[發明專利]四層結構樹脂基復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201710813840.3
• 申請日: 2017-09-11
• 公開（公告）號: CN107538661B
• 公開（公告）日: 2019-05-28
• 發明（設計）人: 梁國正;張小寶;顧嬡娟;袁莉
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: B29C39/12
• 分類號: B29C39/12;C08L63/00;C08K9/00;C08K7/24;C08K5/315
• 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;孫周強

本發明公開了一種四層結構樹脂基復合材料及其制備方法；本發明以浸潤樹脂的兩層云母紙與碳納米管/熱固性樹脂復合材料構建四層結構樹脂基復合材料，與現有技術制備的絕緣層?導體/聚合物層狀結構復合材料相比，本發明提供的四層結構復合材料兼具高儲能密度、低介電損耗（＜0.1，@100Hz）和高介電常數（＞100，@100Hz）。該四層結構樹脂基復合材料具有制備工藝簡單、成本低、原材料來源廣等特點，適合大規模應用。

技術領域

本發明涉及兼具高儲能密度、高介電常數＞100（在100Hz）且低介電損耗＜0.1（在100Hz）的樹脂基復合材料及其制備方法，特別涉及一種四層結構樹脂基復合材料及其制備方法。

背景技術

高功能化、微型化是電子器件的發展趨勢，電子系統中的無源元件所占比重越來越大。在無源元件中，嵌入式電容器得到了廣泛的關注，它可以起到退藕、旁路、濾波等作用。嵌入式電容器所用的材料需要兼具高儲能密度、高介電常數（＞100，@100Hz）及低介電損耗（＜1，@100Hz）。相比陶瓷，陶瓷/聚合物復合材料具有良好的工藝性和韌性。但是，即使陶瓷的含量達到很高值（>50 vol%），在100Hz下，陶瓷/聚合物復合材料的介電常數仍＜100。同時，高的陶瓷添加量也劣化了聚合物復合材料的成型工藝和力學性能。

導體/聚合物復合材料在低導體含量下獲得高介電常數，但往往伴隨著介電損耗的增加及擊穿強度的大幅降低。為此，人們做了很多有意義的工作。現有技術發現，在相同聚合物和導體情況下，設計三層結構復合材料不僅可以使復合材料獲得較高的介電常數，而且可以得到低的介電損耗，當導體添加量為3wt%時，復合材料的介電損耗為0.21（@100Hz）；但是，它的介電常數僅為80（@100Hz），仍未達到嵌入式電容器的使用要求。

對于線性材料而言，提高其介電常數或擊穿強度都可使其儲能密度得到提高。現有技術用Ba_0.6Sr_0.4TiO₃納米纖維/聚偏氟乙烯（記為B）與氧化石墨烯/聚偏氟乙烯（記為G），制備了三層結構復合材料GBG。相比于單層材料G，GBG的擊穿強度提高了1倍，因此其儲能密度是G的3.3倍，但是GBG的介電常數僅為20（@100Hz）；同時現有技術制備了聚酰亞胺（PI）-多壁碳納米管（MWCNT）/PI-PI三層結構復合材料，它的儲能密度高于MWCNT/PI單層復合材料，但提高幅度僅為40%，特別是其介電常數僅為26.1（@100Hz）。

由此可見，相比于傳統的導體/聚合物單層材料，引入絕緣層雖然能夠提高儲能密度，但在提高幅度上有待改善；同時，含有絕緣層的導體/聚合物層狀結構復合材料并未能兼具高的儲能密度、低介電損耗（＜0.5，@100Hz）與高介電常數（＞100，@100Hz），不能滿足嵌入式電容器用材料對高介電常數的要求。因此，構建滿足嵌入式電容器要求的新型層狀結構復合材料具有重要意義。

發明內容

為了克服現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供兼具高儲能密度、低介電損耗（＜0.2，@100Hz）和高介電常數（＞150，@100Hz）的四層結構樹脂基復合材料，其制備工藝簡單、成本低、原材料來源廣，適合大規模應用。

實現本發明目的的技術方案是

一種四層結構樹脂基復合材料的制備方法，包括如下步驟：

（1）按重量計，將100份熱固性樹脂體系與0.1～1.8份碳納米管混合；然后預聚得到預聚物；

（2）取步驟（1）制備的預聚物的一半進行預固化，得到碳納米管/熱固性樹脂預固化片A；

（3）將兩張云母紙分別浸潤可熱固化樹脂液后，依次平鋪在步驟（2）制備的碳納米管/熱固性樹脂預固化片A上，得到三層結構復合材料B；

（4）取步驟（1）制備的預聚物的一半澆注到步驟（3）制備的三層結構復合材料B上，然后進行固化得到所述四層結構樹脂基復合材料。