CN107841137A - 一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料及其制备方法 Download PDF

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陈旭东
朱永祥
吴浪
杨金波
甄智勇
高洪海
汤立文
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Abstract

本发明属于化工技术领域，具体公开了一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料及其制备方法，其中高介电复合材料包含如下质量份数的原料：改性纳米铜粒子5‑10份、聚酰亚胺80‑110份、抗氧剂0.2‑0.35份、偶联剂0.2‑0.4份。该制备方法包含如下步骤：(1)称取纳米铜粉200g加入到50ml无水乙醇中超声分散，(2)向悬浊液中加入硅烷偶联剂KH550，搅拌2‑3h；(3)无水乙醇挥发；(4)将步骤(3)中的物质烘干，(5)将步骤(4)中的块状改性纳米铜粉碎，得粉末状改性纳米铜粒子；(6)将步骤(5)制得的改性纳米铜粒子与聚酰亚胺、抗氧剂、偶联剂、放入混合机中混合均匀，(7)将步骤(6)中的混合物经单螺杆挤出机挤出造粒。该高介电材料高绝缘性能高，介电损耗抵。

Description

一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及化工材料技术领域，具体涉及一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料及其制备方法。
背景技术
介电材料又称电介质，是电的绝缘材料，主要用于制造电容器介电材料要求材料的电阻率高，介电常量大。介电材料种类很多，重要的有金红石瓷，含二氧化钛的复合氧化物陶瓷，如钛酸钙、钛酸镁、钛酸钡等。
随着近年来电子设备日新月异的发展，广泛使用的电容器向高储能、小型化以及有利于环保的方向发展。虽然现有的陶瓷介电材料具有非常优异的介电性能，但是多层陶瓷电容器在制造过程中需要丝网电极进行共烧，耗能大，工艺复杂，而且这种介质材料的柔韧性差，在经受机械撞击或者剧烈的温度变化时可能产生裂纹，影响了电容器的使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料。
为达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料，包含如下质量份数的原料制备：改性纳米铜粒子4-12份、聚酰亚胺90-110份、抗氧剂0.15-0.4份、偶联剂0.1-0.5份。
本方案中采用改性纳米铜粒子，该改性纳米铜粒子具有很好的抗氧化性和与聚合物基体的相容性，将改性纳米铜粒子作为填料，以聚酰亚胺为基体，聚酰亚胺耐高温达400℃以上，无明显熔点，具有高绝缘性能，介电损耗抵，制得的高介电复合材料性能更好。
进一步：包含如下质量份数的原料制备：改性纳米铜粒子5-10份、聚酰亚胺90-110份、抗氧剂0.2-0.35份、偶联剂0.2-0.4份。发明人通过试验发现，上述配比的原料制备的材料性能较佳。
进一步：包含如下质量份数的原料：改性纳米铜粒子5-10份、聚酰亚胺100份、抗氧剂0.2-0.35份、偶联剂0.2-0.4份。发明人通过试验发现，上述配比的原料制备的材料性能较佳。
进一步：所述改性纳米铜粒子的制备工艺如下：
(1)称取纳米铜粉180-220g，将其加入到40-60ml无水乙醇中超声分散，形成悬浊液；
(2)向悬浊液中加入7-9mL硅烷偶联剂，搅拌2-3h；
(3)将步骤(2)中的悬浮液中放在通风处使无水乙醇挥发；
(4)将步骤(3)中的物质烘干，制得块状改性纳米铜；
(5)将步骤(4)中的块状改性纳米铜粉碎，得粉末状改性纳米铜粒子。
采用上述工艺，可以将纳米铜粉表面修饰，增强纳米铜粉的抗氧化性以及与聚合物基体的相容性，聚合物共混合成的高介电复合材料性能更好。
进一步，所述改性纳米铜粒子的制备工艺中，纳米铜粉为200g，并将其加入到50ml无水乙醇中超声分散，形成悬浊液。发明人通过试验发现，上述配比的原料制备的材料性能较佳。
一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料的制备方法，包含如下步骤：
(1)将制得的改性纳米铜粒子与聚酰亚胺、抗氧剂、偶联剂、放入混合机中混合均匀，混合机的转速为300-350r/min，制得混合物，其中改性纳米铜粒子、聚酰亚胺、抗氧剂、偶联剂之间的质量份数比为:4-12：90-110:0.15-0.4:0.1-0.5；
(2)将步骤(1)中的混合物经单螺杆挤出机挤出造粒。
通过上述工艺，将纳米铜粉表面修饰，以增强纳米铜粉的抗氧化性以及与聚合物基体的相容性，本发明根据渗流阈值模型原理，采用共混法制备了以纳米铜颗粒为填料，以聚酰亚胺为基体的高介电复合材料，该高介电复合材料介电损耗低、可控渗流阈值，具有良好的耐候性能。而且该制备方法介电损耗低。
进一步：步骤(7)中挤出造粒的温度为230-240℃。经发明人多次试验发现，该挤出造粒温度能够保持高介电复合材料的良好性能。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例1
一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料的制备方法，包含如下步骤：
(1)称取纳米铜粉200g，将其加入到50ml无水乙醇中超声分散，形成悬浊液；
(2)向悬浊液中加入9mL硅烷偶联剂KH550，搅拌2-3h；
(3)将步骤(2)中的悬浮液中放在通风处使无水乙醇挥发；
(4)将步骤(3)中的物质烘干，制得块状改性纳米铜；
(5)将步骤(4)中的块状改性纳米铜粉碎，得粉末状改性纳米铜粒子。
(6)将步骤(5)制得的改性纳米铜粒子与聚酰亚胺、抗氧剂、偶联剂、放入混合机中混合均匀，混合机的转速为300-350r/min，制得混合物，其中改性纳米铜粒子、聚酰亚胺、抗氧剂、偶联剂之间的质量份数比为6：100:0.3:0.3；
(7)将步骤(6)中的混合物经单螺杆挤出机挤出造粒，温度为230-240℃。
通过上述制备方法制得的改性铜粉与现有的改性铜粉的性能指标对比如表1所示：
表1
其他实施例的数据如表2所示：
表2
本申请中制得的高介电复合材料性能对比如表3所示：
表3
通过上表可以看出，本申请制得的高介电复合材料介电损耗低、柔韧性高、可控渗流阈值，具有良好的耐候性能。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料，其特征在于，包含如下质量份数的原料制备：改性纳米铜粒子4-12份、聚酰亚胺90-110份、抗氧剂0.15-0.4份、偶联剂0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料，其特征在于，包含如下质量份数的原料制备：改性纳米铜粒子5-10份、聚酰亚胺90-110份、抗氧剂0.2-0.35份、偶联剂0.2-0.4份。
3.根据权利要求1所述的一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料，其特征在于，包含如下质量份数的原料：改性纳米铜粒子5-10份、聚酰亚胺100份、抗氧剂0.2-0.35份、偶联剂0.2-0.4份。
4.根据权利要求3所述的一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料，其特征在于，所述改性纳米铜粒子的制备工艺如下：
(1)称取纳米铜粉180-220g，将其加入到40-60ml无水乙醇中超声分散，形成悬浊液；
(2)向悬浊液中加入7-9mL硅烷偶联剂，搅拌2-3h；
(3)将步骤(2)中的悬浮液中放在通风处使无水乙醇挥发；
(4)将步骤(3)中的物质烘干，制得块状改性纳米铜；
(5)将步骤(4)中的块状改性纳米铜粉碎，得粉末状改性纳米铜粒子。
5.根据权利要求4所述的一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料，其特征在于，所述改性纳米铜粒子的制备工艺中，纳米铜粉为200g，并将其加入到50ml无水乙醇中超声分散，形成悬浊液。
6.一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
(1)将制得的改性纳米铜粒子与聚酰亚胺、抗氧剂、偶联剂、放入混合机中混合均匀，混合机的转速为300-350r/min，制得混合物，其中改性纳米铜粒子、聚酰亚胺、抗氧剂、偶联剂之间的质量份数比为:4-12：90-110:0.15-0.4:0.1-0.5；
(2)将步骤(1)中的混合物经单螺杆挤出机挤出造粒。
7.根据权利要求5所述的一种含有纳米铜/聚酰亚胺的高介电复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(7)中挤出造粒的温度为230-240℃。
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