[發明專利]一種交聯型聚芳醚砜基介電復合材料及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 201810211195.2
• 申請日: 2018-03-14
• 公開（公告）號: CN108559264B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 張云鶴;劉捷;許文瀚;金蘭;姜振華
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C08L81/06
• 分類號: C08L81/06;C08K9/02;C08K9/06;C08K9/04;C08K3/24;C08G75/23;C08J5/18
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞;謝怡婷

本發明公開了一種交聯型聚芳醚砜基介電復合材料及其制備方法和用途，所述方法采用了具有良好熱學和力學性能且含有活性官能團(烯丙基側基)的聚芳醚砜作為聚合物的基體材料；同時采用無機納米陶瓷粒子作為無機納米填料，并對納米填料表面進行有機功能化改性，引入苯并環丁烯，形成具有可反應性官能團的具有核殼結構的無機納米陶瓷粒子，并作為交聯點，與具有活化官能團的聚芳醚砜聚合物基體發生交聯反應，形成三維網絡結構，制備出具有良好耐熱性、柔性和高儲能密度的交聯型聚芳醚砜基介電復合材料。制備得到的聚芳醚砜基介電復合薄膜具備較高的介電常數，較寬的溫度適用范圍，同時其擊穿場強也有明顯提升，從而獲得高溫下較高的儲能密度。

技術領域

本發明屬于介電材料和儲能材料制備技術領域，特別涉及一種具有高儲能 密度的交聯型聚芳醚砜基介電復合材料及其制備方法和用途。

背景技術

隨著社會的不斷進步，電子元器件的快速發展，動態電子設備、靜態功率 系統、混合動力電動車以及脈沖功率設備對電能存儲裝置的需求不斷增加。高 介電常數、高儲能密度聚合物基納米復合薄膜材料已被廣泛研究，其融合了聚 合物質量輕，易加工成型，和鐵電納米陶瓷的介電常數高等優點。然而，現有 的介電復合材料依然存在許多不足，主要是在高溫下擊穿強度較低，介電損耗 較高，充放電效率較低；除此之外，無機陶瓷納米填料的表面處理依然需要改 進。

目前，聚合物基納米介電復合材料所采用的聚合物基體包括以下幾種：環 氧樹脂(Epoxy)，聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物(如聚(偏氟乙烯-三氟 乙烯)[P(VDF-TrFE)]，聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯代三氟乙烯) [P(VDF-TrFE-CTFE)]，等等)，聚氨酯(PU)，雙軸取向聚丙烯(BOPP)等， 但這些聚合物基體的耐熱性都不是很好，例如：環氧樹脂的玻璃化轉變溫度(Tg) 一般低于150℃，柔韌性較差；而PVDF及其共聚物的熔點僅為150-160℃，并 且存在明顯的遲滯損耗，嚴重影響介電儲能性能。在實際應用中，復合材料的 熱性能相當重要，尤其是作為電介質材料使用時，在工作中由于自身損耗而發 熱，加之聚合物基體較低的Tg，在寬溫度范圍內表現出較差的介電和熱學穩定 性，難以滿足極端條件下各應用領域不斷增長的需求。

聚砜類聚合物是一種非結晶性的特種工程塑料，主要有三個品種：聚醚砜 (PES)，聯苯聚醚砜(PPSU)和聚砜(PSU)，它們具有重量輕，機械強度 好，熱穩定性特別優異等特點，同時也具有熱塑性和可溶性，易于成型加工， 薄膜制品的柔韌性好，是制備具有良好柔韌性和耐熱性的高儲能密度聚合物基 納米復合材料的理想聚合物基體材料。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有的介電復合材料在工作中由于自身損耗而發 熱，加之聚合物基體較低的Tg，在寬溫度范圍內表現出較差的介電和熱學穩定 性等問題，而提供一種交聯型聚芳醚砜基介電復合材料及其制備方法和用途， 其具有高儲能密度等優點。

本發明合成并采用了具有良好熱學和力學性能且含有活化官能團(如烯丙 基側基)的聚芳醚砜(DPAES)作為聚合物基體材料；同時采用具有核殼結構 的無機納米陶瓷粒子作為納米填料，該納米填料的表面為進行有機功能化改性， 引入苯并環丁烯(BCB)官能團，形成具有可反應性的官能團，并將該官能團 作為交聯點，與具有活化官能團的聚合物基體發生交聯反應，形成三維網絡結 構，同時弱化納米填料和聚合物基體的界面，制備出具有良好耐熱性、柔性和 高儲能密度的交聯型聚芳醚砜基介電復合材料。

本發明解決上述技術問題的技術方案如下：

本發明提供一種聚芳醚砜基介電復合材料，所述材料包括含有烯丙基側基 的聚芳醚砜基體聚合物，和分散在含有烯丙基側基的聚芳醚砜基體聚合物中的 具有核殼結構的無機納米陶瓷粒子。

在本發明的一個優選方案中，所述具有核殼結構的無機納米陶瓷粒子為在 無機納米陶瓷顆粒表面依次進行雙氧水羥基化，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧 基硅烷(MPS)雙鍵官能化和苯并環丁烯(BCB)官能化反應后制備得到的。