[发明专利]含有核@壳结构填料的高介电复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，特别涉及一种含有核@壳结构填料的高介电复合材料及其制备方法。

背景技术

随着各种便携式电子设备向微型化、集成化、多功能化方向的发展，高介电复合材料在电子与电力工程技术方面的应用日益广泛。与此同时，对材料的性能及制备工艺要求俞为苛刻。传统的共混和简单复合已不再适应时代的要求。

陶瓷电容器虽然有高的介电常数，但需要在高温下与电极共烧，工艺复杂，耗能大，柔韧性差，易于破碎。

有机聚合物基复合材料可以在较低温度下复合，且材料成膜性好，具有弹性，但是其自身的介电常数较低，所以通过添加填料来提高聚合物基材料的介电性能已是既成事实。然而，添料的表面，亦即添料和基体的界面对复合材料的性能起着至关重要的作用。于是对添料的表面改性是目前该领域的关键技术。表面层材料的性质、结构及尺寸对材料的性能有很大的影响。目前，该方面的技术尚不成熟，有待进一步的调整和优化。

发明内容

本发明提供了一种含有核@壳结构填料的高介电复合材料及其制备方法。其特征在于，所述复合材料由铝和聚苯乙烯组成，按质量比：铝的含量范围为10～45wt％，聚苯乙烯的含量范围为55～90wt％。

所述含有核@壳结构填料的高介电复合材料的制备方法，其步骤是：

1)将铝研磨成粉末，铝粉在室温空气中钝化4～8小时，或将铝粉浸泡在浓硝酸中钝化0.5～1小时，得到表面处理铝粉，即核@壳结构填料。

2)称取聚苯乙烯颗粒，在乙酸乙酯溶液中充分溶解，得到聚苯乙烯的乙酸乙酯溶液；按不同质量分数比称取步骤1得到的空气中钝化的铝粉，加入到乙酸乙酯溶液中超声作用0.5小时后，再和聚苯乙烯的乙酸乙酯溶液混合，或按不同质量分数比称取步骤1得到的浓硝酸中钝化的铝粉，加入到聚苯乙烯的乙酸乙酯溶液中；室温下搅拌均匀后，浇注成膜，并进行室温晾干、真空烘干操作，再于温度条件为150～180℃、压力条件为10～15Mpa的环境中成型，最后在温度条件为0～10℃的环境中定型，即得到所述的含有核@壳结构填料的高介电复合材料。

所述表面处理铝粉的粒度为20纳米～200目。

所述聚苯乙烯的平均分子量在20～50万之间，密度为1.06g/cm³，熔融温度范围为145～155℃。

本发明的有益效果是：铝粉经过钝化处理，表面形成一层牢固、均匀、致密并且绝缘的氧化物包覆层，有效地避免了导电添料因相互接触而形成漏电导，降低了材料的介电损耗；铝粉密度低，不同粒径的铝粉原料来源广泛，表面钝化容易，工艺可控；得到的复合材料介电常数高，密度低，加工简单，成本小，并且具有良好的柔韧性；本发明所述的复合材料的制备方法工艺易控简单、热压温度低、节能环保。

附图说明

图1为用浓硝酸处理铝粉表面形貌和相态分析。

图2为空气钝化处理铝粉的透射电子显微镜照片。

图3为空气钝化处理铝粉的表面成分分析图。

图4为空气钝化处理铝粉的X射线衍射图。

图5为空气处理AI/PS复合材料(10.1wt％Al，32.7wt％Al，38.9wt％Al)的介电常数随频率的变化关系图。

图6为空气处理AI/PS复合材料(10.1wt％Al)的介电损耗随频率的变化关系图。

图7为空气处理AI/PS复合材料(32.7wt％Al)的介电损耗随频率的变化关系图。

图8为空气处理AI/PS复合材料(38.9wt％Al)的介电损耗随频率的变化关系图。

图9为浓硝酸处理AI/PS复合材料(38.9wt％Al)的介电常数随温度的变化关系图。

图10为浓硝酸处理AI/PS复合材料的介电常数与AI质量分数的关系图。

图11为浓硝酸处理AI/PS复合材料(18.1wt％Al，25.8wt％Al)的介电常数与频率的关系图。

图12为浓硝酸处理AI/PS复合材料(32.7wt％Al，38.9wt％Al，44.6wt％Al)的介电常数与频率的关系图。

具体实施方式

本发明为一种含有核@壳结构填料的高介电复合材料及其制备方法。所述含有核@壳结构填料的高介电复合材料由铝和聚苯乙烯组成，按质量比：铝的含量范围为10～45wt％，聚苯乙烯的含量范围为55～90wt％。

所述含有核@壳结构填料的高介电复合材料的制备，其步骤是：