[發(fā)明專利]一種高定向排布核殼結(jié)構(gòu)纖維聚偏氟乙烯基復(fù)合介質(zhì)及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810820706.0
• 申請日: 2018-07-24
• 公開（公告）號: CN109265879B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)?/a>;遲慶國;劉立柱;張昌海;王暄
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號: C08L27/16
• 分類號: C08L27/16;C08K9/02;C08K7/08
• 代理公司: 哈爾濱市偉晨專利代理事務(wù)所(普通合伙) 23209
• 代理人: 曹徐婷

本發(fā)明公開了一種高定向排布核殼結(jié)構(gòu)纖維聚偏氟乙烯基復(fù)合介質(zhì)及其制備方法，所述復(fù)合介質(zhì)由核殼結(jié)構(gòu)BZCT@SiO₂NFs填充相和PVDF復(fù)合而成，其中：所述BZCT@SiO₂NFs為核殼纖維結(jié)構(gòu)，核層為鋯鈦酸鋇鈣，殼層為氧化硅。本發(fā)明首先采用溶膠?凝膠法和靜電紡絲技術(shù)制備具有大長徑比的無機(jī)纖維填充相，然后對其進(jìn)行二氧化硅包裹，隨后與PVDF復(fù)合，并進(jìn)行淬火處理，得到致密的高定向一維核殼結(jié)構(gòu)的無機(jī)纖維?PVDF基復(fù)合薄膜。本發(fā)明的高定向排布的一維核殼結(jié)構(gòu)無機(jī)纖維?PVDF基復(fù)合薄膜介質(zhì)能夠顯著提高介電、擊穿和儲能性能，維持了聚合物自身優(yōu)異的電絕緣與機(jī)械性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于介質(zhì)電容器領(lǐng)域，涉及一種聚合物基電介質(zhì)納米復(fù)合材料及其制備方法，具體涉及一種一維核殼結(jié)構(gòu)無機(jī)填充相-聚合物基復(fù)合介質(zhì)及其制備方法。

背景技術(shù)

電力電子領(lǐng)域?qū)ο冗M(jìn)電介質(zhì)材料的要求不斷提高，其中聚合物基電介質(zhì)納米復(fù)合材料具有廣闊的應(yīng)用前景。然而，同時(shí)提高復(fù)合材料的介電性能和電擊穿強(qiáng)度仍然是長期以來研究學(xué)者所面臨的重要挑戰(zhàn)。另外，無機(jī)填充相和聚合物基體存在較大的介電差異問題，這會導(dǎo)致復(fù)合介質(zhì)內(nèi)部局部電場分布不均，破壞其耐擊穿能力，從而導(dǎo)致儲能性能裂化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決現(xiàn)階段介質(zhì)擊穿強(qiáng)度偏低、儲能密度較低的問題，提供了一種具有高儲能密度、高擊穿強(qiáng)度的高定向排布核殼結(jié)構(gòu)纖維聚偏氟乙烯基復(fù)合介質(zhì)及其制備方法。本發(fā)明制備工藝流程簡便，容易推廣實(shí)施。通過對比發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的高定向排布的一維核殼結(jié)構(gòu)無機(jī)纖維-PVDF基復(fù)合薄膜介質(zhì)能夠顯著提高介電、擊穿和儲能性能，維持了聚合物自身優(yōu)異的電絕緣與機(jī)械性能。

本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種高定向排布核殼結(jié)構(gòu)纖維聚偏氟乙烯基復(fù)合介質(zhì)，由核殼結(jié)構(gòu)BZCT@SiO₂NFs填充相和PVDF復(fù)合而成，所述核殼結(jié)構(gòu)BZCT@SiO₂ NFs填充相在復(fù)合介質(zhì)中定向排布，BZCT@SiO₂ NFs為核殼纖維結(jié)構(gòu)，核層為鋯鈦酸鋇鈣，殼層為氧化硅，核殼結(jié)構(gòu)BZCT@SiO₂NFs填充相在復(fù)合介質(zhì)中的含量為1～20vol％。

一種上述高定向排布核殼結(jié)構(gòu)纖維聚偏氟乙烯基復(fù)合介質(zhì)的制備方法，包括如下步驟：

步驟一、制備核殼結(jié)構(gòu)BZCT@SiO₂ NFs：

(1)將1～5g鋯鈦酸鋇鈣納米纖維分散在100～400mL乙醇、200～500mL去離子水和1～20mL氨水的混合液中；

(2)加入5～20mL TEOS溶液，連續(xù)攪拌30～180min，然后將混合液在60～70℃溫度下再攪拌6～24h；

(3)通過離心清洗收集被修飾粉末，用去離子水和乙醇洗滌至pH＝6～8，烘干，獲得核殼結(jié)構(gòu)BZCT@SiO₂ NFs；

步驟二、制備BZCT@SiO₂-PVDF復(fù)合薄膜：

(1)將核殼結(jié)構(gòu)BZCT@SiO₂ NFs填充相置于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液中，超聲分散5～60min，使其均勻分散在DMF溶液中；

(2)向上述分散液中緩慢加入聚偏氟乙烯(PVDF)粉末，配制均質(zhì)穩(wěn)定的含有BZCT@SiO₂ NFs填充相的PVDF混合溶液，置于真空箱內(nèi)抽真空、靜置、排氣泡；

(3)將步驟(2)所得的混合溶液吸入注射器進(jìn)行高速定向靜電紡絲，獲得高定向排布的BZCT@SiO₂-PVDF基復(fù)合濕膜；

(4)將濕膜放在真空烘箱內(nèi)進(jìn)行烘干處理，獲得高定向排布的BZCT@SiO₂-PVDF基復(fù)合薄膜；