耐高压聚合物基介电材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种耐高压聚合物介电材料及其制备方法，通过在有机聚合物/钛酸钡的二元体系中引入云母，形成有机聚合物/钛酸钡/云母的三元体系，将片状云母穿插到聚合物基体中，使得钛酸钡粉料在有机聚合物基体中分散均匀，并被云母隔离，避免形成导电通路，防止热击穿，从而有效提高产品的耐压性能。

High pressure resistant polymer based dielectric material and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
耐高压聚合物基介电材料及其制备方法
本专利技术属于柔性薄膜电容
，特别涉及一种耐高压聚合物基介电材料及其制备方法。
技术介绍
随着电子技术发展，对高介电常数聚合物需求越来越多。但聚合物自身的介电常数往往很低，通常在3～6之间，无法满足技术发展需求。因此提升聚合物基介电材料的介电常数成为最近几年非常热门的研究领域，已有很多文献报道介绍了提高聚合物基介电材料的介电常数的方法。其中最简便的方法是将高介电常数的钛酸钡填充到聚合物本体材料中。该种方法可以将聚合物基介电材料的介电常数提高1～2个数量级。但该种方法的缺点是：一方面，在钛酸钡的填充量较少时，聚合物基介电材料的介电常数变化不明显，需要填充足够多的钛酸钡，聚合物基介电材料的介电常数才会产生明显变化。另一方面，由于填充了大量钛酸钡，复合后的聚合物基介电材料的耐压性能会比纯的聚合物降低很多，导致复合介电材料仅能用于低压非储能领域，无法应用与高压高储能密度元器件领域，限制了高介电复合材料的推广应用。因此解决聚合物复合材料耐压问题具有重要的工程意义。通过耐压失效产品分析发现，复合材料耐压低主要原因是钛酸钡填料达到临界体积浓度后，颗粒和颗粒间相互接触，在加载电压后会形成导电通路，在导电通路形成后累计的热量会使导电位置温度升高，进而产生热击穿，从而使复合介电材料的耐压性能变差。有鉴于此，有必要提供一种耐高压聚合物基介电材料，使其从源头上对复合后的介电材料中的钛酸钡进行有效隔绝，避免导电通路产生，从而有效改善该聚合物基介电材料的耐压性。专利
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供一种耐高压聚合物基介电材料的制备方法，包括如下步骤：将有机聚合物基体溶解在第一溶剂中，制备有机聚合物溶液；在第二溶剂中或者在分散剂和第二溶剂混合而成的分散剂溶液中，加入含有云母和钛酸钡的无机填料，搅拌均匀，制备粉料预分散溶液；将该有机聚合物溶液与该粉料预分散溶液混合均匀，形成介电溶液；以及将该介电溶液涂布在基材上，加热固化，得到聚合物基介电材料。根据本专利技术的一个实施例，在将有机聚合物基体溶解在第一溶剂中之后，还包括过滤步骤，除去不溶解的有机聚合物胶质，优选地，该过滤采用0.5～5μm的过滤芯。根据本专利技术的一个实施例，该有机聚合物基体选自以下组合的一种或多种：亚克力树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、纤维素及其衍生物、环氧树脂及聚酰胺树脂。该第一溶剂和该第二溶剂相同或者不同，分别选自以下组合中的一种或多种：乙酸乙酯、乙酸丁酯、无水乙醇、丁醇、丙醇、二甲基乙酰胺、丁酮、丙酮、戊酮、甲苯和二甲苯。根据本专利技术的一个实施例，该有机聚合物基体和无机填料的质量比为0.1:1～0.4:1；该无机填料中的云母和钛酸钡的质量比为0.05:1～0.4:1；优选地，钛酸钡为球形结构或类球形结构，粒度D50＝0.1～1μm，介电常数≥1000，云母为片状结构，厚径比≥80，D50≤7μm。根据本专利技术的一个实施例，该粉料预分散溶液由以下方法制备而成：将第二溶剂和分散剂加入高速分散器中搅拌，混合均匀；加入云母及钛酸钡，搅拌，混合均匀后，得到粉料预分散溶液；优选地，搅拌速度为100～1200rpm，例如100～300rpm、300rpm～500rpm、100～550rpm、600～1200rpm等，该第二溶剂与该分散剂的混合所需搅拌时间为20分钟～2小时，加入该云母及钛酸钡后的混合所需搅拌时间为2～4小时。根据本专利技术的另一个实施例，该粉料预分散溶液由以下方法制备而成：制备钛酸钡/云母复合粉体；将第二溶剂和分散剂搅拌、混合均匀，得到分散剂溶液；在该分散剂溶液中加入该钛酸钡/云母复合粉体，搅拌、混合均匀，得到粉料预分散溶液。根据本专利技术的再一个实施例，该粉料预分散溶液由以下方法制备而成：制备钛酸钡/云母复合粉体；将该钛酸钡/云母复合粉体中加入第二溶剂，搅拌、混合均匀，得到粉料预分散溶液。上述该钛酸钡/云母复合粉体是通过液相沉积法，将TiCl4、BaCl2在pH＝1.8～2.0的合成云母粉溶液中反应，经脱水洗涤而成。根据本专利技术的一个实施例，该粉料预分散溶液中粉料的含量为50～80wt％，该粉料包括云母、钛酸钡以及可选的分散剂。根据本专利技术的一个实施例，该介电溶液由以下方法制备而成：将该有机聚合物溶液加入该粉料预分散溶液中，搅拌均匀，使用低能量分散设备进行分散处理，得到该介电溶液；优选地，该低能量分散设备为低能量砂磨机、均质机、乳化机及匀化机中的至少一种。本专利技术还提供根据上述制备方法所制备的一种耐高压聚合物基介电材料，包括有机聚合物基体和均匀分散于该有机聚合物基体中的无机填料，该无机填料为云母和钛酸钡，或者为钛酸钡/云母复合粉体。根据本专利技术的一个实施例，该耐高压聚合物基介电材料的介电常数为10～100，介电强度≥30MV/m。本专利技术首先在钛酸钡/有机聚合物的二元复合体系中导入绝缘性能优良的云母，形成云母/钛酸钡/有机聚合物三元复合体系，将片状云母穿插到聚合物基体中，隔离钛酸钡粉料，使得钛酸钡粉料在有机聚合物基体中分散均匀，利用云母自身耐压特性好的特点，避免形成导电通路，防止热击穿产生，因此有效提高产品的耐压性能。在材料中添加云母后，相同厚度的介电材料耐压性能可以提高2～10倍。其次，为了保持分散后云母能够保持片状形貌，在溶液共混工艺中导入低能量共混分散工艺，这种工艺的特点是分散过程中分散作用力小于云母晶体强度，因此分散过程中的分散作用仅能将云母片剥离开，分散到介电溶液中，云母的片状形貌没有被破坏。例如，该低能量共混分散工艺采用球磨方式。这种球磨方式有利于保留云母作为片状形貌，充分分散的云母可以在介电溶液中铺展开，最大限度的发挥云母的阻隔作用，这样，既保证了云母/钛酸钡/有机聚合物三种物料的充分分散混合，又保证了云母和钛酸钡两者物料形貌在混合过程中不被破坏，进而使得耐高压聚合物基介电材料的一致性和可靠性得到显著提升，最终提高材料耐压特性。再次，本专利技术在云母和钛酸钡的加入方式上，除了将两者预先共混均匀的方式之外，还采用了另外一种液相沉积法，预先形成钛酸钡/云母复合粉体，使得钛酸钡在合成过程中沉积在云母的片层间和表面，驱逐了云母片层间隙的空气泡，由此进一步改善了最终形成的耐高压聚合物基介电材料的介电损耗。最后，在采用液相沉积法预先生成钛酸钡/云母复合粉体的前提下，无需分散剂，也可达到专利技术目的。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，详细说明如下。具体实施方式为更进一步阐述本专利技术为达成预定专利技术目的所采取的技术手段及功效，以下结合实施例，对本专利技术进行详细说明。应理解，下述实施例仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本申请采用溶液共混工艺，在有机聚合物基体中加入云母和钛酸钡，充分保证云母分散，又不破坏云母的片状形貌，有利于提高最终产品的耐压性能。云母是一种天然本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐高压聚合物基介电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n将有机聚合物基体溶解在第一溶剂中，制备有机聚合物溶液；/n在第二溶剂中或者在分散剂和第二溶剂混合而成的分散剂溶液中，加入含有云母和钛酸钡的无机填料，搅拌均匀，制备粉料预分散溶液；/n将该有机聚合物溶液与该粉料预分散溶液混合均匀，形成介电溶液；以及将该介电溶液涂布在基材上，加热固化，得到聚合物基介电材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种耐高压聚合物基介电材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将有机聚合物基体溶解在第一溶剂中，制备有机聚合物溶液；
在第二溶剂中或者在分散剂和第二溶剂混合而成的分散剂溶液中，加入含有云母和钛酸钡的无机填料，搅拌均匀，制备粉料预分散溶液；
将该有机聚合物溶液与该粉料预分散溶液混合均匀，形成介电溶液；以及将该介电溶液涂布在基材上，加热固化，得到聚合物基介电材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在将有机聚合物基体溶解在第一溶剂中之后，还包括过滤步骤，除去不溶解的有机聚合物胶质，优选地，该过滤采用0.5～5μm的过滤芯。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该有机聚合物基体选自以下组合的一种或多种：亚克力树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩甲醛、纤维素及其衍生物、环氧树脂及聚酰胺树脂；和/或
该第一溶剂和该第二溶剂相同或者不同，分别选自以下组合中的一种或多种：乙酸乙酯、乙酸丁酯、无水乙醇、丁醇、丙醇、二甲基乙酰胺、丁酮、丙酮、戊酮、甲苯和二甲苯。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该有机聚合物基体和无机填料的质量比为0.1:1～0.4:1；和/或该无机填料中的云母和钛酸钡的质量比为0.05:1～0.4:1；
优选地，钛酸钡为球形结构或类球形结构，粒度D50＝0.1～1μm，介电常数≥1000，云母为片状结构，厚径比≥80，D50≤7μm。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，该粉料预分散溶液由以下方法制备而成：将第二溶剂和分散剂加入高速分散器中搅拌，混合均匀；加入云母及钛酸钡，搅拌，混合均匀后，得到粉料预分散溶液；
优选地，搅拌速度为100～1200...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，刘侠侠，陶玉红，李露，卢星华，袁启斌，
申请(专利权)人：深圳市峰泳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44