[发明专利]一种改性钛酸钡/含氟共聚物复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种改性钛酸钡/含氟共聚物复合材料及其制备方法。本发明中复合材料是由氨基改性钛酸钡纳米线和含氟聚合物组成，钛酸钡纳米线采用两步水热法制备，以硅烷偶联剂KH550改性，在表面引入氨基。含氟聚合物接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯侧链，利用光诱导的有机催化原子转移自由基聚合技术制备得到。将含端氨基的改性钛酸钡纳米线与含环氧基团侧链的含氟聚合物复合，通过氨基与环氧的反应，钛酸钡填料与含氟基体形成共价交联网络，同时填料‑基体界面得到了极大的改善，从而大幅提高材料的介电性能与击穿场强，得到极高的储能密度(15～22J/cm3)。本发明制备的复合材料可应用于静电电容器、电缆绝缘、脉冲功率器件等领域。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种改性钛酸钡/含氟共聚物复合材料及其制备方法。

背景技术

介电电容器作为间歇产生的可持续能源的高效存储转换设备，在新能源领域发挥着不可替代的作用。电介质电容器的核心是具有高储能密度的电介质材料。常见的聚合物电介质包括双轴拉伸聚丙烯(BOPP)、聚酯(PET)、聚苯硫醚(PPS)以及聚偏氟乙烯(PVDF)基聚合物。其中，聚(偏氟乙烯-三氟氯乙烯)(P(VDF-CTFE))是一种通过引入三氟氯乙烯链段而降低结晶度的半晶聚合物，由于具有较大的介电位移和较小的剩余极化，同时击穿场强高、放电速度快、能长时间使用并可自修复等特点成为了高性能电容器的潜力候选材料，然而聚合物本身较低的介电常数限制了其储能密度。钛酸钡(BT)是具有高介电常数的无机陶瓷颗粒，因具有优良的介电性能和绝缘性能，被广泛用作填料来制备高储能密度复合材料。

然而纳米陶瓷填料与聚合物基体之间的界面相容性欠佳，且陶瓷填料之间易发生团聚，导致复合材料内部容易形成缺陷或导致填料分布不均。因此，对陶瓷颗粒进行表面改性，提高其分散性及其与聚合物基体的相容性，从而改善复合材料的界面结构，同时形成共价交联网络，有效抑制漏导电流并提高击穿场强，是实现复合材料良好介电储能性能的有效途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种改性钛酸钡/含氟共聚物复合材料及其制备方法，以解决现有填料与基体之间的界面相容性欠佳，材料内部容易形成缺陷等缺点，从而获得具有高储能密度的复合材料。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种改性钛酸钡/含氟共聚物复合材料，包括如下步骤：

(1)通过两步水热法制备钛酸钡纳米线，将钛酸钡纳米线用硅烷偶联剂KH550溶液进行表面改性处理，固液分离，得到含有氨基末端的钛酸钡纳米线，即NH₂-BTNW；

(2)在紫外光照射下，通过有机催化原子转移自由基聚合反应制备具有PGMA侧链的含氟聚合物接枝共聚物；

(3)将步骤(1)得到的NH₂-BTNW加入到极性溶剂中，混匀，得到分散液；将步骤(2)得到的具有PGMA侧链的含氟聚合物接枝共聚物溶于极性溶剂中，得到聚合物溶液；然后将所述的聚合物溶液加入到所述的分散液中，混匀，得到混合分散液；

(4)将步骤(3)得到的混合分散液流延成膜，烘干，淬火，即得。