本發(fā)明涉及合成樹脂，具體為一種耐熱絕緣復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、科技進(jìn)步和工業(yè)化程度的提高，使人們對特殊性能材料的需求也日益增長。其中耐熱絕緣材料廣泛應(yīng)用于電子設(shè)備、航空航天等領(lǐng)域中。絕緣材料主要包括橡膠、塑料、高分子材料、陶瓷、玻璃等。但一些絕緣材料在高溫下易發(fā)生變形、氧化，導(dǎo)致絕緣性能下降。提高絕緣材料的耐熱性能，可以通過添加高溫助劑以改善材料分子結(jié)構(gòu)。

2、近年來，耐熱絕緣材料的研究也取得了顯著進(jìn)展。對于有機(jī)絕緣材料，研究人員通過開發(fā)新型耐高溫助劑、利用納米技術(shù)、優(yōu)化分子結(jié)構(gòu)、或者制備復(fù)合材料等方式，提高其耐熱性能、力學(xué)性能。此外，一些新型材料如碳納米管、石墨烯等逐漸進(jìn)入人們的視野，為耐熱絕緣材料的研發(fā)提供了新的思路和方法。文獻(xiàn)caixia?ren,yuxi?yu,superhydrophobic,heat-resistant?alumina-methylsilsesquioxane?hybrid?aerogels?with?enhancedthermal?insulating?performance?in?high?humidity,ceramics?international,2023,49(8),12625-12632.通過原位溶膠-凝膠法結(jié)合超臨界干燥制備了超疏水、耐熱的氧化鋁-甲基硅氧烷雜化氣凝膠。通過調(diào)節(jié)甲基三乙氧基硅烷的摩爾量實現(xiàn)親水性向疏水性的轉(zhuǎn)變，并且制備的凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的耐熱絕緣性，但是所制備的氧化鋁基材料的維卡軟化溫度低。文獻(xiàn)changhai?zhang,zeyang?liu,xubin?wang,qiyue?zhang,wenjie?xing,tiandong?zhang,qingguo?chi,research?on?molecular?dynamics?and?electricalproperties?of?high?heat-resistant?epoxy?resins,the?journal?of?chemicalphysics,2024，160(9),4902.中研究了高耐熱環(huán)氧樹脂分子動力學(xué)及電性能。將馬來酰亞胺和酚醛環(huán)氧樹脂(比例為1:5)熔融共混，制備了復(fù)合材料，測試了復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)以及熱性能和電性能。其介電常數(shù)逐漸較低，絕緣性好，但是該材料的耐熱性差，高溫環(huán)境容易軟化。中國發(fā)明專利cn202010378178.5公布了一種可交聯(lián)絕緣聚烯烴組合物及其制備方法與應(yīng)用、一種交聯(lián)絕緣聚烯烴及其應(yīng)用，該可交聯(lián)絕緣聚烯烴組合物具有優(yōu)異的耐熱耐老化性能，可以延長電纜的使用壽命，但是其拉伸強(qiáng)度差。

3、聚乳酸是一種可降解高分子材料，對環(huán)境無污染，目前聚乳酸材料耐熱性差，拉伸強(qiáng)度差、絕緣性差、結(jié)晶度差，而且一些通過熔融共混方式制備的聚乳酸材料不穩(wěn)定、改性不徹底，限制了其在耐熱絕緣材料的應(yīng)用。因此需要繼續(xù)探索新型耐高溫添加劑或優(yōu)化其分子接枝物質(zhì)，以提升其綜合性能，從而滿足不同領(lǐng)域?qū)廴樗崮蜔峤^緣材料的需求。

4、為此，提出了一種耐熱絕緣復(fù)合材料及其制備方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種耐熱絕緣復(fù)合材料及其制備方法，通過濃硝酸處理氮化硅來制備酸化氮化硅粉末，制備的酸化氮化硅與雙端氨基聚乙二醇反應(yīng)后與聚乳酸交聯(lián)形成復(fù)合材料。所述耐熱絕緣復(fù)合材料耐熱性強(qiáng)、拉伸強(qiáng)度大、力學(xué)性能好。所述耐熱絕緣復(fù)合材料維卡軟化溫度為110.3℃，耐熱性能好，體積電阻率為6.32×105ω·cm，導(dǎo)電能力弱，絕緣性能強(qiáng)，并且結(jié)晶度為5.1％。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供一種耐熱絕緣復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：

4、稱取氮化硅，將所述氮化硅置于50ml燒瓶中；向所述燒瓶中加入20ml濃酸后得到氮化硅酸液；將所述氮化硅酸液置于油浴鍋，在60-90℃加熱反應(yīng)6-24小時后冷卻至室溫，然后過濾、離心并用去離子水洗滌至中性，干燥得到酸化氮化硅粉末；

5、將所述酸化氮化硅粉末分散于二甲基甲酰胺中得到氮化硅分散液；稱取聚乙二醇粉末，將所述聚乙二醇粉末溶解于去離子水中得到聚乙二醇溶液；將所述氮化硅分散液與所述聚乙二醇溶液混合得到第一反應(yīng)液；將所述第一反應(yīng)液置于磁力攪拌器，轉(zhuǎn)速為1000rpm在30-55℃攪拌反應(yīng)3-13小時；反應(yīng)結(jié)束后離心棄掉上清液，保留沉淀；將所述沉淀用去離子水洗滌3次并干燥，得到改性氮化硅粉末；

6、稱取聚乳酸粉末，將所述聚乳酸粉末分散于去離子水中得到聚乳酸溶液；將所述聚乳酸溶液置于磁力攪拌器，進(jìn)行預(yù)熱；將所述改性氮化硅粉末分散于溶劑中得到改性氮化硅分散液；將所述改性氮化硅分散液滴加到預(yù)熱后的聚乳酸溶液中得到第二反應(yīng)液；將所述第二反應(yīng)液置于磁力攪拌器，轉(zhuǎn)速為1200rpm在40-80℃加熱反應(yīng)9-20小時，得到混合物；將所述混合物離心，用乙醇和水洗滌得到改性聚乳酸；將所述改性聚乳酸干燥得到耐熱絕緣復(fù)合材料。

7、優(yōu)選的，所述氮化硅的結(jié)晶結(jié)構(gòu)為α-氮化硅，化學(xué)式為α-si3n4；所述氮化硅酸液的質(zhì)量濃度為0.2-2g/ml。

8、優(yōu)選的，所述濃酸為濃硝酸；所述氮化硅分散液的質(zhì)量濃度為0.1-0.6g/ml。

9、優(yōu)選的，所述聚乙二醇為雙端氨基聚乙二醇，cas號為956496-54-1，分子量為3000；所述聚乙二醇溶液的質(zhì)量濃度為0.2-0.8g/ml。

10、優(yōu)選的，所述氮化硅與所述聚乙二醇的摩爾比為1:1-2。

11、優(yōu)選的，所述聚乳酸溶液的質(zhì)量濃度為0.03-0.4g/ml。

12、優(yōu)選的，所述溶劑為乙醇、二甲基亞砜、二甲基甲酰胺中的一種；所述改性氮化硅分散液的質(zhì)量濃度為0.06-0.3g/ml。

13、優(yōu)選的，所述預(yù)熱為在40℃加熱攪拌0.5h。

14、優(yōu)選的，所述改性氮化硅與所述聚乳酸的摩爾比為1.8-1.1:1。

15、另一方面本發(fā)明提供一種耐熱絕緣復(fù)合材料，其特征在于：所述耐熱絕緣復(fù)合材料通過濃硝酸處理氮化硅來制備酸化氮化硅粉末，制備的酸化氮化硅與雙端氨基聚乙二醇反應(yīng)后與聚乳酸交聯(lián)組成；所述耐熱絕緣復(fù)合材料通過如上所述的制備方法制備得到；所述耐熱絕緣復(fù)合材料耐熱性系數(shù)t＝165.3℃，耐熱性強(qiáng)；所述耐熱絕緣復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為37mpa，力學(xué)性能好；所述耐熱絕緣復(fù)合材料維卡軟化溫度為110.3℃，耐熱性能好；所述耐熱絕緣復(fù)合材料的體積電阻率為6.32×105ω·cm，導(dǎo)電能力弱，絕緣性能強(qiáng)；所述耐熱絕緣復(fù)合材料結(jié)晶度為5.1％。

16、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

17、1、本發(fā)明向α-氮化硅中加入20ml濃硝酸后得到質(zhì)量濃度為0.8g/ml的氮化硅酸液，將氮化硅酸液置于油浴鍋，在85℃加熱反應(yīng)9小時后冷卻至室溫，然后過濾、離心并用去離子水洗滌至中性、干燥，得到的酸化氮化硅粉末用于制備的耐熱絕緣復(fù)合材料，其耐熱性系數(shù)t＝165.3℃。耐熱性系數(shù)越大，說明耐熱性越強(qiáng)。本發(fā)明制備的酸化氮化硅表面帶有羧基，容易與后續(xù)的雙端氨基聚乙二醇反應(yīng)，實現(xiàn)對聚乳酸改性。最佳氮化硅的濃度為0.8g/ml。并且酸化溫度會影響表面羧基量。以上說明通過對氮化硅進(jìn)行酸化步驟，可以使復(fù)合材料的耐熱性系數(shù)增加，進(jìn)一步證明通過酸化氮化硅可以提高聚乳酸材料的耐熱性。

18、2、本發(fā)明將酸化氮化硅粉末分散于二甲基甲酰胺中，形成質(zhì)量濃度為0.35g/ml的氮化硅分散液，并將氮化硅分散液加入質(zhì)量濃度為0.6g/ml的雙端氨基聚乙二醇溶液，且氮化硅與所述聚乙二醇的摩爾比為1:1.5，通過以上方法制備的耐熱絕緣復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度為37mpa。本發(fā)明通過聚乙二醇為橋梁，將氮化硅與聚乳酸連接起來，實現(xiàn)對聚乳酸改性。氮化硅為原子晶體，其化學(xué)鍵在斷裂過程需要更多能量，因此可以增強(qiáng)聚乳酸的拉伸強(qiáng)度。并且發(fā)現(xiàn)隨著氮化硅與聚乙二醇的摩爾比值減小，拉伸強(qiáng)度逐漸增大?；瘜W(xué)偶聯(lián)穩(wěn)定且改性徹底，而共混制備的復(fù)合材料相容性差，因此拉伸強(qiáng)度更差。

19、3、本發(fā)明將第一反應(yīng)液置于磁力攪拌器，轉(zhuǎn)速為1000rpm在45℃攪拌反應(yīng)7小時，反應(yīng)結(jié)束后離心棄掉上清液，保留沉淀，將沉淀用去離子水洗滌3次并干燥，得到改性氮化硅粉末，用于后續(xù)制備耐熱絕緣復(fù)合材料維卡軟化溫度為110.3℃。本發(fā)明通過控制制備改性氮化硅的溫度與時間，一方面使最終形成的復(fù)合材料具有規(guī)則有序的結(jié)構(gòu)，有利于提高材料耐熱性；另一方面氮化硅作為無機(jī)原子晶體材料，其本身晶體網(wǎng)絡(luò)在空間中呈現(xiàn)三維結(jié)構(gòu)，復(fù)合到聚乳酸長鏈上，從自身性質(zhì)與結(jié)構(gòu)兩方面都能提高單一聚乳酸材料的維卡軟化溫度。

20、4、本發(fā)明將質(zhì)量濃度為0.26g/ml的聚乳酸溶液，置于磁力攪拌器，在40℃加熱攪拌0.5h進(jìn)行預(yù)熱，然后將質(zhì)量濃度為0.23g/ml的改性氮化硅分散液滴加到預(yù)熱后的聚乳酸溶液中得到第二反應(yīng)液，其中改性氮化硅與所述聚乳酸的摩爾比為1.3:1，通過所述方法制備的耐熱絕緣復(fù)合材料的體積電阻率為6.32×105ω·cm。這是因為氮化硅為具有正八面體結(jié)構(gòu)的無機(jī)材料，其空間結(jié)構(gòu)具有空缺，空氣可以進(jìn)入正八面體結(jié)構(gòu)中，且氮化硅具有寬能帶隙，能阻礙復(fù)合材料內(nèi)載流子的遷移，進(jìn)而使聚乳酸的導(dǎo)電能力下降，即體積電阻率增加，絕緣性能強(qiáng)。

21、5、本發(fā)明將第二反應(yīng)液置于磁力攪拌器，轉(zhuǎn)速為1200rpm在70℃加熱反應(yīng)12小時，得到混合物，將混合物離心，用乙醇和水洗滌得到改性聚乳酸，將改性聚乳酸干燥得到耐熱絕緣復(fù)合材料，結(jié)晶度為5.1％，其值主要受分子鏈結(jié)構(gòu)以及支鏈物質(zhì)的物化性質(zhì)影響。本發(fā)明采用改性氮化硅對聚乳酸表面修飾，通過控制改性氮化硅與聚乳酸反應(yīng)的溫度與時間，可以使表面修飾后的聚乳酸具有較高的結(jié)晶度。改性氮化硅與聚乙二醇偶聯(lián)后，表面的氨基與聚乳酸的羧基發(fā)生反應(yīng)，形成酰胺鍵，酰胺比較穩(wěn)定，可以增加聚乳酸的單體分子量，并且加入改性氮化硅抑制了聚乳酸分子鏈運動，分子鏈的堆疊和纏繞獲得了更大的接觸面積；另一方面，改性氮化硅可以填補聚乳酸固化體系中的交聯(lián)縫隙，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，因此復(fù)合材料的結(jié)晶度增加。