[发明专利]一种基于前端开环易位聚合的多壁碳纳米管/钛酸钡/聚双环戊二烯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了基于前端开环易位聚合的MWCNTs/钛酸钡/PDCPD复合材料及其制备方法，该PDCPD复合材料包含以下原料：双环戊二烯、5‑亚乙基‑2‑降冰片烯、降冰片烯二酸酐接枝碳纳米管、降冰片烯二酸酐接枝钛酸钡、催化剂和抑制剂。其中双环戊二烯和5‑亚乙基‑2‑降冰片烯的质量分数为84.58～92.76％。催化剂质量分数为0.06～0.07％，抑制剂质量分数为0.18～0.35％。本发明制备的复合材料在室温、100Hz频率的条件下，介电常数超过40，介电损耗低至0.08，玻璃化温度超过160℃，具有优异的热稳定性和机械性能。同时制备该材料的加工设备和成型工艺简单，加工过程能耗低、效率高、易于操作，有效拓展了PDCPD材料在严苛环境中的应用。

技术领域

本发明属于高分子材料与工程技术领域，具体涉及一种基于前端开环易位聚合的MWCNTs/BT/PDCPD复合材料，同时还涉及一种基于前端开环易位聚合的MWCNTs/BT/PDCPD复合材料的制备方法。

背景技术

目前以PDCPD为基体的高性能热固性纤维增强聚合物复合材料(FRPC)的制备需要依赖大型，昂贵的高压釜和复杂的固化技术，并且存在固化时间长，能耗高，且材料缺陷较多的问题。因此，如何提高通过简单的工艺提高DCPD的固化效率，制备高性能PDCPD基复合材料是目前科学研究和工业开发的热点。前端聚合是一种有前景的固化方法，该固化方法不需要外部能源，仅通过聚合焓即可为材料提供聚合所需要的能量，因而只需要在初始阶段短时间对混合液的局部加热引发聚合，随即反应释放的热向周围扩散，持续引发周围单体的聚合，液态单体也就快速转变为完全固化的聚合物。前端聚合已用于合成多种聚合材料，包括功能梯度聚合物，纳米复合材料，水凝胶，感官材料和FRPC。

具有高介电常数、低介电损耗和耐高温性的介电材料已经在电动汽车、太阳能光伏发电厂、滤波器、微波、电磁发射、开关模式电源等先进电子设备和电力行业中的得到广泛应用。但常规电容器的电容随着温度变化波动较大，使其不适合在高温环境中使用，提高电容器的热稳定性能是目前高性能电容器研究领域的重点。因此，如果以PDCPD为基体，向其中引入适量具有高介电常数的导电/陶瓷填料，有望制备具有高介电常数、低介电损耗并同时具有高热稳定性的复合电介质材料。

钛酸钡在不同温度下具有不同类型的晶体结构，是一种钙钛矿铁电体。在居里温度附近，钛酸钡的相结构由立方相转变为四方相，从而形成具有优良铁电和压电性能的陶瓷材料。因此钛酸钡在电子学、光学、声学、热学等领域有着广泛的应用。同时碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，具有优异的力学、电学和化学性能，其高长径比及大的比表面积，有利于电子传输性及导电性。通常会引入高介电常数钛酸钡和导电碳纳米管协同提高聚合物基复合材料的介电性能。针对上述类型的复合材料，其高介电常数除了与聚合物基体本身的介电常数相关外，导电填料与聚合物基体的相互作用是提高材料电性能的关键。填料在基体中分散性的提高有助于增大填料与聚合物基体之间的界面接触面积，从而增加界面极化，提高材料的介电性能。

张勇杰等使用长链烷基改性倍半硅氧烷对聚丙烯进行改性，将聚丙烯与具有高介电常数的无机粒子进行复合，制备出具有高介电常数、低介电损耗的聚丙烯复合材料(张勇杰等,中国:CN111961283A,2020-08-18)。宁南英等制备了一种表层用聚多巴胺有机层包覆的氧化石墨烯，并将该介电填料分散在弹性体基体中，形成一种隔离网络结构。最终得到了低介电损耗，高电击穿强度的橡胶弹性体介电复合材料(宁南英等,中国:CN104031297A,2014-09-10)。陈广新等将乙酸钡和钛酸四丁酯溶胶-凝胶浸渍液和酸化多壁碳纳米管在室温下反应，通过表面活性剂的调控，得到了钛酸钡连续包覆多壁碳纳米管壳型复合粉体，解决了钛酸钡包覆不均匀的问题，最终得到核壳型多壁碳纳米管高介电填料(陈广新等,中国:CN104609465A,2015-05-13)。但上述工作制备的复合材料的热稳定性能较低且制备工艺复杂无法满足材料在严苛环境的使用要求。