一種鋰鹽/聚丙烯腈/熱固性樹脂復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種聚合物復(fù)合材料及其制備方法，特別涉及一種鋰鹽/聚丙烯腈/熱固性樹脂復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料在微電子、生物工程、電氣工程、航空航天等眾多尖端技術(shù)領(lǐng)域中顯示出巨大的應(yīng)用前景，因而成為材料學(xué)科的熱門話題。近年來，透明材料和柔韌性材料引起人們濃厚的興趣，尤其是在微電子、生物工程等領(lǐng)域。但是，迄今未見透明高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料的報道。
[0003]按照功能體的種類，高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料可大致分為陶瓷/聚合物復(fù)合材料和導(dǎo)體/聚合物復(fù)合材料兩種。這兩類材料各具特色和不足。其中，為了具有高介電常數(shù)，陶瓷/聚合物基復(fù)合材料中一般需要添加高達(dá)50vol%甚至更多的陶瓷，這也同時導(dǎo)致復(fù)合材料的工藝性和力學(xué)性能變差，不能發(fā)揮聚合物的良好工藝性和柔韌性，也不利于獲得透明材料。高添加量的問題在導(dǎo)體/聚合物基復(fù)合材料中得到了很好的克服，但常見的導(dǎo)體是無機(jī)材料，在聚合物基體中易團(tuán)聚，使得導(dǎo)體/聚合物基復(fù)合材料的透光性較差;此外，導(dǎo)體/聚合物復(fù)合材料在獲得高介電常數(shù)的同時也常常存在介電損耗高的問題。
[0004]因此，如何建立一種簡單易行的方法，制備兼具高透光性、良好柔韌性、高介電常數(shù)的新型聚合物復(fù)合材料，具有重大的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種兼具高介電常數(shù)、低介電損耗、良好柔韌性和透光性的鋰鹽/聚丙烯腈/熱固性樹脂復(fù)合材料及其制備方法。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是:一種鋰鹽/聚丙烯腈/熱固性樹脂復(fù)合材料的制備方法，按質(zhì)量計，包含如下步驟:
(1)將100份聚丙烯腈和550?1100份N，N-二甲基甲酰胺在溫度為25°C?80°C的條件下攪拌，得到均勻透明的聚丙烯腈溶液A;再將8?36份鋰鹽加入到聚丙烯腈溶液A中，在溫度為25°C?80°C的條件下攪拌，得到均勻透明的鋰鹽/聚丙烯腈溶液；
(2)將可熱固化樹脂加入到步驟(1)制得的鋰鹽/聚丙烯腈溶液中，在15°C?50°C的溫度條件下混合均勻，得到復(fù)合溶液;將復(fù)合溶液制成薄膜后，再進(jìn)行固化和后處理，即得到一種鋰鹽/聚丙烯腈/熱固性樹脂復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案中，所述的鋰鹽包括三氟甲基磺酸鋰、二(三氟甲基磺酰)亞胺鋰、四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、高氯酸鋰中的一種。
[0008]所述的可熱固化樹脂為包括固化劑的環(huán)氧樹脂或環(huán)氧丙烯酸酯樹脂。所述的固化劑為2-乙基-4甲基咪唑。
[0009]本發(fā)明技術(shù)方案還包括按上述制備方法得到的鋰鹽/聚丙烯腈/熱固性樹脂復(fù)合材料。
[0010]得到的熱固性樹脂復(fù)合材料中，熱固性樹脂與聚丙烯腈的質(zhì)量比為20?50:100。[0011 ]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果是:
1、與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明以聚丙烯腈和熱固性樹脂組成相容的樹脂基體，同時借助鋰鹽與聚丙烯腈的良好的相容性，實現(xiàn)鋰鹽在整個基體中的良好分散，從而制得了具有優(yōu)良透光性的復(fù)合材料。這大大拓展了高介電常數(shù)復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，使得該復(fù)合材料可以應(yīng)用于對透明性要求高的場合。
[0012]2、與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明中用鋰鹽和聚丙烯腈樹脂制備出聚合物電解質(zhì)，將熱固性樹脂均勻地分散在其中，使導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)被分割，形成多個微電容均勻分布于樹脂基體中，有利于介電常數(shù)的升高和介電損耗的降低。
[0013]3、本發(fā)明以固體鋰鹽作為功能體，添加量只需在8wt%?13wt%，即可賦予材料高介電常數(shù);此外，鋰鹽與樹脂的良好相容性和分散性，確保了復(fù)合材料具有良好的柔韌性。
[0014]4、本發(fā)明中使用的鋰鹽可以溶解于基體樹脂中，因此制備的復(fù)合材料的厚度不受鋰鹽的限制。而現(xiàn)有無機(jī)導(dǎo)體或者陶瓷即使在基體中分散良好，但是，存在極限尺寸，因此復(fù)合材料的厚度受到這些無機(jī)粒子尺寸的限制。
[0015]5、盡管復(fù)合材料中含有熱固性樹脂，但是以多組分聚合物為基體，因此所制得的復(fù)合材料具有良好的柔韌性。
[0016]6、本發(fā)明提供的鋰鹽/聚丙烯腈/熱固性樹脂復(fù)合材料的制備方法，具有操作工藝簡單、制造成本低、適用性廣的特點。
【附圖說明】
[0017]圖1是為直觀展示本發(fā)明實施例1制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有透明性的數(shù)碼照片效果圖。
[0018]圖2是本發(fā)明實施例1制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的透過率-波長曲線圖。
[0019]圖3是為直觀展示本發(fā)明實施例1制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有柔韌性的數(shù)碼照片效果圖。
[0020]圖4是本發(fā)明實施例1、2和3制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、比較例1制備的聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂共混物、比較例2制備的三氟甲基磺酸鋰/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料和比較例3制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈復(fù)合材料的介電常數(shù)-頻率曲線圖。
[0021]圖5是本發(fā)明實施例1、2和3制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、比較例1制備的聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂共混物、比較例2制備的三氟甲基磺酸鋰/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料和比較例3制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈復(fù)合材料的交流電導(dǎo)率-頻率曲線圖。
[0022]圖6是本發(fā)明實施例1、2和3制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料、比較例1制備的聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂共混物、比較例2制備的三氟甲基磺酸鋰/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料和比較例3制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈復(fù)合材料的介電損耗-頻率曲線圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖、實施例和比較例，對本發(fā)明技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
[0024]實施例1
1、三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈溶液的制備
將5g聚丙烯腈和50mL N，N-二甲基甲酰胺在60°C的條件下攪拌2h，得到均勻透明的聚丙烯腈溶液A;將0.9g三氟甲基磺酸鋰加入到聚丙烯腈溶液A中，在60°C下攪拌2h，得到均勻透明的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈溶液。
[0025]2、三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備
將1.65g環(huán)氧樹脂(牌號E-51)在60°C的條件下，攪拌30min后，加入0.066g 2-乙基-4甲基咪唑，繼續(xù)攪拌lOmin，得到均勻透明的環(huán)氧樹脂混合物。將步驟1得到的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈溶液，加入到環(huán)氧樹脂混合物中，在25°C的條件下攪拌12h，得到均勻透明的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂溶液。
[0026]將該溶液澆入到模具中，通過流延法制膜，并在25°C真空條件下將溶劑揮發(fā)完全。將所制得的膜按照80°C/2h+100°C/2h+120°C/2h和140°C/4h工藝進(jìn)行熱固化，即得到三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料。其中環(huán)氧樹脂:三氟甲基磺酸鋰:聚丙烯腈的質(zhì)量比為33:18:100。其數(shù)碼照片、透過率-波長曲線、數(shù)碼照片、介電常數(shù)-頻率曲線、交流電導(dǎo)率-頻率曲線、介電損耗-頻率曲線分別參見附圖1、2、3、4、5和6。
[0027]參見附圖1，它是展示本實施例制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有透明性的數(shù)碼照片圖，將復(fù)合材料覆蓋在字體上，可以直觀地看出，它具有良好的透明性。參見附圖2，它是本實施例制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的透過率-波長曲線圖；由圖可見，其透過率達(dá)到80%，說明了制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有良好的透明性，同時也說明復(fù)合材料為均勻體系。
[0028]參見附圖3，它是展示本實施例制備的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有柔韌性的數(shù)碼照片圖；由圖3可以直觀地看出，該復(fù)合材料可以自由的彎曲而不斷裂，具有良好的柔韌性。
[0029]實施例2
1、三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈溶液的制備按實施例1技術(shù)方案制備三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈溶液。
[0030]2、三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料的制備
將1.75g環(huán)氧樹脂(牌號E-51)在60°C的條件下，攪拌30min后，加入0.07g 2-乙基-4甲基咪唑，繼續(xù)攪拌lOmin，得到均勻透明的環(huán)氧樹脂混合物。將步驟1得到的三氟甲基磺酸鋰/聚丙烯腈溶液，加入到環(huán)氧樹脂混合物中，在2