[发明专利]一种交联型聚芳醚砜基介电复合材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种交联型聚芳醚砜基介电复合材料及其制备方法和用途，所述方法采用了具有良好热学和力学性能且含有活性官能团(烯丙基侧基)的聚芳醚砜作为聚合物的基体材料；同时采用无机纳米陶瓷粒子作为无机纳米填料，并对纳米填料表面进行有机功能化改性，引入苯并环丁烯，形成具有可反应性官能团的具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子，并作为交联点，与具有活化官能团的聚芳醚砜聚合物基体发生交联反应，形成三维网络结构，制备出具有良好耐热性、柔性和高储能密度的交联型聚芳醚砜基介电复合材料。制备得到的聚芳醚砜基介电复合薄膜具备较高的介电常数，较宽的温度适用范围，同时其击穿场强也有明显提升，从而获得高温下较高的储能密度。

技术领域

本发明属于介电材料和储能材料制备技术领域，特别涉及一种具有高储能 密度的交联型聚芳醚砜基介电复合材料及其制备方法和用途。

背景技术

随着社会的不断进步，电子元器件的快速发展，动态电子设备、静态功率 系统、混合动力电动车以及脉冲功率设备对电能存储装置的需求不断增加。高 介电常数、高储能密度聚合物基纳米复合薄膜材料已被广泛研究，其融合了聚 合物质量轻，易加工成型，和铁电纳米陶瓷的介电常数高等优点。然而，现有 的介电复合材料依然存在许多不足，主要是在高温下击穿强度较低，介电损耗 较高，充放电效率较低；除此之外，无机陶瓷纳米填料的表面处理依然需要改 进。

目前，聚合物基纳米介电复合材料所采用的聚合物基体包括以下几种：环 氧树脂(Epoxy)，聚偏二氟乙烯(PVDF)及其共聚物(如聚(偏氟乙烯-三氟 乙烯)[P(VDF-TrFE)]，聚(偏氟乙烯-三氟乙烯-氯代三氟乙烯) [P(VDF-TrFE-CTFE)]，等等)，聚氨酯(PU)，双轴取向聚丙烯(BOPP)等， 但这些聚合物基体的耐热性都不是很好，例如：环氧树脂的玻璃化转变温度(Tg) 一般低于150℃，柔韧性较差；而PVDF及其共聚物的熔点仅为150-160℃，并 且存在明显的迟滞损耗，严重影响介电储能性能。在实际应用中，复合材料的 热性能相当重要，尤其是作为电介质材料使用时，在工作中由于自身损耗而发 热，加之聚合物基体较低的Tg，在宽温度范围内表现出较差的介电和热学稳定 性，难以满足极端条件下各应用领域不断增长的需求。

聚砜类聚合物是一种非结晶性的特种工程塑料，主要有三个品种：聚醚砜 (PES)，联苯聚醚砜(PPSU)和聚砜(PSU)，它们具有重量轻，机械强度 好，热稳定性特别优异等特点，同时也具有热塑性和可溶性，易于成型加工， 薄膜制品的柔韧性好，是制备具有良好柔韧性和耐热性的高储能密度聚合物基 纳米复合材料的理想聚合物基体材料。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的介电复合材料在工作中由于自身损耗而发 热，加之聚合物基体较低的Tg，在宽温度范围内表现出较差的介电和热学稳定 性等问题，而提供一种交联型聚芳醚砜基介电复合材料及其制备方法和用途， 其具有高储能密度等优点。

本发明合成并采用了具有良好热学和力学性能且含有活化官能团(如烯丙 基侧基)的聚芳醚砜(DPAES)作为聚合物基体材料；同时采用具有核壳结构 的无机纳米陶瓷粒子作为纳米填料，该纳米填料的表面为进行有机功能化改性， 引入苯并环丁烯(BCB)官能团，形成具有可反应性的官能团，并将该官能团 作为交联点，与具有活化官能团的聚合物基体发生交联反应，形成三维网络结 构，同时弱化纳米填料和聚合物基体的界面，制备出具有良好耐热性、柔性和 高储能密度的交联型聚芳醚砜基介电复合材料。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

本发明提供一种聚芳醚砜基介电复合材料，所述材料包括含有烯丙基侧基 的聚芳醚砜基体聚合物，和分散在含有烯丙基侧基的聚芳醚砜基体聚合物中的 具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子。

在本发明的一个优选方案中，所述具有核壳结构的无机纳米陶瓷粒子为在 无机纳米陶瓷颗粒表面依次进行双氧水羟基化，γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧 基硅烷(MPS)双键官能化和苯并环丁烯(BCB)官能化反应后制备得到的。