一種聚甲基丙烯酸正丁酯/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于復(fù)合介電薄膜領(lǐng)域，特別涉及一種聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜。
【背景技術(shù)】
[0002]擁有高介電常數(shù)、低介電損耗的聚合物基介電材料因其在儲(chǔ)存電能方面有著巨大的潛能而被廣泛應(yīng)用，例如通信設(shè)備、電荷存儲(chǔ)電容系統(tǒng)、人工肌肉、制動(dòng)器和航天軍事等方面。傳統(tǒng)的電介質(zhì)材料包括無(wú)機(jī)陶瓷材料和有機(jī)高分子材料。常見(jiàn)的無(wú)機(jī)陶瓷材料，如鈦酸鋇(BaTi03)、鈦酸銅鈣(CCT0)、鋯鈦酸鉛(PZT)等，具有非常高的介電常數(shù)，但是它們制備工藝復(fù)雜、易脆且介電損耗較大。常見(jiàn)的有機(jī)高分子材料有聚乙烯、聚丙烯、聚三氟乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂等，它們?nèi)嵝院?、介電損耗低、易于加工成膜，但是它們的介電常數(shù)相對(duì)較低。單一的電介質(zhì)材料已經(jīng)難以滿足工業(yè)化的需要，因此制備高介電性能的聚合物基復(fù)合材料具有非常重要的意義.目前，聚合物基介電材料主要分為以下三種類型:(1).無(wú)機(jī)陶瓷材料:如鈦酸鋇(BaT13),其電容較大，介電常數(shù)高達(dá)6300，但該材料燒結(jié)溫度高、制備過(guò)程復(fù)雜、易脆，加工要求高，并且與聚合物相容性差，不易成膜，機(jī)械性能差。(2).導(dǎo)電材料:將石墨烯作為填料添加到PVDF中形成復(fù)合材料，在1000Hz復(fù)合材料的介電常數(shù)是PVDF基體的3倍還多，但是復(fù)合材料會(huì)受滲流閾值的影響，接近滲流閾值時(shí)介電損耗會(huì)有很大的提高，同時(shí)介電材料突變?yōu)閷?dǎo)電材料，嚴(yán)重影響其生產(chǎn)應(yīng)用。(3).有機(jī)復(fù)合材料:如聚苯乙烯(PS)，通過(guò)溶液涂膜的方法制備了 PSAN薄膜，薄膜的介電常數(shù)為4，介電損耗0.027，儲(chǔ)能密度達(dá)到6.8J/cm3，柔韌性好，介電損耗低，但是介電常數(shù)過(guò)小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的主要目的在于提供一種聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜。該復(fù)合薄膜具有較好的介電性能。該聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜由PBMA和含氟聚合物組成。其質(zhì)量百分比組成為:
PBMA10%-30%
含氟聚合物 70%-90%
所述的聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜，其特征在于，所述有機(jī)PBMA為市售商品；
所述含氟聚合物是聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P(VDF-TrFE)]、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氟氯乙烯共聚物[P(VDF-TrFE-CFE)]中的一種。
[0004]本發(fā)明的另一目的是提供一種聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜的制備方法:
1.將PBMA、含氟聚合物和溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠；其質(zhì)量百分比組成為: PBMA10%-30%
含氟聚合物 70%-90%
有機(jī)PBMA和含氟聚合物總質(zhì)量與DMF的質(zhì)量比為1:7-10
2、將步驟I制備的溶膠在模具上80±1°C流延成膜，干燥18±lh，再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120±1°C退火8±lh，去除殘留溶劑，即得到厚度110-150Mm的有機(jī)填料/聚合物基復(fù)合介電薄膜。
[0005]根據(jù)上述制備方法，在所述的有機(jī)PBMA質(zhì)量比例范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)其質(zhì)量比例，即制得所需不同介電常數(shù)的復(fù)合介電薄膜。
[0006]本發(fā)明具有以下有益效果:
a.該有機(jī)PBMA填料克服了【背景技術(shù)】中存在的諸多問(wèn)題，其具有中級(jí)的極化率，表現(xiàn)出較高的介電常數(shù)，較低的介電損耗，透明性好，柔韌性較好，具有較高的機(jī)械性能。
[0007]b.該填料與基體介電常數(shù)相差較小，且與聚合物基底有很好的相容性，故復(fù)合介電薄膜具有較好的介電性能，而且其介電損耗沒(méi)有明顯的提升，仍維持在一個(gè)較低的位置，是一種新型的高介電復(fù)合材料。
[0008]c.該薄膜通過(guò)調(diào)節(jié)有機(jī)填料PBMA的質(zhì)量比例，可以明顯的改變材料的介電性能，從而制備所需高介電常數(shù)薄膜。
[0009]d.該薄膜的制備工藝簡(jiǎn)單、復(fù)合溫度低且對(duì)環(huán)境友好，可以根據(jù)要求而改變模具的形狀大小，從而適用于不同的電子設(shè)備、儲(chǔ)能材料中。
[0010]本發(fā)明的復(fù)合薄膜，介電性能隨著頻率的變化相對(duì)穩(wěn)定，沒(méi)有很大的突變出現(xiàn)。復(fù)合薄膜的介電常數(shù)能提高到45左右。
具體實(shí)施例
[0011]下面通過(guò)具體的實(shí)施方案敘述本發(fā)明中產(chǎn)品和制備方法。除非特別說(shuō)明，本發(fā)明中所用的技術(shù)手段均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法。另外，實(shí)施方案應(yīng)理解為說(shuō)明性的，而非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍僅由權(quán)利要求書(shū)所限定。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不違背本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的前提下，對(duì)這些實(shí)施方案中的比例和溶劑等條件進(jìn)行的各種改變或改動(dòng)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范疇。
[0012]以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制。
[0013]實(shí)施例1:
a.將0.0lOOg有機(jī)PBMA，0.1OOOg聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P (VDF-TrFE)]和1.0005g溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠，該配料比組成為:有機(jī)PBMA為10%，聚合物為90% ；
b.將步驟a制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE)復(fù)合介電薄膜。在1000Hz時(shí)，介電常數(shù)能達(dá)到16，介電損耗為0.21，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為322MV/m。
[0014]實(shí)施例2:
a.將0.0200g有機(jī)PBMA，0.1OOOg聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P (VDF-TrFE)]和1.0005g溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠，該配料比組成為:有機(jī)PBMA為20%，聚合物為80% ；
b.將步驟a制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h ;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE)復(fù)合介電薄膜。在1000Hz時(shí)，介電常數(shù)能達(dá)到23，介電損耗為0.29，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為243 MV/m。
[0015]實(shí)施例3:
a.將0.0300g有機(jī)PBMA，0.1OOOg聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P (VDF-TrFE)]和
1.0005g溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠，該配料比組成為:有機(jī)PBMA為30%，聚合物為70% ；
b.將步驟a制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE)復(fù)合介電薄膜。在1000Hz時(shí)，介電常數(shù)能達(dá)到21，介電損耗為0.30，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為259MV/m。
[0016]實(shí)施例4:
這組實(shí)施例為對(duì)比實(shí)施例。0.1OOOg聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物[P(VDF-TrFE)]和1.0005g溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠，將制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h ;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出P(VDF-TrFE)復(fù)合介電薄膜。在1000Hz時(shí)，介電常數(shù)能達(dá)到15，介電損耗為0.23，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為300 MV/m。
[0017]實(shí)施例5:
a.將0.0lOOg有機(jī)PBMA，0.1OOOg聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯共聚物[P (VDF-TrFE-CFE)]和1.0005g溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠，該配料比組成為:有機(jī)PBMA為10%，聚合物為90% ；
b.將步驟a制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE-CFE)復(fù)合介電薄膜。在1000Hz時(shí)，介電常數(shù)能達(dá)到45，介電損耗為2.5，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為322 MV/m。
[0018]實(shí)施例6:
a.將0.0200g有機(jī)PBMA，0.1OOOg聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯共聚物[P (VDF-TrFE-CFE)]和1.0005g溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠，該配料比組成為:有機(jī)PBMA為20%，聚合物為80% ；
b.將步驟a制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE-CFE)復(fù)合介電薄膜。在1000Hz時(shí)，介電常數(shù)能達(dá)到34，介電損耗為1.6，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為203 MV/m。
[0019]實(shí)施例7:
a.將0.0300g有機(jī)PBMA，0.1OOOg聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯共聚物[P (VDF-TrFE-CFE)]和1.0005g溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠，該配料比組成為:有機(jī)PBMA為30%，聚合物為70% ；
b.將步驟a制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE-CFE)復(fù)合介電薄膜。在1000Hz時(shí)，介電常數(shù)能達(dá)到40，介電損耗為1.2，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為202 MV/m。
[0020]實(shí)施例8:
這組實(shí)施例為對(duì)比實(shí)施例。0.1OOOg聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯共聚物[P (VDF-TrFE-CFE)]和1.0005g溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠，將制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h ;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出P(VDF-TrFE-CFE)復(fù)合介電薄膜。在1000Hz時(shí)，介電常數(shù)能達(dá)到35，介電損耗為2.0，擊穿場(chǎng)強(qiáng)為294 MV/m。
[0021]以上對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作了詳細(xì)說(shuō)明，所有實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述的實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA) /聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜，其特征在于，所述復(fù)合介電薄膜由含氟聚合物和有機(jī)填料PBMA組成，其質(zhì)量百分比為:有機(jī)填料PBMA10%-30%,含氟聚合物 70%-90%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜，其特征在于，所述有機(jī)PBMA為市售商品。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜，其特征在于，所述含氟聚合物為聚偏氟乙烯-三氟乙烯[P(VDF-TrFE)]、聚偏氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯[P(VDF-TrFE-CFE)]共聚物中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜，其特征在于，其制備方法為:將PBMA，聚偏氟乙烯基聚合物和溶劑DMF混合后，超聲攪拌分散均勻，形成穩(wěn)定的溶膠.將制備的溶膠在模具上80°C流延成膜，干燥18h;再經(jīng)過(guò)自然冷卻、120°C退火8h，即制備出聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜的制備方法，其特征在于，所述PBMA和含氟聚合物總質(zhì)量與DMF的質(zhì)量比為1:7-10。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種聚甲基丙烯酸正丁酯（PBMA）/聚偏氟乙烯基復(fù)合介電薄膜，該膜以含氟聚合物和有機(jī)PBMA混合流延成膜。其中復(fù)合介電薄膜質(zhì)量百分比組成為：有機(jī)PBMA為10%-30%，含氟聚合物為70%-90%。這種復(fù)合介電薄膜是具有較高的介電常數(shù)，較低的介電損耗的新型介電材料?？梢酝ㄟ^(guò)控制填料添加比例來(lái)制備所需介電常數(shù)的復(fù)合介電薄膜。該復(fù)合薄膜制備工藝簡(jiǎn)單、復(fù)合溫度低且對(duì)環(huán)境友好，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【IPC分類】C08L33-10, C08J5-18, C08L27-16
【公開(kāi)號(hào)】CN104877278
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510365809
【發(fā)明人】王芳輝, 孔艷, 朱紅
【申請(qǐng)人】北京化工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月2日
【申請(qǐng)日】2015年6月29日