一种聚酰亚胺涂层的制备方法与流程

本发明属于材料制备，具体涉及一种聚酰亚胺涂层的制备方法。

背景技术：

1、聚酰亚胺是一种以酰亚胺环为结构单元的高分子材料，其具备优异的力学性能、耐热性能、热稳定性能、绝缘性等，因而广泛应用与航空航天、电子电气等领域。聚酰亚胺材料表面能低，表面亲和性差，因而界面问题的处理一直是制备含有聚酰亚胺涂层的复合材料所面临的挑战。

2、聚酰亚胺界面问题的解决方法主要分为化学改性处理和表面粗糙化处理，为了最大限度改善界面性能，通常两种表面处理方法同时使用。表面粗糙化处理的方法又分为树脂亚胺化前和亚胺化后两种。聚酰胺酸树脂涂层亚胺化后，通常使用打磨、喷砂、化学刻蚀的方法制造粗糙表面，由于聚酰亚胺树脂具有高强度的特性，亚胺化后的粗糙化处理通常难以控制，对涂层性能具有较大的损害。聚酰亚胺亚胺化前的处理，一般采用在树脂中添加填料颗粒或者采用模板的方法，前者通常会影响薄膜的力学、介电等性能，而后者应用的限制较多，在曲率表面难以适用。

3、因此，开发一种工艺方法简单、对涂层损伤小的聚酰亚胺涂层表面粗糙化方法，并改善含聚酰亚胺的复合材料界面结合强度，是本领域的研究重点之一。

技术实现思路

1、本发明针对上述问题，提供一种聚酰亚胺涂层的制备方法。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种聚酰亚胺涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、第一步，在低湿度环境条件下，采用常规的涂层制备方法将一定浓度聚酰胺酸溶液均匀覆盖在基材表面上，将涂覆有聚酰胺酸溶液涂层的基材放置在此环境中，进行流平干燥一定时间。

5、第二步，将涂覆有聚酰胺酸溶液涂层的基材移动至高湿度环境条件下，在此高湿度环境中存放一定时间进行溶剂挥发，在此过程中，随着溶剂挥发，涂层与空气接触一侧由光滑表面转化为粗糙表面。

6、第三步，将涂覆有聚酰胺酸溶液涂层的基材移动至固化装置中进行亚胺化处理，制得具有粗糙表面的聚酰亚胺涂层。

7、进一步地，所述的低湿度环境条件为湿度≤50％，10℃≤温度≤50℃。优选地，湿度≤35％，25℃≤温度≤35℃。

8、进一步地，所述的低湿度环境的流平干燥时间为1～60min。

9、进一步地，所述的高湿度环境的存放时间不少于120min，直至大部分溶剂挥发，涂层溶液无流动性为止。

10、进一步地，所述的高湿度环境条件为湿度≥50％，10℃≤温度≤50℃。优选地，湿度≥70％，10℃≤温度≤35℃。

11、进一步地，所述的聚酰胺酸溶液包含芳香族二胺类单体、芳香族二酐类单体和溶剂，所述芳香族二酐类单体和芳香族二胺类单体的摩尔比例为0.95-1.05:1。

12、进一步地，所述芳香族二胺为4,4-二氨基二苯醚、间苯二胺、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4-二氨基联苯、对苯二胺、3,4-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯砜、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二氨基二苯砜、3,3’-二甲基-4,4-二氨基联苯、3,3’-二氨基-二苯甲酮、4,4’-二氨基-二苯甲酮、2,2’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基苯酰替苯胺、2,2’-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、1,4-双(2-三氟甲基4-氨基苯氧基)苯、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯和2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷中的至少一种。

13、进一步地，所述芳香族二酐为3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、4,4-六氟异丙基邻苯二甲酸酐、2,3,3’,4’,-联苯四甲酸二酐、2,3,3’,4’,-二苯醚四甲酸二酐和4,4’-(4,4’-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)中的至少一种。

14、进一步地，所述溶剂包括二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

15、进一步地，所述的聚酰胺酸溶液的浓度为3wt％～45wt％。

16、进一步地，所述的基材包括树脂基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃、金属中的一种。

17、进一步地，所述亚胺化处理是升温至330-390℃，处理3～60min。

18、本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

19、现有技术制备粗糙的聚酰亚胺涂层方法通常为化学刻蚀、物理喷砂、打磨等，存在破坏性大，工艺适用性差的问题。本发明创新性地以控制湿度的方法制备得到了具有一定粗糙度的聚酰亚胺涂层，该种方法具有高效、工艺方法简单、工艺适用性强、不引入额外添加剂或填料、不引入额外模板的特点，可以应用于航空航天领域制备高界面结合性能的复合材料，能够改善复合材料界面结合强度。

技术特征：

1.一种聚酰亚胺涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述低湿度环境条件为湿度≤50％，10℃≤温度≤50℃。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述流平干燥的时间为1～60min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在高湿度环境中存放一定时间进行溶剂挥发，其中存放时间不少于120min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高湿度环境条件为湿度≥50％，10℃≤温度≤50℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述聚酰胺酸溶液包含芳香族二胺类单体、芳香族二酐类单体和溶剂，所述芳香族二酐类单体和芳香族二胺类单体的摩尔比例为0.95-1.05:1。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述芳香族二胺为4,4-二氨基二苯醚、间苯二胺、4,4’-二氨基二苯甲烷、4,4-二氨基联苯、对苯二胺、3,4-二氨基二苯醚、4,4’-二氨基二苯砜、2,2’-二甲基-4,4’-二氨基联苯、3,3’-二氨基二苯砜、3,3’-二甲基-4,4-二氨基联苯、3,3’-二氨基-二苯甲酮、4,4’-二氨基-二苯甲酮、2,2’-双(三氟甲基)-4,4’-二氨基联苯、4,4’-二氨基苯酰替苯胺、2,2’-双(4-氨基苯基)六氟丙烷、1,3-双(4-氨基苯氧基)苯、2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]六氟丙烷、1,4-双(2-三氟甲基4-氨基苯氧基)苯、1,3-双(3-氨基苯氧基)苯和2,2-双[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷中的至少一种；所述芳香族二酐为3,3’,4,4’-二苯甲酮四甲酸二酐、均苯四甲酸二酐、3,3’,4,4’-二苯醚四甲酸二酐、3,3’,4,4’-联苯四甲酸二酐、4,4-六氟异丙基邻苯二甲酸酐、2,3,3’,4’,-联苯四甲酸二酐、2,3,3’,4’,-二苯醚四甲酸二酐和4,4’-(4,4’-异丙基二苯氧基)双(邻苯二甲酸酐)中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述溶剂包括二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺或n-甲基吡咯烷酮中的至少一种；所述聚酰胺酸溶液的浓度为3wt％～45wt％；所述基材包括树脂基复合材料、陶瓷基复合材料、玻璃、金属中的一种。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述亚胺化处理是升温至330-390℃，处理3～60min。

10.根据权利要求1～9中任一项所述方法制备的聚酰亚胺涂层。

技术总结
本发明提供一种聚酰亚胺涂层的制备方法，该方法在不使用模板或者填料的情况下制备出具有粗糙外表面的聚酰亚胺涂层。该方法包括：在低湿度环境条件下，将聚酰胺酸溶液均匀覆盖在基材表面，进行流平干燥一定时间；将涂覆有聚酰胺酸溶液涂层的基材移动至高湿度环境条件下，在高湿度环境中存放一定时间进行溶剂挥发，在溶剂挥发过程中涂层与空气接触一侧由光滑表面转化为粗糙表面；将涂覆有聚酰胺酸溶液涂层的基材移动至固化装置中进行亚胺化处理，制得具有粗糙表面的聚酰亚胺涂层。该方法制备的聚酰亚胺涂层具有工艺简单、不引入额外添加剂或填料、不引入额外模板的特点，可以应用于航空航天领域的特种复合材料制备，改善复合材料界面结合强度。

技术研发人员：陈伟,王振合,孟庆杰,袁航,姜丽萍
受保护的技术使用者：航天特种材料及工艺技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/2/20