[发明专利]聚偏氟乙烯SiO2

说明书

本发明涉及一种聚偏氟乙烯SiO₂改性石墨烯复合材料及其制备方法。该方法包括以下步骤：(1)将SiO₂改性氧化石墨烯包覆于阳离子PS微球表面，得到SiO₂改性氧化石墨烯阳离子PS微球复合物；(2)将所得SiO₂改性氧化石墨烯阳离子PS微球复合物煅烧，得到SiO₂改性石墨烯；(3)将所得SiO₂改性石墨烯与聚偏氟乙烯经溶液共混、成膜、热压，得到聚偏氟乙烯SiO₂改性石墨烯复合材料。本发明方法制备的聚偏氟乙烯SiO₂改性石墨烯复合材料介电常数高、介电损耗低、综合性能优异。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，特别是涉及一种聚偏氟乙烯SiO₂改性石墨烯复合材料及其制备方法。

背景技术

高介电材料具有控制电荷、平均电场、存储电能等特性，在电容器、高能存储器、高压电缆、电活性物质、电磁屏蔽等领域具有广阔的应用前景。传统的无机陶瓷材料介电性能突出，但存在加工温度高、制备条件苛刻、密度大、质脆等缺点，已无法满足实际使用要求。聚合物材料质轻、制备成本低，具有优良的电绝缘性、加工性、机械性能等，是制备微型化、多功能化、智能化高介电复合材料的首选。

聚偏氟乙烯(PVDF)具有较高的介电常数，并且其耐化学腐蚀性强、韧性好、热稳定性突出、机械强度高、耐辐射、抗拉伸、抗压缩等，综合性能极其优异，被誉为合成树脂中的“贵金属”，是一种重要的介电功能材料。但对于介电材料而言，PVDF的介电常数仍较小，无法满足实际应用要求；通常将PVDF与无机陶瓷粒子、导电粒子等复合来提高其介电特性。石墨烯来源丰富，具有超高的导电导热率、强度、长径比和比表面积，是一种理想的导电填料。与其他填料相比，将较低含量的石墨烯添加到聚合物中即能显著提高聚合物的介电常数，同时又能保持聚合物良好的加工性和机械性能。目前，石墨烯/PVDF高介电复合材料的开发与应用已成为工程电介质材料中的研究热点。

关于石墨烯/PVDF高介电复合材料的研究：从最初的石墨烯与PVDF基体简单共混，到石墨烯的功能化改性及多种填料的复配等，研究层次的深入使具有高介电性能的石墨烯/PVDF纳米复合材料不断涌现。但是，将石墨烯运用于高介电复合材料中的最关键的技术问题是石墨烯的比表面积大、表面能高、在聚合物基体中的分散性较差、易团聚，影响复合材料综合性能的改善。石墨烯的加入虽然能显著提高聚合物的介电常数，但在逾渗阈值附近由于石墨烯片层相互连接形成导电网络结构，使漏导电流和介电损耗大幅升高，导致材料本身发热严重。因此，提高石墨烯在基体中的分散、避免导电网络中石墨烯片层的相互接触是制备高介电常数聚合物/石墨烯复合材料的关键因素。

中国发明专利“一种聚合物改性石墨烯/聚偏氟乙烯高介电复合材料及其制备方法”(申请号：201710778841.9)中，以界面与空间微结构的双重调控为基础，对氨基化石墨烯进行聚合物接枝改性，通过静电纺丝工艺有效实现了石墨烯在聚偏氟乙烯中的均匀分散。但此方法中，复合材料的介电常数在改性石墨烯含量较高时才有较大变化(含量为16wt％时，1000Hz的介电常数为83.8)，且静电纺丝技术产量较低，不利于大规模应用。

因此，简单易行地降低石墨烯在复合材料中的含量、提高石墨烯在基体中的分散、避免导电网络中石墨烯片层的相互接触，以得到一种具有高介电常数、低介电损耗、综合性能优异的聚偏氟乙烯/石墨烯复合材料具有重要意义。

发明内容

基于此，本发明的目的在于提供一种高介电常数、低介电损耗、综合性能优异的聚偏氟乙烯SiO₂改性石墨烯复合材料。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种聚偏氟乙烯SiO₂改性石墨烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：