[發(fā)明專利]以橡膠組分添加制備高擊穿強(qiáng)度和高儲(chǔ)能密度的復(fù)合材料薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710928035.5
• 申請(qǐng)日: 2017-10-09
• 公開（公告）號(hào): CN108017860B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黨智敏
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通洪明電工科技有限公司
• 主分類號(hào): C08L27/16
• 分類號(hào): C08L27/16;C08L75/04;C08J5/18
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本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N復(fù)合材料薄膜及其制造方法，按照配比混合塑料基體和橡膠，并通過(guò)熔融拉伸法或溶液澆鑄法來(lái)制備復(fù)合材料薄膜，適量的橡膠組分在塑料基體中均勻分散，它的加入起到了缺陷修飾的作用，使復(fù)合材料在電場(chǎng)中的擊穿強(qiáng)度以及儲(chǔ)能密度得到了很大的提高，該復(fù)合材料制備簡(jiǎn)單，易于工業(yè)化生產(chǎn)，且大幅提高了聚合物基體的性能，符合當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)于高耐壓和高儲(chǔ)能密度聚合物基薄膜材料的需求，可以替代薄膜電容器中常用的雙向拉伸聚丙烯薄膜，從而提高薄膜電容器的比特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請(qǐng)屬于電介質(zhì)材料領(lǐng)域，尤其涉及高擊穿強(qiáng)度和高儲(chǔ)能密度的電介質(zhì)材料，這種新材料可以極大地提高薄膜電容器的性能。

背景技術(shù)

電容器是三大儲(chǔ)能元件之一，薄膜電容器是電容器中一個(gè)重要分支，在照明系統(tǒng)，家用電器以及電力系統(tǒng)中有廣泛的應(yīng)用，其中電介質(zhì)薄膜決定著薄膜電容器的性能。薄膜電容器具有安全輕量、成本低、無(wú)液體電解質(zhì)、充放電速度快、自愈性好、電容單體輸出電壓高、集成組裝工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，這類電容器在智能電網(wǎng)調(diào)頻、新能源汽車以及新式武器等系統(tǒng)中都是關(guān)鍵部件。目前使用的薄膜介質(zhì)絕大部分是雙向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP)，BOPP作為電容器的薄膜介質(zhì)具有很多優(yōu)良的特性，比如低介電損耗(一般是萬(wàn)分之幾)，因此在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中能量損耗小，不易發(fā)熱，高擊穿強(qiáng)度(交流擊穿強(qiáng)度在360MV/m左右，直流擊穿在590MV/m左右)，是綜合性能較好的電介質(zhì)材料。然而聚丙烯作為一種非極性材料，它的介電常數(shù)很低，僅有2.2左右，僅比真空的介電常數(shù)高1.2倍，制約了儲(chǔ)能密度的提高。對(duì)于普通線性電介質(zhì)材料而言，基于儲(chǔ)能密度公式，其最大儲(chǔ)能密度為：

其中W是電介質(zhì)的儲(chǔ)能密度，ε為真空介電常數(shù)，我們可以看到最大儲(chǔ)能密度不僅與擊穿強(qiáng)度(Eb)有關(guān)，也受電介質(zhì)材料的介電常數(shù)(εr)的影響，并與介電常數(shù)的大小呈正比關(guān)系。目前，如何提高薄膜介質(zhì)的介電常數(shù)或擊穿強(qiáng)度以提高材料的儲(chǔ)能密度成為許多科研單位的一個(gè)研究熱點(diǎn)，如美國(guó)的賓州州立大學(xué)、西北大學(xué)、凱斯西儲(chǔ)大學(xué)、美國(guó)通用原子系統(tǒng)公司，法國(guó)的巴黎中央理工大學(xué)，國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、西安交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等。提高電容器的容量，可以大幅降低電容器的體積和質(zhì)量：每提高一倍的儲(chǔ)能密度和電容容量，就可以將體積減小一半。因此研究大容量薄膜介質(zhì)電容器具有很重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是通過(guò)熔融拉伸或溶液澆鑄的方法制備一種聚合物基復(fù)合薄膜，該方法在聚合物基體的基礎(chǔ)上提高了擊穿強(qiáng)度和儲(chǔ)能密度，且在熔融拉伸制備過(guò)程中基本不產(chǎn)生污染物，制備工序簡(jiǎn)單，符合材料節(jié)約和環(huán)境友好的發(fā)展趨勢(shì)。

該類復(fù)合材料薄膜由聚合物基體和橡膠復(fù)合而成。聚合物基體為復(fù)合材料提供了優(yōu)良的介電性能，這些材料本身可以很方便的通過(guò)熔融拉伸法和流延法加工成型，材料回收再利用也很方便。橡膠在加工過(guò)程中被均勻地分散在聚合物基體中，由于兩者之間較好的相容性，其分子鏈纏結(jié)在一起，不容易造成缺陷，而且橡膠柔軟的分子鏈可以填充聚合物基體中的空隙，從而減少基體本身缺陷，提高復(fù)合材料的擊穿強(qiáng)度。

具體實(shí)施方式：

下面通過(guò)具體實(shí)施方案來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明制備高擊穿強(qiáng)度和高儲(chǔ)能密度的聚合物基復(fù)合薄膜的技術(shù)方案。有必要指出，以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的內(nèi)容做出的一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整，仍屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1溶液澆鑄法制備聚合物基復(fù)合薄膜

聚合物采用上海三愛富新材料股份有限公司的PVDF粉末，橡膠采用德國(guó)拜耳的熱塑性聚氨酯(TPU)粒料。

制備工藝：

(1)溶解填料和基體。將體積分?jǐn)?shù)10％的TPU顆粒和90％的PVDF粉末投入到足量的N，N-二甲基甲酰胺中，加熱到50攝氏度并攪拌至TPU和PVDF均完全溶解。