一种超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜的制备方法与流程

1.本发明属于材料领域，尤其涉及一种超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜的制备方法。


背景技术：

2.黑色隔热材料被广泛用于航天器中，以消除高分辨率光学仪器周围的杂散光，但是其在可见光区的受限吸收、在低地球轨道(leo)中的因高温原子氧(ao)而快速降解、作为黑色涂层时与基材的不良粘合性等缺陷，极大限制了在太阳光谱和多层界面工程中的进一步应用，因此需要对现有的黑色隔热材料进行改进。


技术实现要素：

3.为解决上述问题，本发明提供了一种超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜的制备方法。本发明制备得到的超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜在太阳光谱中具有超低的透射率和反射率，在宽的太阳光谱200-2000nm范围内表现出接近零的超低透射率，并在紫外光谱区、可见-红外光谱区分别具有5％和2％以下的低反射率，且具有有效的抗分解能力。
4.为达到上述技术效果，本发明的技术方案是：
5.一种超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：
6.步骤一、填料改性
7.将溶剂黑34染料、cabot m800炭黑和硅烷偶联剂在10～30℃搅拌，并超声震动混合3～6h；然后加热到150℃，再在3-10min内降温至10-20℃，进行填料改性得到黑色填料；溶剂黑34染料、cabot m800炭黑与硅烷偶联剂的质量比为15-20:3-6：0.5-1；
8.步骤二、黑色填料和聚酰胺酸复合溶液的制备；将黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐混合后形成添加物，添加物与有机溶剂混合，并超声分散0.5-3小时得到中间溶液；黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐的质量比为1-10:20-30：30-40：40-50；添加物与有机溶剂的质量体积比为2-5:10-20；
9.步骤三、将中间溶液浸涂在无孔载体上，放入烘箱中，在氮气氛围下阶梯升温，脱水环化制得超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜；其中所述的阶梯升温的升温速率为3～6℃/min；先升温到120℃～150℃恒温30min～120min；再升温到200℃～250℃恒温30min～120min；最后升温到320℃～420℃恒温30min～120min。
10.进一步的改进，所述咪唑二胺为n-甲基化咪唑二胺；所述联苯二酐为3,3',4,4'-联苯四羧酸二酐。
11.进一步的改进，所述有机溶剂包括n-甲基吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺和n,n-二甲基乙酰胺。
12.进一步的改进，包括如下步骤：
13.步骤一、填料改性
14.将溶剂黑34染料、cabot m800炭黑和硅烷偶联剂在25℃搅拌，并超声震动混合4h；然后加热到150℃，再在5min内降温至15℃，进行填料改性得到黑色填料；溶剂黑34染料、
cabot m800炭黑与硅烷偶联剂的质量比为18:5：0.7；
15.步骤二、黑色填料和聚酰胺酸复合溶液的制备；将黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐混合后形成添加物，添加物与有机溶剂混合，并超声分散0.5-3小时得到中间溶液；黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐的质量比为3:15：35：43；添加物与有机溶剂的质量体积比为3:15；
16.步骤三、将中间溶液浸涂在无孔载体上，放入烘箱中，在氮气氛围下阶梯升温，脱水环化制得超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜；其中所述的阶梯升温的升温速率为5℃/min；先升温到145℃恒温60min；再升温到220℃恒温60min；最后升温到360℃恒温60min。
17.进一步的改进，包括如下步骤：
18.步骤一、填料改性
19.将溶剂黑34染料、cabot m800炭黑和硅烷偶联剂在10℃搅拌，并超声震动混合3h；然后加热到150℃，再在3min内降温至10℃，进行填料改性得到黑色填料；溶剂黑34染料、cabot m800炭黑与硅烷偶联剂的质量比为15:3：0.5；
20.步骤二、黑色填料和聚酰胺酸复合溶液的制备；将黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐混合后形成添加物，添加物与有机溶剂混合，并超声分散0.5小时得到中间溶液；黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐的质量比为1:20：30：40；添加物与有机溶剂的质量体积比为2:10；
21.步骤三、将中间溶液浸涂在无孔载体上，放入烘箱中，在氮气氛围下阶梯升温，脱水环化制得超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜；其中所述的阶梯升温的升温速率为3℃/min；先升温到120℃恒温30min；再升温到200℃恒温30min；最后升温到320℃恒温30min。
22.进一步的改进，步骤一、填料改性
23.将溶剂黑34染料、cabot m800炭黑和硅烷偶联剂在30℃搅拌，并超声震动混合6h；然后加热到150℃，再在10min内降温至20℃，进行填料改性得到黑色填料；溶剂黑34染料、cabot m800炭黑与硅烷偶联剂的质量比为20:6：1；
24.步骤二、黑色填料和聚酰胺酸复合溶液的制备；将黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐混合后形成添加物，添加物与有机溶剂混合，并超声分散3小时得到中间溶液；黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐的质量比为10:30：40：50；添加物与有机溶剂的质量体积比为5:20；
25.步骤三、将中间溶液浸涂在无孔载体上，放入烘箱中，在氮气氛围下阶梯升温，脱水环化制得超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜；其中所述的阶梯升温的升温速率为6℃/min；先升温到150℃恒温120min；再升温到250℃恒温120min；最后升温到420℃恒温120min。
26.进一步的改进，所述超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜用于航空领域。。
27.本发明的优点：
28.本发明制备得到的超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜在太阳光谱中具有超低的透射率和反射率，在宽的太阳光谱200-2000nm范围内表现出接近零的超低透射率，并在紫外光谱区、可见-红外光谱区分别具有5％和2％以下的低反射率，且具有有效的抗分解能力。
具体实施方式
29.以下通过具体实施方式对本发明的技术方案作具体说明。
30.实施例1
31.一种超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：
32.步骤一、填料改性
33.将溶剂黑34染料、cabot m800炭黑和硅烷偶联剂在25℃搅拌，并超声震动混合4h；然后加热到150℃，再在5min内降温至15℃，进行填料改性得到黑色填料；溶剂黑34染料、cabot m800炭黑与硅烷偶联剂的质量比为18:5：0.7；
34.步骤二、黑色填料和聚酰胺酸复合溶液的制备；将黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐混合后形成添加物，添加物与有机溶剂混合，并超声分散0.5-3小时得到中间溶液；黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐的质量比为3:15：35：43；添加物与有机溶剂的质量体积比为3:15；
35.步骤三、将中间溶液浸涂在无孔载体上，放入烘箱中，在氮气氛围下阶梯升温，脱水环化制得超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜；其中所述的阶梯升温的升温速率为5℃/min；先升温到145℃恒温60min；再升温到220℃恒温60min；最后升温到360℃恒温60min。
36.实施例2
37.一种超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：
38.步骤一、填料改性
39.将溶剂黑34染料、cabot m800炭黑和硅烷偶联剂在10℃搅拌，并超声震动混合3h；然后加热到150℃，再在3min内降温至10℃，进行填料改性得到黑色填料；溶剂黑34染料、cabot m800炭黑与硅烷偶联剂的质量比为15:3：0.5；
40.步骤二、黑色填料和聚酰胺酸复合溶液的制备；将黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐混合后形成添加物，添加物与有机溶剂混合，并超声分散0.5小时得到中间溶液；黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐的质量比为1:20：30：40；添加物与有机溶剂的质量体积比为2:10；
41.步骤三、将中间溶液浸涂在无孔载体上，放入烘箱中，在氮气氛围下阶梯升温，脱水环化制得超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜；其中所述的阶梯升温的升温速率为3℃/min；先升温到120℃恒温30min；再升温到200℃恒温30min；最后升温到320℃恒温30min。
42.实施例3
43.一种超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：
44.步骤一、填料改性
45.将溶剂黑34染料、cabot m800炭黑和硅烷偶联剂在30℃搅拌，并超声震动混合6h；然后加热到150℃，再在10min内降温至20℃，进行填料改性得到黑色填料；溶剂黑34染料、cabot m800炭黑与硅烷偶联剂的质量比为20:6：1；
46.步骤二、黑色填料和聚酰胺酸复合溶液的制备；将黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐混合后形成添加物，添加物与有机溶剂混合，并超声分散3小时得到中间溶液；黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐的质量比为10:30：40：50；添加物与有机溶剂的质量体积比为5:20；
47.步骤三、将中间溶液浸涂在无孔载体上，放入烘箱中，在氮气氛围下阶梯升温，脱水环化制得超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜；其中所述的阶梯升温的升温速率为6℃/min；先升温到150℃恒温120min；再升温到250℃恒温120min；最后升温到420℃恒温120min。
48.实施例4
49.一种超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜的制备方法，包括如下步骤：
50.步骤一、填料改性
51.将溶剂黑34染料、cabot m800炭黑和硅烷偶联剂在22℃搅拌，并超声震动混合4h；然后加热到150℃，再在4min内降温至12℃，进行填料改性得到黑色填料；溶剂黑34染料、cabot m800炭黑与硅烷偶联剂的质量比为16:5：0.8；
52.步骤二、黑色填料和聚酰胺酸复合溶液的制备；将黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐混合后形成添加物，添加物与有机溶剂混合，并超声分散1小时得到中间溶液；黑色填料、聚酰胺酸、咪唑二胺和联苯二酐的质量比为225：33：46；添加物与有机溶剂的质量体积比为3:12；
53.步骤三、将中间溶液浸涂在无孔载体上，放入烘箱中，在氮气氛围下阶梯升温，脱水环化制得超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜；其中所述的阶梯升温的升温速率为4℃/min；先升温到145℃恒温90min；再升温到230℃恒温90min；最后升温到420℃恒温90min。
54.实施例1-4制备的超黑耐原子氧聚酰亚胺薄膜质量如下：
[0055][0056][0057]
上述仅为本发明的一个具体导向实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明的保护范围的行为。