[发明专利]碳纳米管/聚醚酰亚胺/热固性树脂介电复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介电复合材料及其制备技术，特别涉及一种由相反转结构的树脂基体构成的具有高介电常数的碳纳米管/聚醚酰亚胺/热固性树脂介电复合材料及其制备方法。

背景技术

高介电常数聚合物基复合材料是重要的功能材料，在绝缘、机电、生物工程等众多领域具有重要应用价值。在聚合物中加入导体是制备高介电常数聚合物基复合材料的重要类型。碳纳米管因其突出的电性能、大的长径比以及良好的机械性能而受到人们的广泛关注。迄今，人们已制备了多种碳纳米管/聚合物复合材料。作为导体/聚合物复合材料，碳纳米管/聚合物复合材料在碳纳米管的含量接近渗流阈值时发生绝缘体-导体的转变，从而获得高介电常数，但同时也往往具有高介电损耗。另一方面，为了保持聚合物良好的加工性以及降低生产成本，低渗流阈值无疑极具吸引力。

目前，降低介电损耗的重要途径是在导体外包覆非导体，通过避免导体间的相互接触获得低介电损耗。但是，也往往导致复合材料的渗流阈值升高。为此，人们又尝试通过形成双逾渗结构，达到降低渗流阈值的目标。具体做法是由两种不相容聚合物组成具有双连续相结构的聚合物基体，通过无机功能体分散在其中某个聚合物连续相中，或者使无机功能体分散在相界面处，从而降低导体的含量。例如，在本发明做出之前，Dang等人（参见文献：Xiaodong Zhao, Jun Zhao, Jianping Cao, Dongrui Wang, Guohua Hu, Fenghua Chen，Zhimin Dang. Effect of the selective localization of carbon nanotubes in polystyrene/poly(vinylidene fluoride) blends on their dielectric, thermal, and mechanical properties. Materials and Design. 2014,56: 807–815.）制备了具有双连续相结构的聚苯乙烯（PS）/聚偏氟乙烯（PVDF）聚合物基体，而后与碳纳米管复合成复合材料。发现在碳纳米管含量不变的情况下，碳纳米管分散在聚苯乙烯或聚偏氟乙烯相所得到的复合材料具有不同的介电性能。但是，100Hz下，所有复合材料中所取得的最大介电常数为485，此时碳纳米管的含量仍高达3.9vol%。为了进一步优化，他们（参见文献：Xiaodong Zhao, Jianping Cao，Jun Zhao, Guohua Hu， Zhimin Dang. Advanced dielectric polymer nanocomposites by constructing a ternary continuous structure in polymer blends containing poly(methyl methacrylate) (PMMA) modified carbon nanotubes. J. Mater. Chem. A, 2014, 2, 10614–10622.）将经化学处理的碳纳米管固定在聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）中，而后包覆PVDF，形成核壳结构的复合物；该复合物与PS复合形成复合材料，从而达到将碳纳米管分散在PS/PVDF两相界面处的效果。其中，当碳纳米管含量在0.4wt%～0.6wt%时，获得的100Hz下的最大介电常数仅为398，而介电损耗介于0.8～200之间。可见，双逾渗结构可以获得高介电常数及降低渗流阈值，但是对于降低介电损耗并不是有效，这不是实际应用中所期望的。此外，复杂的结构设计并未达到复合材料综合介电性能的显著提升，同时更多的聚合物的引入使得加工工艺更加复杂和难于控制。

综上所述，在获得高介电常数的基础上，如何通过简单易行的方法获得高介电常数、较低介电损耗和低渗流阈值的导体/聚合物介电复合材料，仍然是一个艰巨的挑战。

发明内容

本发明针对现有热固性树脂介电复合材料存在的不足，提供一种保持较低的渗流阈值，兼具高介电常数和低介电损耗的碳纳米管/聚醚酰亚胺/热固性树脂介电复合材料及其制备方法，提供的制备方法简单易行、工艺可控，易于规模化生产。

实现本发明目的的技术方案是提供一种碳纳米管/聚醚酰亚胺/热固性树脂介电复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1、按重量计，将100份聚醚酰亚胺和1～7份碳纳米管混合均匀，加入到Haake转矩流变仪的熔腔中，在温度为300～340℃、转速为50～150转/min的条件下密炼10～30min，得到碳纳米管/聚醚酰亚胺复合物；