一種微膠囊電池複合聚醯亞胺介電材料的製備方法與流程

2023-08-06 03:53:51

本發明涉及一種微膠囊電池複合聚醯亞胺介電材料的製備方法，屬於介電材料製備技術領域。

背景技術：

高電材料是一種應用前景非常廣泛的絕緣材料，由於它有著很好的儲存電能和均勻電場的性能，因而在電子、電機和電纜行業中都有非常重要的應用。聚醯亞胺基於優異的熱性能、機械性能和介電性能等其他聚合物不可比擬的優點，在微電子高科技領域和航空航天領域廣泛應用。由於其結構上的可設計性，世界上越來越多的研究者投入到這類高技術材料的研究開發中。但隨著材料的研究不斷地朝著高性能化、多功能化和低成本化方向發展。鑑於—些自身如吸溼性和熱膨脹係數較高等不足之處，隨著科技和工農業的發展，電氣和電機設備的小型化和微型發展、變頻調速及高壓化要求對絕緣材料的性能需不斷提升，單純的聚醯亞胺材料在要求有特殊功能的材料領域，為了提高的應用性能改性和以此為基體的複合材料的開發與應用一直是學術界和工業界研究與開發的熱點。

現有改性製備聚醯亞胺介電複合材料雖然研究得比較廣泛，但要達到非常高的介電常數，一般使用的填料填充量就會非常高。這一方面使得複合材料的介電損耗很大，而且當填充量過高時，材料的加工性能也會變得很差，很容易碎裂。所以需要一種有效的聚醯亞胺介電材料很有必要。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題：針對目前製備的聚醯亞胺介電複合材料介電損耗很大，且高填充量時導致其力學性能大幅下降的缺陷，提供了一種通過將聚苯乙烯磺化，再與吡咯聚合製備空心微膠囊，隨後通過苯胺填空其微膠囊內部，再通過表面納米銅粉鍍銀，形成一種微膠囊式的電池結構，通過微膠囊電池填充聚醯亞胺材料，在大幅提高其介電常數的同時，有效改善聚醯亞胺的韌性和強度，有效的解決了聚醯亞胺介電複合材料介電損耗大，力學性能差的缺陷。

為解決上述技術問題，本發明採用如下所述的技術方案是：

（1）按質量比1:5，將聚苯乙烯樹脂顆粒與質量濃度85%濃硫酸攪拌混合，在200～300W下超聲分散處理，使其磺化10～15min後，抽濾並收集濾餅，用質量濃度10%硫酸溶液洗滌3～5次後，再用去離子水洗滌3～5次，在65～80℃下乾燥6～8h，製備得磺化聚苯乙烯樹脂顆粒；

（2）按重量份數計，分別稱量5～10份質量濃度20%過硫酸銨溶液、25～30份上述製備的磺化聚苯乙烯樹脂顆粒、5～10份納米銅粉和45～60份去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合併置於65～80℃下預熱25～30min；

（3）待預熱完成後，對其滴加過硫酸銨溶液質量相同的吡咯，控制滴加時間為10～15min，待滴加完成後，再在20～30℃下水浴加熱20～24h，製備得導電空心微球，按質量比1:10，將導電微球與苯胺溶液置於燒杯中，攪拌混合併浸泡20～24h；

（4）待浸泡完成後，對燒杯中滴加質量濃度10%的硝酸銀溶液，控制滴加量為苯胺溶液的1/2，待滴加完成後，再在200～300W下超聲分散15～20min，隨後抽濾並收集濾餅，自然晾乾製備得微膠囊電池樹脂，備用；

（5）按重量份數計，分別稱量30～35份N-甲基吡咯烷酮、15～20份二甲苯、5～10份N』N-二甲基乙醯胺和25～30份N』N-二甲基甲醯胺置於三口燒瓶中攪拌混合，隨後通氮氣排除空氣，將三口燒瓶置於120～125℃下油浴加熱45～60min；

（6）待加熱完成後，對三口燒瓶分別添加與二甲苯質量相同的偏苯三酸酐和異氰酸苯酯，待添加完成後，攪拌混合併升溫置於180～185℃下油浴加熱25～30min，製備得中間混合液；

（7）按質量比1:1:8，將步驟（4）製備的微膠囊電池樹脂、苯酚依次添加至中間混合液中，待添加完成後，繼續升溫至200～210℃油浴加熱，待加熱反應1～2h後，趁熱收集得混合凝膠液；

（8)按質量比1：10，將混合凝膠液與甲醇攪拌混合10～15min，靜置冷卻至室溫後抽濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次後，將其置於65～80℃下乾燥6～8h，即可製備得一種微膠囊電池複合聚醯亞胺介電材料。

本發明製備的聚醯亞胺介電材料拉伸強度可達58～65MPa，介電常數最高可達135，且抗衝擊強度可達261KJ/m2。

本發明與其他方法相比，有益技術效果是：

（1）本發明製備的微膠囊電池複合聚醯亞胺介電材料介電常數可達135，且抗衝擊強度可達280KJ/m2；

（2）本發明製備過程簡單，綠色環保，對環境無汙染。

具體實施方式

首先按質量比1:5，將聚苯乙烯樹脂顆粒與質量濃度85%濃硫酸攪拌混合，在200～300W下超聲分散處理，使其磺化10～15min後，抽濾並收集濾餅，用質量濃度10%硫酸溶液洗滌3～5次後，再用去離子水洗滌3～5次，在65～80℃下乾燥6～8h，製備得磺化聚苯乙烯樹脂顆粒；按重量份數計，分別稱量5～10份質量濃度20%過硫酸銨溶液、25～30份上述製備的磺化聚苯乙烯樹脂顆粒、5～10份納米銅粉和45～60份去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合併置於65～80℃下預熱25～30min；待預熱完成後，對其滴加過硫酸銨溶液質量相同的吡咯，控制滴加時間為10～15min，待滴加完成後，再在20～30℃下水浴加熱20～24h，製備得導電空心微球，按質量比1:10，將導電微球與苯胺溶液置於燒杯中，攪拌混合併浸泡20～24h；待浸泡完成後，對燒杯中滴加質量濃度10%的硝酸銀溶液，控制滴加量為苯胺溶液的1/2，待滴加完成後，再在200～300W下超聲分散15～20min，隨後抽濾並收集濾餅，自然晾乾製備得微膠囊電池樹脂，備用；按重量份數計，分別稱量30～35份N-甲基吡咯烷酮、15～20份二甲苯、5～10份N』N-二甲基乙醯胺和25～30份N』N-二甲基甲醯胺置於三口燒瓶中攪拌混合，隨後通氮氣排除空氣，將三口燒瓶置於120～125℃下油浴加熱45～60min；待加熱完成後，對三口燒瓶分別添加與二甲苯質量相同的偏苯三酸酐和異氰酸苯酯，待添加完成後，攪拌混合併升溫置於180～185℃下油浴加熱25～30min，製備得中間混合液；按質量比1:1:8，將步驟（4）製備的微膠囊電池樹脂、苯酚依次添加至中間混合液中，待添加完成後，繼續升溫至200～210℃油浴加熱，待加熱反應1～2h後，趁熱收集得混合凝膠液；按質量比1：10，將混合凝膠液與甲醇攪拌混合10～15min，靜置冷卻至室溫後抽濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3～5次後，將其置於65～80℃下乾燥6～8h，即可製備得一種微膠囊電池複合聚醯亞胺介電材料。

實例1

首先按質量比1:5，將聚苯乙烯樹脂顆粒與質量濃度85%濃硫酸攪拌混合，在200W下超聲分散處理，使其磺化10min後，抽濾並收集濾餅，用質量濃度10%硫酸溶液洗滌3次後，再用去離子水洗滌3次，在65℃下乾燥6h，製備得磺化聚苯乙烯樹脂顆粒；按重量份數計，分別稱量5份質量濃度20%過硫酸銨溶液、30份上述製備的磺化聚苯乙烯樹脂顆粒、10份納米銅粉和60份去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合併置於65℃下預熱25min；待預熱完成後，對其滴加過硫酸銨溶液質量相同的吡咯，控制滴加時間為10min，待滴加完成後，再在20℃下水浴加熱20h，製備得導電空心微球，按質量比1:10，將導電微球與苯胺溶液置於燒杯中，攪拌混合併浸泡20h；待浸泡完成後，對燒杯中滴加質量濃度10%的硝酸銀溶液，控制滴加量為苯胺溶液的1/2，待滴加完成後，再在200W下超聲分散15min，隨後抽濾並收集濾餅，自然晾乾製備得微膠囊電池樹脂，備用；按重量份數計，分別稱量30份N-甲基吡咯烷酮、15份二甲苯、5份N』N-二甲基乙醯胺和25份N』N-二甲基甲醯胺置於三口燒瓶中攪拌混合，隨後通氮氣排除空氣，將三口燒瓶置於120℃下油浴加熱45min；待加熱完成後，對三口燒瓶分別添加與二甲苯質量相同的偏苯三酸酐和異氰酸苯酯，待添加完成後，攪拌混合併升溫置於180℃下油浴加熱25min，製備得中間混合液；按質量比1:1:8，將微膠囊電池樹脂、苯酚依次添加至中間混合液中，待添加完成後，繼續升溫至200℃油浴加熱，待加熱反應1h後，趁熱收集得混合凝膠液；按質量比1：10，將混合凝膠液與甲醇攪拌混合10min，靜置冷卻至室溫後抽濾並收集濾餅，用去離子水洗滌3次後，將其置於65℃下乾燥6h，即可製備得一種微膠囊電池複合聚醯亞胺介電材料。

實例2

首先按質量比1:5，將聚苯乙烯樹脂顆粒與質量濃度85%濃硫酸攪拌混合，在250W下超聲分散處理，使其磺化12min後，抽濾並收集濾餅，用質量濃度10%硫酸溶液洗滌4次後，再用去離子水洗滌4次，在70℃下乾燥7h，製備得磺化聚苯乙烯樹脂顆粒；按重量份數計，分別稱量7份質量濃度20%過硫酸銨溶液、22份上述製備的磺化聚苯乙烯樹脂顆粒、8份納米銅粉和50份去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合併置於70℃下預熱27min；待預熱完成後，對其滴加過硫酸銨溶液質量相同的吡咯，控制滴加時間為12min，待滴加完成後，再在25℃下水浴加熱22h，製備得導電空心微球，按質量比1:10，將導電微球與苯胺溶液置於燒杯中，攪拌混合併浸泡22h；待浸泡完成後，對燒杯中滴加質量濃度10%的硝酸銀溶液，控制滴加量為苯胺溶液的1/2，待滴加完成後，再在250W下超聲分散17min，隨後抽濾並收集濾餅，自然晾乾製備得微膠囊電池樹脂，備用；按重量份數計，分別稱量32份N-甲基吡咯烷酮、17份二甲苯、8份N』N-二甲基乙醯胺和27份N』N-二甲基甲醯胺置於三口燒瓶中攪拌混合，隨後通氮氣排除空氣，將三口燒瓶置於122℃下油浴加熱50min；待加熱完成後，對三口燒瓶分別添加與二甲苯質量相同的偏苯三酸酐和異氰酸苯酯，待添加完成後，攪拌混合併升溫置於182℃下油浴加熱27min，製備得中間混合液；按質量比1:1:8，將製備的微膠囊電池樹脂、苯酚依次添加至中間混合液中，待添加完成後，繼續升溫至205℃油浴加熱，待加熱反應1.5h後，趁熱收集得混合凝膠液；按質量比1：10，將混合凝膠液與甲醇攪拌混合12min，靜置冷卻至室溫後抽濾並收集濾餅，用去離子水洗滌4次後，將其置於70℃下乾燥7h，即可製備得一種微膠囊電池複合聚醯亞胺介電材料。

實例3

首先按質量比1:5，將聚苯乙烯樹脂顆粒與質量濃度85%濃硫酸攪拌混合，在300W下超聲分散處理，使其磺化15min後，抽濾並收集濾餅，用質量濃度10%硫酸溶液洗滌5次後，再用去離子水洗滌5次，在80℃下乾燥8h，製備得磺化聚苯乙烯樹脂顆粒；按重量份數計，分別稱量10份質量濃度20%過硫酸銨溶液、30份上述製備的磺化聚苯乙烯樹脂顆粒、10份納米銅粉和60份去離子水置於三口燒瓶中，攪拌混合併置於80℃下預熱30min；待預熱完成後，對其滴加過硫酸銨溶液質量相同的吡咯，控制滴加時間為15min，待滴加完成後，再在30℃下水浴加熱24h，製備得導電空心微球，按質量比1:10，將導電微球與苯胺溶液置於燒杯中，攪拌混合併浸泡24h；待浸泡完成後，對燒杯中滴加質量濃度10%的硝酸銀溶液，控制滴加量為苯胺溶液的1/2，待滴加完成後，再在300W下超聲分散20min，隨後抽濾並收集濾餅，自然晾乾製備得微膠囊電池樹脂，備用；按重量份數計，分別稱量35份N-甲基吡咯烷酮、20份二甲苯、10份N』N-二甲基乙醯胺和30份N』N-二甲基甲醯胺置於三口燒瓶中攪拌混合，隨後通氮氣排除空氣，將三口燒瓶置於125℃下油浴加熱60min；待加熱完成後，對三口燒瓶分別添加與二甲苯質量相同的偏苯三酸酐和異氰酸苯酯，待添加完成後，攪拌混合併升溫置於185℃下油浴加熱30min，製備得中間混合液；按質量比1:1:8，將微膠囊電池樹脂、苯酚依次添加至中間混合液中，待添加完成後，繼續升溫至210℃油浴加熱，待加熱反應2h後，趁熱收集得混合凝膠液；按質量比1：10，將混合凝膠液與甲醇攪拌混合15min，靜置冷卻至室溫後抽濾並收集濾餅，用去離子水洗滌5次後，將其置於80℃下乾燥8h，即可製備得一種微膠囊電池複合聚醯亞胺介電材料。