器件集成度的不斷提高，對導熱石墨膜提出了更高的要求，主要向高厚度、高導熱率方向發(fā)展。然而，當前聚酰亞胺基膜的厚度主要在25-75?μm，這難以滿足高厚度石墨膜的應(yīng)用要求。為了解決上述問題，公告號為cn201910055344.5的發(fā)明專利公開了一種添加熱塑性聚酰亞胺及井噴式涂布制備聚酰亞胺膜的方法，該聚酰亞胺膜的厚度可達到150-300?μm，但這種引入熱塑性聚酰亞胺的方式會損害聚酰亞胺膜的耐熱穩(wěn)定性，且工藝復雜。公告號為cn201910650702.7的發(fā)明專利中通過采用添加流動促進劑的方式，提高了高濃度、高粘度鑄膜液的成膜性，所制備聚酰亞胺膜的厚度為50-125?μm，然而，這種添加小分子流動促進劑的方法，不可避免會在膜內(nèi)形成微缺陷，影響聚酰亞胺膜的均勻性和穩(wěn)定性。相對于傳統(tǒng)厚度的聚酰亞胺膜而言，如何提高高濃度、高粘度鑄膜液的流動性和成膜性，以及如何實現(xiàn)厚膜在流延、縱向拉伸、橫向拉伸及熱環(huán)化等過程中的均勻傳質(zhì)傳熱及均勻熱環(huán)化是開發(fā)聚酰亞胺膜的重點和難點。為了解決上述問題，本發(fā)明中提出了一種聚酰亞胺膜及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種聚酰亞胺膜，所述聚酰亞胺膜由以下組分組成的鑄膜液通過流延、雙向拉伸、亞胺化和收卷工藝制備而成，包括：

2、聚酰胺脂，其在所述鑄膜液中的重量百分比為10%-12%；

3、聚酰胺酸，其在所述鑄膜液中的重量百分比為83%-88%；

4、溶劑，其在所述鑄膜液中的重量百分比為83%-88%；

5、叔胺類催化劑，其在所述鑄膜液中的重量百分比為2%-5%；

6、其中，利用所述聚酰胺脂的分子之間的相互作用力低，以及所述聚酰胺脂的分子與所述溶劑的分子間相互作用力高，以便于所述鑄膜液的輸送和脫泡，所述聚酰胺脂可用作高濃度聚酰胺酸溶液的流動促進劑；利用所述叔胺類催化劑的堿性強度以使所述聚酰胺脂和所述聚酰胺酸的熱環(huán)化反應(yīng)更加的均勻，從而解決了傳統(tǒng)工藝中聚酰亞胺膜厚度高，傳熱傳質(zhì)困難，亞胺化程度不均勻的問題。

7、可選的，所用鑄膜液的濃度為25-35?wt%，室溫下表觀粘度為1000-3000?泊。

8、可選的，所述聚酰亞胺膜的厚度為75-200?μm。

9、可選的，所述聚酰亞胺膜的拉伸強度為140-290?mpa，模量為2.2-7.5gpa，斷裂延伸率為25%-65%。

10、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種所述的聚酰亞胺膜的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

11、s1：在保護氣體下，將二酐單體和甲醇或乙醇在四氫呋喃溶劑中70?℃加熱回流2-4?h，其中二酐單體與二醇的摩爾比為1?:?2，反應(yīng)完成后，通過沉析、洗滌、干燥制備二羧酸脂；

12、s2：在氮氣保護下，將上述二羧酸酯溶解在極性非質(zhì)子溶劑中，待溶解完全后，向溶液中加入等摩爾量的二胺單體和催化劑n,n'-二異丙基碳二亞胺，控制反應(yīng)物濃度為20-35?wt%，在室溫下攪拌反應(yīng)12?h，合成聚酰胺脂溶液；

13、s3：在保護氣體下，將適量的聚酰胺脂溶液、等摩爾的二胺單體和二酐單體同時溶解到極性非質(zhì)子溶劑中，在室溫下反應(yīng)12?h，得聚合物溶液；待反應(yīng)結(jié)束后，向上述聚合物溶液中添加叔胺類催化劑，充分攪拌混合均勻，脫泡得鑄膜液備用；

14、s4：以s3中的鑄膜液，通過計量、流延擠出至鋼帶上，形成自支撐膜；

15、s5：將s4制備的自支撐膜進行縱向、橫向拉伸及亞胺化處理，最后經(jīng)收卷制備聚酰亞胺膜。

16、可選的，所述s1中二酐單體的結(jié)構(gòu)如下：

17、。

18、可選的，所述s2中二胺單體的結(jié)構(gòu)如下：

19、。

20、可選的，所述s2中極性非質(zhì)子溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或n-甲基-吡咯烷酮中的一種。

21、可選的，所述s3中鑄膜液的質(zhì)量分數(shù)為25-35?wt%，其中聚酰胺脂的質(zhì)量分數(shù)為10wt%-12?wt%。

22、可選的，所述s3中叔胺類催化劑為n-甲基吡咯、吡啶、異喹啉中的一種，添加量為2wt%-5?wt%。

23、可選的，所述s4中控制鋼帶溫度為120-160?℃，流膜速率為2-5?m/min。

24、可選的，所述s5中橫向拉伸溫度為150-180?℃，拉伸比為1?:（1.1-1.3），縱向拉伸溫度為350-400?℃，拉伸比為1?:（1.01-1.2），高溫環(huán)化溫度為400-450?℃。

25、本發(fā)明的有益效果如下：

26、本發(fā)明通過引入聚酰胺脂與聚酰胺酸溶液復合，其中聚酰胺脂分子相互之間作用低，而聚酰胺脂分子與溶劑分子間相互作用高，因而表現(xiàn)出高濃度、低粘度的特點，作為高濃度聚酰胺酸溶液的流動促進劑，大幅度提高了高濃度、高粘度鑄膜液的成膜性。

27、本發(fā)明中添加的聚酰胺脂在高溫環(huán)境中可轉(zhuǎn)變?yōu)榫埘啺返倪^程是連續(xù)和可控的，并且聚酰胺脂和聚酰亞胺在化學結(jié)構(gòu)上具有相似性，這種轉(zhuǎn)變不會引入新的缺陷或不連續(xù)性，因此不會損害聚酰亞胺膜的綜合性能。

28、本發(fā)明中通過向鑄膜液中添加叔胺類催化劑，促進了聚酰胺脂和聚酰胺酸組分在聚酰亞胺膜雙向拉伸和亞胺化過程的熱環(huán)化反應(yīng)，解決了聚酰亞胺膜的結(jié)構(gòu)和性能均勻性難題。

技術(shù)特征：

1.一種聚酰亞胺膜，其特征在于，所述聚酰亞胺膜由以下組分組成的鑄膜液通過流延、雙向拉伸、亞胺化和收卷工藝制備而成，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰亞胺膜，其特征在于，所用鑄膜液的濃度為25-35?wt%，室溫下表觀粘度為1000-3000?泊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰亞胺膜，其特征在于，所述聚酰亞胺膜的厚度為75-200?μm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚酰亞胺膜，其特征在于，所述聚酰亞胺膜的拉伸強度為140-290?mpa，模量為2.2-7.5gpa，斷裂延伸率為25%-65%。

5.一種如權(quán)利要求1至4中任一項所述的聚酰亞胺膜的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述s1中二酐單體的結(jié)構(gòu)如下：

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述s2中二胺單體的結(jié)構(gòu)如下：

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述s2中極性非質(zhì)子溶劑為n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或n-甲基-吡咯烷酮中的一種。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述s3中鑄膜液的質(zhì)量分數(shù)為25-35wt%，其中聚酰胺脂的質(zhì)量分數(shù)為10?wt%-12?wt%。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述s3中叔胺類催化劑為n-甲基吡咯、吡啶、異喹啉中的一種，添加量為2?wt%-5?wt%。

11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述s4中控制鋼帶溫度為120-160℃，流膜速率為2-5?m/min。

12.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述s5中橫向拉伸溫度為150-180℃，拉伸比為1?:（1.1-1.3），縱向拉伸溫度為350-400?℃，拉伸比為1?:（1.01-1.2），高溫環(huán)化溫度為400-450?℃。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及聚酰亞胺膜技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種聚酰亞胺膜及其制備方法，所述聚酰亞胺膜由以下組分組成的鑄膜液通過流延、雙向拉伸、亞胺化和收卷工藝制備而成，包括：聚酰胺脂，其在所述鑄膜液中的重量百分比為10%?12%；聚酰胺酸，其在所述鑄膜液中的重量百分比為83%?88%；溶劑，其在所述鑄膜液中的重量百分比為83%?88%；叔胺類催化劑，其在所述鑄膜液中的重量百分比為2%?5%；利用所述聚酰胺脂的分子與所述溶劑的分子間相互作用力高，以便于所述鑄膜液的輸送和脫泡；利用所述叔胺類催化劑的堿性強度以使所述聚酰胺脂和所述聚酰胺酸的熱環(huán)化反應(yīng)更加的均勻；本發(fā)明的聚酰亞胺膜具有亞胺化程度高、結(jié)構(gòu)均勻、力學性能優(yōu)異等特征。

技術(shù)研發(fā)人員：方曉棟
受保護的技術(shù)使用者：安徽方勝電子科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19