[發明專利]一種鈦酸鋇泡沫陶瓷/熱固性樹脂復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201610014636.0
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105541389B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 梁國正;鄭龍輝;顧嬡娟;張鵬飛;袁莉
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C04B38/06
• 分類號: C04B38/06;C04B41/48
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明涉及一種復合材料及其制備方法，特別涉及一種鈦酸鋇泡沫陶瓷/熱固性樹脂復合材料及其制備方法。

背景技術

陶瓷電介質材料是高介電常數材料的重要品種，作為一種具有高介電常數以及優良的鐵電、壓電和絕緣性能的電子陶瓷材料在電子陶瓷工業領域扮演重要角色。但是，傳統的陶瓷電介質材料存在比重大、脆性大、成型工藝條件苛刻等缺點，限制了其在大功率電容器中的應用。因此陶瓷/聚合物復合材料應運而生。鑒于鈦酸鋇高機械強度、高介電常數、低介電損耗等優異的綜合性能，人們將鈦酸鋇與不同聚合物復合，制得了多種高介電常數鈦酸鋇/聚合物復合材料。

然而，大量研究發現，陶瓷與聚合物復合后，介電常數顯著降低。因此，為了達到預期的介電性能，復合材料中陶瓷粒子含量需要大于50vol%。而這常常使得復合材料的成型工藝性很差，難以制得高質量的復合材料。此外，更嚴重的情況是陶瓷粒子在聚合物基體中的分散不均勻，出現較多陶瓷團聚體，不僅導致陶瓷的高介電性能不能在復合材料中得到發揮，而且使得復合材料的機械力學性能較差。

目前，克服上述問題的方法主要有兩種。其一，對陶瓷粒子進行表面處理以解決其分散性，但是對減少陶瓷的高添加量的效果不明顯。其二，引入導體作為第三組分可以較為顯著地降低陶瓷的含量，但是導體的存在又往往導致復合材料具有較大的介電損耗。因此，如何克服上述問題，研發一種兼具優良制備工藝與優異介電性能的陶瓷/聚合物復合材料是一個具有重大應用價值的課題。

發明內容

本發明針對現有技術存在的不足，提供一種制備方法簡單、性能可控，并具有高介電常數、低介電損耗的鈦酸鋇泡沫陶瓷/熱固性樹脂及其制備方法。

為達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種鈦酸鋇泡沫陶瓷/熱固性樹脂復合材料的制備方法，包含如下步驟：

（1）按質量計，將100份納米鈦酸鋇與30～120份濃度為1～15wt%的有機粘結劑水溶液充分研磨，得到漿料A；在漿料A中加入10～80份濃度為0.5～3wt%的有機流變劑水溶液，充分研磨后得到漿料B；在漿料B中加入20～80份濃度為0.5～3wt%的有機分散劑水溶液，充分研磨后得到漿料C；所述的有機粘結劑為聚乙烯醇、羧甲基纖維素、甲基纖維素的一種，或它們的任意組合；所述的有機流變劑為羧甲基纖維素、羥己基纖維素的一種，或它們的任意組合；所述的有機分散劑為聚乙烯亞胺、聚丙烯酰胺、聚丙烯酸胺的一種，或它們的任意組合；

（2）將規格為15～35PPI的聚合物海綿浸漬在濃度為5～20wt%的氫氧化鈉水溶液中，升溫至50～75℃并保溫2～6h后，取出聚合物海綿，用去離子水洗滌、甩干，得到聚合物海綿D；在常溫下，將聚合物海綿D浸漬在濃度為0.5～3wt%的表面活性劑水溶液中，停留2～6h后，取出甩干，在溫度40～80℃的條件下干燥，得到預處理的聚合物海綿E；所述的聚合物海綿的聚合物材質為聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯中的任意一種；所述的表面活性劑為羧甲基纖維素、聚乙烯亞胺的一種，或它們的任意組合；

（3）將預處理的聚合物海綿E浸漬在步驟（1）制得的漿料C中，在常溫下放置1～10min進行掛漿處理，擠壓排除多余的漿料后，在溫度為40～80℃的條件下進行干燥處理；依次重復掛漿、干燥處理1～7次，得到掛漿均勻且無堵孔的鈦酸鋇泡沫陶瓷生坯；

（4）將步驟（3）制得的鈦酸鋇泡沫陶瓷生坯以0.5～5℃/min的速率由室溫升溫至100～300℃，再以0.5～5℃/min的速率升溫至500～700℃并保溫0.5～2h后,以2～10℃/min的速率升溫至1000～1500℃并保溫1～5h后，隨爐冷卻至室溫，得到鈦酸鋇泡沫陶瓷；

（5）將熔融態可熱固化的樹脂澆注于步驟（4）制備的鈦酸鋇泡沫陶瓷中，待樹脂完全滲透泡沫陶瓷孔隙后，進行熱固化與后處理，即得到一種鈦酸鋇泡沫陶瓷/熱固性樹脂復合材料。

所述的納米鈦酸鋇的平均粒徑≤100nm。

所述的熱固化和后處理的工藝條件，與所使用的可熱固化樹脂的熱固化和后處理工藝條件一致。

本發明所述的熱固性樹脂為自身可熱固化的樹脂，或由自身不能熱固化的樹脂與固化劑共同組成的樹脂體系。自身可熱固化樹脂為雙馬來酰亞胺樹脂、氰酸酯，及其組合。所述自身不能熱固化的樹脂為環氧樹脂。

本發明技術方案還包括按上述制備方法得到的鈦酸鋇泡沫陶瓷/熱固性樹脂復合材料。

所述的復合材料中，樹脂的體積百分數為60～90%。

與現有技術相比，本發明取得的有益效果是：