[发明专利]三层结构树脂基复合材料用前驱体及其制备方法

说明书

本发明涉及一种三层结构树脂基复合材料用前驱体及其制备方法；得到的三层结构复合材料中，中间层为绝缘体，其两侧为导电层，从而导致中间层与上下两表面层电性能存在差异，既提高了三层结构复合材料的击穿强度，又使得其具有非常高的介电常数以及足够低的介电损耗；有效解决了现有技术复合材料介电常数很低，无法满足高储能密度材料的问题；本发明三层结构树脂基复合材料兼具高介电常数、低介电损耗和高储能密度，并且制备工艺简单易行，适合大规模应用。

本发明属于发明名称为一种三层结构树脂基复合材料及其制备方法、申请日为2017年9月11日、申请号为2017108144993发明申请的分案申请，属于产品技术部分。

技术领域

本发明涉及一种同时具备高储能密度、高介电常数（300，100Hz）和低介电损耗（0.05，100Hz）树脂基复合材料及其制备方法，特别涉及一种三层结构树脂基复合材料及其制备方法，属于介电功能复合材料技术领域。

背景技术

基于渗流效应，当导体含量接近渗流阈值时，导体/聚合物复合材料会发生从绝缘体到导体的转变，从而在较低的导体含量下使介电常数得到大幅提高，满足了嵌入式电容器对于高介电常数的要求（100，100Hz）。近些年来，随着电容器制造向更小型化封装应用的发展，对于嵌入式电容器储能密度方面的要求不断提高。然而，导体/聚合物复合材料的介电常数大幅提高的背后往往伴随着介电损耗的显著增加和击穿强度的严重降低，前者影响了嵌入式电容器可靠性和使用寿命，后者则限制了其储能密度的提高。

对聚合物及其复合材料来说，其能量存储密度与材料的介电常数和击穿强度平方成正比。因此介电常数或击穿强度的提高都可以改善材料的储能密度。为了提高导体/聚合物复合材料的介电常数和储能密度，同时保持低的介电损耗，人们采取了多种方法。其中引起人们浓厚兴趣的是层状复合材料。例如，现有技术报道了一种上下为聚酰亚胺绝缘层、中间为多壁碳纳米管/聚酰亚胺的三明治结构复合材料PI/PI-MWCNT/PI，当MWCNT的含量为5wt%时，复合材料获得最大的储能密度，约是单层复合材料MWCNT/PI的1.6倍，但是对应的介电常数仅为25（100Hz），当MWCNT的含量为10wt%时，三明治结构复合材料PI/PI-MWCNT/PI获得最高的介电常数32（100Hz），此时的能量密度约是单层MWCNT/PI的1.1倍；现有技术还公开了一种两端为钛酸钡/聚偏氟乙烯、中间为石墨烯/聚偏氟乙烯的三层材料，当中间层的石墨烯含量为20.3wt%，外层的钛酸钡含量为40.6wt%时复合材料的储能密和介电常数都为最高值，但是介电常数只有90（1kHz），仍无法满足嵌入式电容器对介电常数的要求。

因此，在电容器制造向更小型化封装应用发展的需求下，如何获得高储能密度、高介电常数（300，100Hz）、低介电损耗（0.05，100Hz），以满足嵌入式电容器对介电常数的要求是一项非常有意义的工作。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种兼具高储能密度、高介电常数（300，100Hz）、低介电损耗（0.05，100Hz）的三层结构树脂基复合材料及其制备方法。

实现本发明目的采取的技术方案是：

一种三层结构树脂基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）按重量计，将100份可热固化树脂体系与0.4～0.7份碳纳米管混合均匀，预聚得到预聚物C；然后将预聚物C进行预固化处理，得到半固化片C；

（2）按重量计，将100份可热固化树脂体系与10～40份纳米六方氮化硼熔融混合后，加入溶剂，分散后得到溶液B；

（3）将步骤（2）制备的溶液B旋涂在步骤（1）制备的半固化片C的表面，然后进行预固化，得到双层结构预固化体BC；

（4）按重量计，将100份可热固化树脂体系与0.4～0.7份碳纳米管混合均匀，预聚得到预聚物C；然后将预聚物C浇注在步骤（3）制得的双层结构预固化体BC的B的表面，得到三层结构CBC；