[發明專利]三層結構樹脂基復合材料及其應用

有效

• 申請號: 201910037232.7
• 申請日: 2019-01-15
• 公開（公告）號: CN109776832B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 顧嬡娟;趙丹;梁國正;袁莉
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C08J5/24
• 分類號: C08J5/24;C08J3/28;C08L63/00;C08K3/04;C08K9/10;C08K9/00;C08K7/08;B32B27/28;B32B27/38;B32B27/20;B32B27/08
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 孫周強;陶海鋒

本發明公開了一種三層結構樹脂基復合材料及應用。本發明通過微波固化法制備取向碳納米管束/環氧樹脂復合材料（記為B層），通過刮涂?熱固化法制備鈦酸鋇納米纖維/環氧樹脂復合材料（記為E層），經過層層固化技術構建B?E?B三層結構復合材料。與現有技術制備的導體?絕緣層/聚合物層狀結構復合材料相比，本發明提供的三層結構復合材料兼具高介電常數（1000，@100Hz）、低介電損耗和高儲能密度，并且制備工藝可控易行，生產周期短，適合大規模應用。

技術領域

本發明涉及一種兼具高儲能密度、高介電常數（1000，100Hz）和低介電損耗（0.6，100Hz）樹脂基復合材料及其應用，特別涉及一種三層結構樹脂基復合材料及其應用，屬于介電功能復合材料技術領域。

背景技術

隨著脈沖功率設備、電子功率系統以及緊湊型、低成本電器需求的激增，迫切需要能夠存貯和瞬間輸出能量的電能存儲元件。電介質電容器充放電時均不涉及電化學反應，且一般為固態，不發生形態變化，并具有高的使用溫度，有利于保證脈沖功率設備、電子功率系統的穩定運行及服役可靠性。高性能的介電儲能材料是電介質電容器的核心材料，其中高介電常數聚合物基復合材料具有輕質、易加工、介電性能可調等優勢，被公認為用于高性能介電電容器的最具希望的候選材料。

線性電介質的儲能密度（U_e）正比于電介質的介電常數（ε_r）和擊穿強度（E_b）的平方。迄今為止，聚合物基復合材料普遍不能兼具高介電常數和高擊穿強度。例如，陶瓷/聚合物復合材料中，陶瓷含量即使高達50vol%以上，介電常數仍小于100，且結構缺陷多，擊穿強度低。導體/聚合物復合材料中，利用滲流現象獲得很高的介電常數，但其介電性能對導體含量非常敏感，且介電損耗高（＞1，@100Hz），易發生擊穿，而且介電常數也低于350。

為了解決上述問題，近年來，人們制備了多種類型的多層結構復合材料，但現有文獻報道的多層結構復合材料的介電常數普遍較低（350，@100Hz），且工藝復雜，周期較長。

因此，如何采用簡單的工藝制備低介電損耗、高E_b和高U_e的高介電常數聚合物基復合材料依然是一項十分有挑戰性的工作。在功能填充體中，由許多單根碳納米管在一定方向相互作用組成的取向碳納米管束具有出色的力學性能、導電性和分散性，相比其他一維材料，能更有效地改善納米復合材料的介電性能。但是，取向碳納米管束含量較高時，所制得的聚合物基復合材料的介電常數（265，@100Hz）仍有待進一步提高；同時取向碳納米管束/樹脂復合材料同樣存在介電損耗較大、擊穿強度低、儲能密度低的問題。

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、低介電損耗和高介電常數的新型樹脂基復合材料，且建立制備工藝可控易行，生產周期短，適合大規模應用的制備方法。

實現本發明目的的技術方案是：

一種三層結構樹脂基復合材料，所述三層結構樹脂基復合材料的制備方法包括以下步驟：

（1）將可固化樹脂體系與取向碳納米管束混合，得到取向碳納米管束預聚物；然后將預聚物分為第一預聚物、第二預聚物；然后將第一預聚物預固化，得到取向碳納米管束預固化片；

（2）將能固化樹脂體系與聚多巴胺包覆的鈦酸鋇納米纖維混合，得到鈦酸鋇納米纖維預聚物；然后將鈦酸鋇納米纖維預聚物制膜后預固化得到鈦酸鋇納米纖維預固化片；

（3）將鈦酸鋇納米纖維預固化片浸潤第二預聚物后平鋪于取向碳納米管束預固化片上；然后將第二預聚物澆注于鈦酸鋇納米纖維預固化片上；再經過固化，得到三層結構樹脂基復合材料。

本發明還公開了一種三層結構樹脂基復合材料的制備方法，包括以下步驟：