一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料及其制備方法。所述高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料由以下組分按重量百分比組成：聚醚砜樹脂69～84%、改性納米鈦酸鋇5～20%、碳纖維5～10%和抗氧劑0.1～1%。本發明在現有鈦酸鋇填充聚醚砜樹脂的基礎上，通過側位裝置加入本身具有一定導電性能的碳纖維，從而使該聚醚砜復合材料在具有高介電常數的同時具有低介電損耗的特性，同時碳纖維的密度比鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇等無機礦物小，降低了聚醚砜復合材料的密度，更適用于制備高介電常數、低介電損耗、低比重的大功率電容器。
【專利說明】—種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于介電復合材料領域，具體涉及一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料及其制備方法。
【背景技術】[0002]隨著信息、電子和電力工業的快速發展和納米技術的成熟，以低成本生產具有高介電常數和低介電損耗的聚合物基納米復合材料成為行業關注的熱點。重量輕、儲能密度高的大功率電容器的需求越來越大，而這必須采用密度小、介電常數高、損耗低的電介質材料作為電荷儲存的載體。傳統的高介電材料包括鐵電陶瓷材料和聚合物材料。陶瓷材料有較高的介電常數，但存在脆性大加工溫度較高損耗大等弊端。聚合物材料具有優良的加工性能、較低的加工溫度和較低的介電損耗，但除少數材料外，其介電常數通常較低。以高介電陶瓷粒子或金屬導體粒子填充的聚合物基復合材料可以同時具有介電常數高、介電損耗低易加工等優良性能，成為制備高介電常數、低損耗材料的一種趨勢。
[0003]聚醚砜樹脂一般由4，4’ -雙磺酰氯二苯醚在無水氯化鐵催化下，與二苯醚縮合制得。聚醚砜作為一種聚合物基體材料，具有良好加工性能和耐熱性能，常被用作有機介電材料，由于介電常數較低，單獨使用不能滿足高介電領域的要求。為了改善聚醚砜材料的介電性能，將之與高介電的無機粒子復合，以期制備出具有良好加工性、耐熱性的輕型高介電復合材料。在眾多無機粒子中，尤其以鈦酸鋇電子陶瓷最為引人注目，它不但具有相當高的介電常數，而且已作為多層陶瓷電容器的主要介質材料而被廣泛使用。可以將納米鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛等無機礦物和聚醚砜復合得到耐高溫的高介電常數復合材料，但是所得復合材料介電損耗較大，同時鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛比重大，導致復合材料比重高，不利于制備低比重、低介電損耗的大功率電容器。
[0004]因此以高介電無機礦物與聚合物進行復合形成兩相復合材料，可以制備介電常數較高的復合材料，但是這種方法很難進一步提高復合材料的介電常數，如果通過繼續增加無機礦物組分的含量，則使得復合材料的柔性和機械性能等受到很大的影響，并且增加了復合材料的介電損耗及比重。
【發明內容】
[0005]為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。
[0006]本發明的另一目的在于提供上述高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料的制備方法。
[0007]為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案:
[0008]一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料，由以下組分按重量百分比組成:
[0009]聚醚砜樹脂69~84%
改性納米鈦酸鋇 5~20%
碳纖維5~10%
抗氧劑0.1~1%。
[0010]優選的，所述改性納米鈦酸鋇粒徑為100~800nm。
[0011]優選的，所述碳纖維為單絲直徑為5~10 μ m的短切碳纖維。
[0012]優選的，所述抗氧劑包括受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑和硫代酯類抗氧劑中的至少一種。
[0013]上述高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料的制備方法，包括以下步驟:
[0014](I)將聚醚砜樹脂和改性納米鈦酸鋇于800~1500r/min、55~65°C混合5~IOmin,然后加入抗氧劑攪拌混合5~IOmin,得到預混料；
[0015](2)從雙螺桿擠出機主喂料口加入步驟(1)得到的預混料，從擠出機第四段螺桿通過側喂料裝置加入碳纖維，熔融擠出造粒，得到所述高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。
[0016]優選的，所述雙螺桿擠出機各段溫度分別設定為300°C、310°C、320°C、330°C、330°C、330°C、330°C、320°C和 310°C，機頭溫度為 320°C，螺桿轉速為 300 ~600r/min。
[0017]優選的，所述主喂料口喂料頻率為10~20赫茲；側喂料裝置喂料頻率為3~8赫茲。
[0018]與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果:
[0019]本發明在現有鈦酸鋇填充聚醚砜樹脂的基礎上，通過側位裝置加入本身具有一定導電性能的碳纖維，精確控制加入含量，使之接近聚醚砜復合材料的逾滲閾值，從而使該聚醚砜復合材料在具有高介電常數的同時具有低介電損耗的特性，同時碳纖維的密度比鈦酸鋇、鋯鈦酸鋇等無機礦物小，降低了聚醚砜復合材料的密度，更適用于制備高介電常數、低介電損耗、低比重的大功率電容器。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。
[0021]本發明實施例中，聚醚砜樹脂為德國巴斯夫的E2010聚醚砜樹脂；改性納米鈦酸鋇主要參照:倪濤《納米鈦酸鋇/聚醚砜復合材料的制備和性能研究》(四川大學碩士論文)中的方法制備得到，具體步驟如下:將硅烷偶聯劑KH570加入到質量比為1:9的乙醇和水的混合液中，以30-50轉/分鐘的速度攪拌水解，然后再加入納米鈦酸鋇粒子，在25-30KHZ超聲同時并以30-50轉/分鐘的速度攪拌2h，最后離心、干燥得到改性納米鈦酸鋇。
[0022]實施例1
[0023]一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料的制備:
[0024](I)按表1提供的組分及重量配比稱量物料；將聚醚砜樹脂和改性納米鈦酸鋇在1000r/min的高速混合機中混合10分鐘，改性納米鈦酸鋇的粒徑為500nm，然后加入受阻酚類抗氧劑1098、亞磷酸酯類抗氧劑627A在1000r/min的高速混合機中混合5min,得到預混料；高速混合機的溫度控制在55 °C ；
[0025](2)從雙螺桿擠出機主喂料口加入步驟(1)得到的預混料，從擠出機第四段螺桿通過側喂料裝置加入短切碳纖維，短切碳纖維的直徑為8 μ m，熔融擠出造粒，得到高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。所制備的復合材料的物理性能檢測結果如表2所示。
[0026]其中主喂料頻率為10赫茲，碳纖維喂料頻率為8赫茲，擠出機各段溫度設定為300°C、310°C、320 V、330 V、330 V、330 V、330°C、320°C、310°C，機頭溫度為 320 V，螺桿轉速為 450r/mino
[0027]實施例2
[0028]一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料的制備:
[0029](I)按表1提供的組分及重量配比稱量物料；將聚醚砜樹脂和改性納米鈦酸鋇在800r/min的高速混合機中混合5分鐘，改性納米鈦酸鋇的粒徑為500nm，然后加入受阻酚類抗氧劑1098、亞磷酸酯類抗氧劑627A在1000r/min的高速混合機中混合IOmin,得到預混料；高速混合機的溫度控制在65 °C ；
[0030](2)從雙螺桿擠出機主喂料口加入步驟(1)得到的預混料，從擠出機第四段螺桿通過側喂料裝置加入短切碳纖維，短切碳纖維的直徑為8 μ m，熔融擠出造粒，得到高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。所制備的復合材料的物理性能檢測結果如表2所示。
[0031]其中主喂料頻率為20赫茲，碳纖維喂料頻率為3赫茲，擠出機各段溫度設定為300°C、310°C、320 V、330 V、330 V、330 V、330°C、320°C、310°C，機頭溫度為 320 V，螺桿轉速為 300r/min。
[0032]實施例3
[0033]一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料的制備:
[0034](I)按表1提供的組分及重量配比稱量物料；將聚醚砜樹脂和改性納米鈦酸鋇在1500r/min的高速混合機中混合8分鐘，改性納米鈦酸鋇的粒徑為500nm，然后加入受阻酚類抗氧劑1098、亞磷酸酯類抗氧劑627A在1500r/min的高速混合機中混合7min,得到預混料；高速混合機的溫度控制在65 °C ；
[0035](2)從雙螺桿擠出機主喂料口加入步驟(1)得到的預混料，從擠出機第四段螺桿通過側喂料裝置加入短切碳纖維，短切碳纖維的直徑為8 μ m，熔融擠出造粒，得到高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。所制備的復合材料的物理性能檢測結果如表2所示。
[0036]其中主喂料頻率為15赫茲，碳纖維喂料頻率為6赫茲，擠出機各段溫度設定為300°C、310°C、320 V、330 V、330 V、330 V、330°C、320°C、310°C，機頭溫度為 320 V，螺桿轉速為 600r/min。
[0037]實施例4
[0038]一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料的制備:
[0039](I)按表1提供的組分及重量配比稱量物料；將聚醚砜樹脂和改性納米鈦酸鋇在900r/min的高速混合機中混合10分鐘，改性納米鈦酸鋇的粒徑為500nm，然后加入受阻酚類抗氧劑1098、亞磷酸酯類抗氧劑627A在900r/min的高速混合機中混合IOmin,得到預混料；高速混 合機的溫度控制在60°C ；
[0040](2)從雙螺桿擠出機主喂料口加入步驟(1)得到的預混料，從擠出機第四段螺桿通過側喂料裝置加入短切碳纖維，短切碳纖維的直徑為8 μ m，熔融擠出造粒，得到高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。所制備的復合材料的物理性能檢測結果如表2所示。
[0041]其中主喂料頻率為18赫茲，碳纖維喂料頻率為7赫茲，擠出機各段溫度設定為300°C、310°C、320 V、330 V、330 V、330 V、330°C、320°C、310°C，機頭溫度為 320 V，螺桿轉速為 450r/mino
[0042]實施例5
[0043]先按表1提供的組分及重量配比稱量物料；然后按照實施例1的方法制備得到一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。其中改性納米鈦酸鋇的粒徑為500nm，短切碳纖維的直徑為8 μ m，所制備的復合材料的物理性能檢測結果如表2所示。
[0044]實施例6
[0045]先按表1提供的組分及重量配比稱量物料；然后按照實施例1的方法制備得到一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。其中改性納米鈦酸鋇的粒徑為lOOnm，短切碳纖維的直徑為5 μ m，所制備的復合材料的物理性能檢測結果如表2所示。
[0046]實施例7
[0047]先按表1提供的組分及重量配比稱量物料；然后按照實施例1的方法制備得到一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。其中改性納米鈦酸鋇的粒徑為800nm，短切碳纖維的直徑為10 μ m，所制備的復合材料的物理性能檢測結果如表2所示。
[0048]表1實施例1_7的組分及重量百分含量
[0049]
【權利要求】
1.一種高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料，其特征在于，由以下組分按重量百分比組成:聚醚砜樹脂69~84%改性納米鈦酸鋇 5~20%碳纖維5~10%抗氧劑0.1~1%。
2.根據權利要求1所述的高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料，其特征在于，所述改性納米鈦酸鋇粒徑為100~800nm。
3.根據權利要求1所述的高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料，其特征在于，所述碳纖維為單絲直徑為5~10 μ m的短切碳纖維。
4.根據權利要求1所述的高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料，其特征在于，所述抗氧劑包括受阻酚類抗氧劑、亞磷酸酯類抗氧劑和硫代酯類抗氧劑中的至少一種。
5.權利要求1~4任一項所述的高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)將聚醚砜樹脂和改性納米鈦酸鋇于800~1500r/min、55~65°C混合5~lOmin，然后加入抗氧劑攪拌混合5~IOmin,得到預混料； (2)從雙螺桿擠出機主喂料口加入步驟(1)得到的預混料，從擠出機第四段螺桿通過側喂料裝置加入碳纖維，熔融擠出造粒，得到所述高介電常數低介電損耗聚醚砜復合材料。
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述雙螺桿擠出機各段溫度設定為300°C、310°C、320 V、330 V、330 V、330 V、330°C、320°C、310°C，機頭溫度為 320 V，螺桿轉速為 300 ~600r/min。
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述主喂料口喂料頻率為10~20赫茲；側喂料裝置喂料頻率為3~8赫茲。
【文檔編號】C08K7/06GK103881381SQ201410133568
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年4月3日 優先權日:2014年4月3日
【發明者】郝建鑫, 侯智謀, 郝源增, 任萍 申請人:廣州市聚賽龍工程塑料有限公司