CN111253679B - 一种复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料及其制备方法和应用，所述复合材料由聚偏氟乙烯‑六氟丙烯和聚丙烯组成。本发明采用聚偏氟乙烯‑六氟丙烯作为原料，通过熔融共混的方法制备聚偏氟乙烯‑六氟丙烯/聚丙烯复合材料，复合材料中聚偏氟乙烯‑六氟丙烯与聚丙烯基体相容性和分散性良好，通过进一步热压或共挤制成的5～30微米的薄膜，具有介电常数高、加工性能良好的优点，在薄膜电容器等领域具有广阔的应用前景。

Description

一种复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本文涉及有机薄膜电介质电容器技术，尤指一种复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯材料在众多领域应用广泛，其中在电容器用电介质材料方面占有重要地位，因为聚丙烯薄膜的介电损耗小、击穿强度高。用双向拉伸聚丙烯制备的薄膜电容器是重要的电气和电子元器件，在众多领域应用广泛，可以起到滤波、平滑和整流的作用，也可以作为直流支撑，但其低的介电常数(～2.2)限制了其单位体积电容量和储能特性，薄膜电容器的体积过大成为了电子电气***进一步发展的障碍，因此推进电容器小型化势在必行。
目前提高电介质材料的介电常数的一个主要研究方向是添加无机纳米颗粒，但是无机纳米颗粒的易团聚性和与聚合物基体的不良相容性使得无机纳米颗粒/聚丙烯体系的加工性能极差，难以在实际中获得工程应用。采用高介电的聚合物与聚丙烯共混以提高材料的介电性能可以克服无机纳米颗粒填料的缺点，但是普通高介电聚合物由于其高极性，与非极性的聚丙烯相容性也存在一定问题，例如聚丙烯与聚偏氟乙烯共混效果很差，无法实现均匀混合，需要加入大量的相容剂才能改善其相容性。
发明内容
本申请提供了一种复合材料及其制备方法和应用，具体为用聚偏氟乙烯-六氟丙烯提升聚丙烯介电性能的方法，采用聚偏氟乙烯的共聚物：聚偏氟乙烯-六氟丙烯与聚丙烯共混，可实现聚偏氟乙烯-六氟丙烯与聚丙烯良好的相容性，并且共聚物的分散性均得到了明显的改善，从而有效地提升了复合材料的介电性能。能够弥补已有技术的缺陷。本发明产品具有如下特点：易推广、实用性强，制备方法较易、可以使薄膜电容器电介质的单位体积电容量、储能特性得到极大提高。
本发明提供了一种复合材料，所述复合材料由聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚丙烯组成。
在本发明提供的复合材料中，所述复合材料中聚偏氟乙烯-六氟丙烯的体积分数为1-70％；
在本发明提供的复合材料中，所述复合材料中聚偏氟乙烯-六氟丙烯的体积分数为5-70％。
另一方面，本发明提供了上述复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚丙烯采用熔融共混的方法制备得到复合材料。
在本发明提供的复合材料的制备方法中，所述熔融共混温度为190-280℃。
在本发明提供的复合材料的制备方法中，所述熔融共混时间为10-60min。
另一方面，本发明提供了上述复合材料在输电和电能储存中的应用。
在本发明提供的上述复合材料在输电和电能储存的应用中，所述复合材料应用于高介电薄膜或绝缘管材中。
在本发明提供的上述复合材料在输电和电能储存的应用中，所述高介电薄膜的厚度为5-30μm；可选地，所述高介电薄膜的介电常数为2.4-5。
另一方面，本发明提供了聚偏氟乙烯-六氟丙烯提高聚丙烯介电性能的应用。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
本发明制备的聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚丙烯复合材料，相比聚偏氟乙烯/聚丙烯复合材料有了明显的改善，相容性和分散性的提高使得复合材料的均匀性和实用性增加，还有效提升了介电常数。
该发明制备的复合材料可用于制备高介电薄膜和绝缘管材，在输电和电能存储领域有广泛潜在用途。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的其他优点可通过在说明书中所描述的方案来发明实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为对比例1中聚偏氟乙烯/聚丙烯(PVDF/PP)(左侧的薄膜)和实施例1中聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚丙烯(PVDF-HFP/PP)(右侧的薄膜)复合薄膜对比实物图，填料含量均为30vol.％。
图2为实施例1中聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚丙烯(PVDF-HFP/PP)(聚偏氟乙烯-六氟丙烯含量为30vol.％)和对比例2中聚丙烯(简称PP)的介电常数随频率变化曲线图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
本申请实施例中提供了一种复合材料，所述复合材料由聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚丙烯组成。
在本申请实施例中，所述复合材料中聚偏氟乙烯-六氟丙烯的体积分数为1-70％；
在本申请实施例中，所述复合材料中聚偏氟乙烯-六氟丙烯的体积分数为5-70％。
另一方面，本发明实施例中提供了上述复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚丙烯采用熔融共混的方法制备得到复合材料。
在本申请实施例中，所述熔融共混温度为190-280℃。
在本申请实施例中，所述熔融共混时间为10-60min。
另一方面，本发明实施例中提供了上述复合材料在输电和电能储存中的应用。
在本申请实施例中，所述复合材料应用于高介电薄膜或绝缘管材中。
在本申请实施例中，所述高介电薄膜的厚度为5-30μm；可选地，所述高介电薄膜的介电常数为2.4-5。
另一方面，本发明实施例中提供了聚偏氟乙烯-六氟丙烯提高聚丙烯介电性能的应用。
下面通过具体实施例对本发明进行详细说明。
聚偏氟乙烯-六氟丙烯粉末购自阿科玛，牌号为2801，聚丙烯粒料购自北欧化工，牌号为HC300，聚偏氟乙烯粒料购自美国苏威，牌号6020。
实施例1
1)将2.4克聚偏氟乙烯-六氟丙烯(30vol.％)与2.6克聚丙烯(70vol.％)搅拌均匀后加入到容器中，在190℃，70rpm的条件下共混30分钟后挤出造粒，制成聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚丙烯复合材料。
2)将一定量的聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚丙烯粒料放置到放有固定厚度(20微米)模板的聚酰亚胺薄膜上，然后再覆盖上一层聚酰亚胺薄膜，再将其夹在两个表面光滑的钢板中间，在190℃的温度下预热10分钟、然后在10MPa的压力下热压10分钟，待冷却后将压制成的20微米左右厚的聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚丙烯薄膜取出。
由本发明的配方和工艺制备的用聚偏氟乙烯-六氟丙烯/聚丙烯电容器用薄膜其填料如图1所示，相容性和分散性良好，保证了薄膜的均一性，如图2所示，介电常数达到3.3，与纯聚丙烯相比性能提升50％。本发明有制备工艺简单，性能稳定的优势，具有实际应用的前景。
对比例1
1)将2.4克聚偏氟乙烯(30vol.％)与2.6克聚丙烯(70vol.％)搅拌均匀后加入到容器中，在190℃，70rpm的条件下共混30分钟后挤出造粒，制成聚偏氟乙烯/聚丙烯复合材料。
2)将一定量的聚偏氟乙烯/聚丙烯粒料放置到放有固定厚度(20微米)模板的聚酰亚胺薄膜上，然后再覆盖上一层聚酰亚胺薄膜，再将其夹在两个表面光滑的钢板中间，在190℃的温度下预热10分钟、然后在10MPa的压力下热压10分钟，待冷却后将压制成的20微米的聚偏氟乙烯/聚丙烯薄膜取出。
对比例2
将一定量的聚丙烯粒料放置到放有固定厚度(20微米)模板的聚酰亚胺薄膜上，然后再覆盖上一层聚酰亚胺薄膜，再将其夹在两个表面光滑的钢板中间，在190℃的温度下预热10分钟、然后在10MPa的压力下热压10分钟，待冷却后将压制成的20微米的聚丙烯薄膜取出。
测试例
根据《高储能密度电介质复合材料结构设计和制备[D]》(郑明胜.北京科技大学,2018.)中的介电性能测试方法进行了测试，具体方法如下：
介电性能测试：先用高真空电阻蒸发镀膜机在薄膜的两面分别蒸镀上铜电极，然后再将镀有铜电极的薄膜放到精密阻抗分析仪(Agilent 4294A)中用夹具夹住铜电极，在室温下测试100Hz-107 Hz范围内的介电性能。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种复合材料，其特征在于，所述复合材料由聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚丙烯熔融共混组成；所述复合材料中聚偏氟乙烯-六氟丙烯的体积分数为1-70%；
所述熔融共混温度为190-280℃；
所述熔融共混时间为10-60min。
2.一种权利要求1所述的复合材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：所述聚偏氟乙烯-六氟丙烯和聚丙烯采用熔融共混的方法制备得到复合材料。
3.根据权利要求2所述的复合材料的制备方法，其中，所述熔融共混温度为190-280℃。
4.根据权利要求2或3所述的复合材料的制备方法，其中，所述熔融共混时间为10-60min。
5.一种权利要求1所述的复合材料在输电和电能储存中的应用。
6.根据权利要求5所述复合材料在输电和电能储存中的应用，其中，所述复合材料应用于高介电薄膜或绝缘管材中。
7.根据权利要求6所述复合材料在输电和电能储存中的应用，其中，所述高介电薄膜的厚度为5-30μm。
8.根据权利要求6或7所述复合材料在输电和电能储存中的应用，其中，所述高介电薄膜的介电常数为2.4-5。
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