[发明专利]一种聚砜/改性填料复合介电薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种聚砜/改性填料复合介电薄膜材料及其制备方法，原料包括质量比为100:1~20的聚砜树脂及改性填料；改性填料的制备方法为：用过氧化氢溶液对钛酸钡和炭黑的混合粉体进行处理，得到表面羟基化的混合粉体；将表面羟基化的混合粉体与γ‑巯丙基三甲氧基硅烷反应，得到巯基改性的混合粉体；将巯基改性的混合粉体与二甲基二烯丙基氯化铵反应，得到季铵基团改性的混合粉体；通过溶胶凝胶法在季铵基团改性的混合粉体表面包覆无定型二氧化硅。本发明用钛酸钡和炭黑混合作为填料，并用无定型二氧化硅层对混合填料进行包覆，通过对包覆工艺的改善使得在较低的改性填料添加量下，薄膜材料具有高的介电常数及低的介电损耗。

技术领域

本发明涉及介电材料技术领域，尤其是涉及一种聚砜/改性填料复合介电薄膜材料及其制备方法。

背景技术

薄膜电容器是一种重要的基础电子元件，相比陶瓷电容器，铝/钽电容器，薄膜电容器具有绝缘电阻高，耐压高，介质损耗小，频率特性优异，具有自愈性等优良特性。目前，薄膜电容器中最常用的薄膜电介质为BOPP，其耐温性在105℃左右，相对介电常数只有2-3，因此即使在高场强下其储能密度也只有不到2J/cm³，这意味着满足一定的储能要求需要很大的体积。而近年来，新能源领域如光伏发电，风力发电，特别是新能源汽车的发展，对薄膜电容器提出了小型化，耐高温，大容量等更高的要求。

聚砜(PSU)是一种略带琥珀色的透明或半透明聚合物，可以在-100℃～150℃范围内长期使用，热稳定性好，耐水解，尺寸稳定性好，成型收缩率小，即使在高温下也能保持优良的机械性能，且在宽广的温度和频率范围内具有优良的电性能，是最具潜力的耐高温电介质薄膜聚合物之一。但单纯的聚砜材料的相对介电常数较低，一般通过在聚砜中添加高介电常数的陶瓷填料来提升复合材料的介电常数。例如，在中国专利文献上公开的“一种二氧化硅包覆改性钛酸钡/聚砜的介电复合材料及其制备方法”，其公开号CN110698859A，利用溶胶凝胶法在高介电材料钛酸钡表面包覆一层致密绝缘的二氧化硅，制备成钛酸钡@二氧化硅纳米核壳结构的颗粒，包覆效果均匀且能够形成单分散状态；与聚砜基体材料复合，可以使复合材料具有高的介电常数和低的介电损耗。

但现有技术中使用陶瓷颗粒与聚合物基体复合时，一般需要较大的陶瓷颗粒添加量才能使复合材料具有较高的介电常数，而陶瓷颗粒添加较多，会使复合材料的韧性和加工性能受到很大影响，不利于其在薄膜电容器中的应用。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中的聚合物/陶瓷填料复合介电材料存在的上述问题，提供一种聚砜/改性填料复合介电薄膜材料及其制备方法，用铁电陶瓷材料钛酸钡和导电粒子炭黑混合作为填料，并用无定型二氧化硅层对混合填料进行包覆，制成具有核壳结构的改性填料，并通过在钛酸钡粉体和炭黑表面引入带正电荷的基团，改善无定型二氧化硅层的包覆均匀性及与钛酸钡粉体和炭黑的结合紧密度，从而在较低的改性填料的添加量下，可以使复合介电薄膜材料具有高的介电常数及低的介电损耗。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种聚砜/改性填料复合介电薄膜材料，原料包括质量比为100:1～20的聚砜树脂及改性填料；所述的改性填料为无定型二氧化硅包覆的钛酸钡及无定型二氧化硅包覆的炭黑的混合物，其制备方法包括如下步骤：

A)用过氧化氢溶液对混合粉体进行处理，得到表面羟基化的混合粉体；所述的混合粉体包括质量比为10～15:1的钛酸钡和炭黑；

B)将表面羟基化的混合粉体与γ-巯丙基三甲氧基硅烷反应，得到巯基改性的混合粉体；

C)将巯基改性的混合粉体与二甲基二烯丙基氯化铵反应，得到季铵基团改性的混合粉体；

D)将季铵基团改性的混合粉体加入乙醇和水的混合溶剂中，分散均匀后滴加正硅酸乙酯，搅拌反应2～4h后再滴加氨水，继续搅拌反应6～8h，将产物分离、清洗、干燥后得到所述改性填料。