一種聚甲基丙烯酸正丁酯/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于復合介電薄膜領域，特別涉及一種聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜。
【背景技術】
[0002]擁有高介電常數、低介電損耗的聚合物基介電材料因其在儲存電能方面有著巨大的潛能而被廣泛應用，例如通信設備、電荷存儲電容系統(tǒng)、人工肌肉、制動器和航天軍事等方面。傳統(tǒng)的電介質材料包括無機陶瓷材料和有機高分子材料。常見的無機陶瓷材料，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，但是它們制備工藝復雜、易脆且介電損耗較大。常見的有機高分子材料有聚乙烯、聚丙烯、聚三氟乙烯、環(huán)氧樹脂等，它們柔性好、介電損耗低、易于加工成膜，但是它們的介電常數相對較低。單一的電介質材料已經難以滿足工業(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).無機陶瓷材料:如鈦酸鋇(BaT13),其電容較大，介電常數高達6300，但該材料燒結溫度高、制備過程復雜、易脆，加工要求高，并且與聚合物相容性差，不易成膜，機械性能差。(2).導電材料:將石墨烯作為填料添加到PVDF中形成復合材料，在1000Hz復合材料的介電常數是PVDF基體的3倍還多，但是復合材料會受滲流閾值的影響，接近滲流閾值時介電損耗會有很大的提高，同時介電材料突變?yōu)閷щ姴牧?，嚴重影響其生產應用。(3).有機復合材料:如聚苯乙烯(PS)，通過溶液涂膜的方法制備了 PSAN薄膜，薄膜的介電常數為4，介電損耗0.027，儲能密度達到6.8J/cm3，柔韌性好，介電損耗低，但是介電常數過小。

【發(fā)明內容】

[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)/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜。該復合薄膜具有較好的介電性能。該聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜由PBMA和含氟聚合物組成。其質量百分比組成為:
PBMA10%-30%
含氟聚合物 70%-90%
所述的聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜，其特征在于，所述有機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；其質量百分比組成為: PBMA10%-30%
含氟聚合物 70%-90%
有機PBMA和含氟聚合物總質量與DMF的質量比為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，再經過自然冷卻、120±1°C退火8±lh，去除殘留溶劑，即得到厚度110-150Mm的有機填料/聚合物基復合介電薄膜。
[0005]根據上述制備方法，在所述的有機PBMA質量比例范圍內，調節(jié)其質量比例，即制得所需不同介電常數的復合介電薄膜。
[0006]本發(fā)明具有以下有益效果:
a.該有機PBMA填料克服了【背景技術】中存在的諸多問題，其具有中級的極化率，表現出較高的介電常數，較低的介電損耗，透明性好，柔韌性較好，具有較高的機械性能。
[0007]b.該填料與基體介電常數相差較小，且與聚合物基底有很好的相容性，故復合介電薄膜具有較好的介電性能，而且其介電損耗沒有明顯的提升，仍維持在一個較低的位置，是一種新型的高介電復合材料。
[0008]c.該薄膜通過調節(jié)有機填料PBMA的質量比例，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薄膜。
[0009]d.該薄膜的制備工藝簡單、復合溫度低且對環(huán)境友好，可以根據要求而改變模具的形狀大小，從而適用于不同的電子設備、儲能材料中。
[0010]本發(fā)明的復合薄膜，介電性能隨著頻率的變化相對穩(wěn)定，沒有很大的突變出現。復合薄膜的介電常數能提高到45左右。
具體實施例
[0011]下面通過具體的實施方案敘述本發(fā)明中產品和制備方法。除非特別說明，本發(fā)明中所用的技術手段均為本領域技術人員所公知的方法。另外，實施方案應理解為說明性的，而非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的實質和范圍僅由權利要求書所限定。對于本領域技術人員而言，在不違背本發(fā)明實質和范圍的前提下，對這些實施方案中的比例和溶劑等條件進行的各種改變或改動也屬于本發(fā)明的保護范疇。
[0012]以下結合具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不意味著對本發(fā)明保護范圍的限制。
[0013]實施例1:
a.將0.0lOOg有機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;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE)復合介電薄膜。在1000Hz時，介電常數能達到16，介電損耗為0.21，擊穿場強為322MV/m。
[0014]實施例2:
a.將0.0200g有機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 ;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE)復合介電薄膜。在1000Hz時，介電常數能達到23，介電損耗為0.29，擊穿場強為243 MV/m。
[0015]實施例3:
a.將0.0300g有機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;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE)復合介電薄膜。在1000Hz時，介電常數能達到21，介電損耗為0.30，擊穿場強為259MV/m。
[0016]實施例4:
這組實施例為對比實施例。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 ;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出P(VDF-TrFE)復合介電薄膜。在1000Hz時，介電常數能達到15，介電損耗為0.23，擊穿場強為300 MV/m。
[0017]實施例5:
a.將0.0lOOg有機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;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE-CFE)復合介電薄膜。在1000Hz時，介電常數能達到45，介電損耗為2.5，擊穿場強為322 MV/m。
[0018]實施例6:
a.將0.0200g有機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;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE-CFE)復合介電薄膜。在1000Hz時，介電常數能達到34，介電損耗為1.6，擊穿場強為203 MV/m。
[0019]實施例7:
a.將0.0300g有機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;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出PBMA/ P(VDF-TrFE-CFE)復合介電薄膜。在1000Hz時，介電常數能達到40，介電損耗為1.2，擊穿場強為202 MV/m。
[0020]實施例8:
這組實施例為對比實施例。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 ;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出P(VDF-TrFE-CFE)復合介電薄膜。在1000Hz時，介電常數能達到35，介電損耗為2.0，擊穿場強為294 MV/m。
[0021]以上對本發(fā)明的實施例作了詳細說明，所有實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于上述的實施例。
【主權項】
1.一種聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA) /聚偏氟乙烯基復合介電薄膜，其特征在于，所述復合介電薄膜由含氟聚合物和有機填料PBMA組成，其質量百分比為:有機填料PBMA10%-30%,含氟聚合物 70%-90%。
2.根據權利要求1所述的聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜，其特征在于，所述有機PBMA為市售商品。
3.根據權利要求1所述的聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜，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.根據權利要求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;再經過自然冷卻、120°C退火8h，即制備出聚甲基丙烯酸正丁酯(PBMA)/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜。
5.根據權利要求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和含氟聚合物總質量與DMF的質量比為1:7-10。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種聚甲基丙烯酸正丁酯（PBMA）/聚偏氟乙烯基復合介電薄膜，該膜以含氟聚合物和有機PBMA混合流延成膜。其中復合介電薄膜質量百分比組成為：有機PBMA為10%-30%，含氟聚合物為70%-90%。這種復合介電薄膜是具有較高的介電常數，較低的介電損耗的新型介電材料?？梢酝ㄟ^控制填料添加比例來制備所需介電常數的復合介電薄膜。該復合薄膜制備工藝簡單、復合溫度低且對環(huán)境友好，具有廣泛的應用前景。
【IPC分類】C08L33-10, C08J5-18, C08L27-16
【公開號】CN104877278
【申請?zhí)枴緾N201510365809
【發(fā)明人】王芳輝, 孔艷, 朱紅
【申請人】北京化工大學
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2015年6月29日