[发明专利]一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物电介质属于电工材料和化工交叉的制造领域，具体涉及一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质及其制备方法。

背景技术

日益小型化的微电子器件和大功率电力设备给电子封装和电气绝缘行业界使用的工程电介质材料领域带来了新的严峻挑战，迎接这个挑战的关键是制备具有高热导率，且高电阻和电击穿强度、低介电常数和损耗、易加工、较佳的力学性能的电子封装和绝缘材料。聚合物因具有上述绝大多数良好综合性能在电子封装和电气绝缘材料领域应用日趋广泛，但其热导率极低(约0.1-0.4W/m K)，严重影响到其在各类导热和散热场合的使用。获得高热导率的填充型聚合物的前提是在基体内形成利于声子传递的导热粒子网络，而构建导热网络通常需要填料用量≥65wt％。因此，当前导热绝缘聚合物的研究和制备面临如下困境：1)高热导率获得经常以牺牲材料力学强度、韧性，以及加工性能为代价，难以兼顾高导热与良好强度与韧性、加工性能；2)电击穿强度和绝缘电阻下降，介电常数和损耗上升。

复合材料内部电场畸变主要由无机填料与聚合物本体之间的介电常数和电导率的差异引起的，这种差异越大，电场畸变越强烈，电场集中越明显，材料击穿强度也就越低。目前常用导热填料如SiC、ZnO、AlN、BN、Si₃N₄、Al₂O₃、MgO、SiO₂中，只有高导热BN(氮化硼)介电常数和损耗均相对最低，且具有极好的高温电阻和电击穿，与聚合物电性能最为接近。因此，只有使用BN才可能不降低复合材料电击穿强度和电阻。目前使用的微米BN由于热导率相对较低，需要在高用量下才能改善体系热导率，但这会降低体系力学强度及韧性，以及电绝缘。因此，目前很难解决导热聚合物电介质面临的上述两个难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质及其制备方法，其制得的聚合物电介质具有高热导率、高电击穿电压、高绝缘电阻且具有低介电常数、低损耗。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质，按质量百分比计，包括50-60％的环氧树脂体系，40-50％的混杂纳米氮化硼粒子；其中混杂纳米氮化硼粒子为氮化硼纳米管和氮化硼纳米片的混合物；环氧树脂体系按质量份数计，是由100phr环氧树脂E-51和85phr的六氢甲基苯酐以及1phr的苄基二甲胺混合而成。

所述氮化硼纳米管和氮化硼纳米片的质量比为(0.3～0.5)：1。

所述氮化硼纳米管的直径为70-80nm，管长为15-20μm。

所述氮化硼纳米片的长度为3-5μm，厚度为40-60nm。

一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质的制备方法，包括以下步骤：

1)氮化硼纳米管表面改性：将氮化硼纳米管在双氧水溶液里浸泡后过滤除去杂质，用去离子水清洗至pH值为7，并进行干燥，然后加入到甲苯中，并加入占氮化硼纳米管质量3-5％的KH-550硅烷偶联剂，加热到85-95℃下回流搅拌10-12h，再于110-120℃下继续回流4-5h；最后进行离心分离，得到固体，将固体烘干，得到表面改性的氮化硼纳米管；

2)氮化硼纳米片的表面改性：将氮化硼纳米片放入硝酸溶液里浸泡后过滤除去杂质，再用去离子水清洗至pH值为6～7，干燥后放入二甲苯中，再加入占氮化硼纳米片质量4-6％的KH-560硅烷偶联剂，在80-90℃下回流搅拌8-10h，再于120-130℃下继续回流4-6h；最后进行离心分离，得到固体，将固体烘干，得到表面改性的氮化硼纳米片；

3)氮化硼纳米管/氮化硼纳米片/环氧树脂聚合物复合电介质材料的制备：将表面改性的氮化硼纳米管与表面改性的氮化硼纳米片混合，得到混杂纳米氮化硼粒子，将混杂纳米氮化硼粒子分散到N,N-二甲基甲酰胺中，向分散有混杂纳米氮化硼粒子的N,N-二甲基甲酰胺中加入环氧树脂体系并搅拌均匀，然后进行乳化处理，最后将经过乳化处理的液体倾倒于玻璃板上，在室温下进行挥发，则液体变成薄膜，将玻璃板上的薄膜干燥后，从玻璃板上取下薄膜，将多层薄膜叠放一起，进行热压成型，得到聚合物电介质；其中，混杂纳米氮化硼粒子与环氧树脂体系的质量比为(40-50)：(50-60)；环氧树脂体系按质量份数计，是由100phr环氧树脂E-51和85phr的六氢甲基苯酐以及1phr的苄基二甲胺混合而成。