一种宽温度范围的ABS/PVDF复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种宽温度范围的ABS/PVDF复合材料的制备方法。现有技术中介电材料在高温环境中性能衰减严重的缺陷。本发明专利技术如下：1、将基体聚合物添加到极性溶剂中，得到聚合物基。2、将ABS树脂添加极性溶剂中，得到ABS溶液。3、将ABS溶液加入到聚合物基中，进行搅拌和超声处理，得到ABS/PVDF共混液。4、将ABS/PVDF共混液涂覆在石英板上，得到复合薄膜雏形。对复合薄膜雏形进行干燥并热处理和淬火。本发明专利技术采用ABS树脂作为添加物制作复合材料，制得的复合材料相较于现有的介电材料，在70℃的高温环境下依然具有优益的性能，这使得本发明专利技术制备的ABS/PVDF复合薄膜材料具有更强的环境适应能力。

A preparation method of ABS / PVDF composite with wide temperature range

【技术实现步骤摘要】
一种宽温度范围的ABS/PVDF复合材料的制备方法
本专利技术属于介电材料制备
，具体涉及一种高储能、高放电效率，且能够在高温下稳定使用的ABS/PVDF复合材料的制备方法。
技术介绍
随着技术水平的发展，电子、家电、通讯等多个行业更新换代周期越来越短，而薄膜电容器凭借其良好的电工性能和高可靠性，成为推动上述行业更新换代不可或缺的电子元件。未来几年随着数字化、信息化、网络化建设进一步发展和国家在电网建设、电气化铁路建设、节能照明、混合动力汽车等方面加大投入以及消费类电子产品的升级，薄膜电容器的市场需求将进一步呈现快速增长的趋势。它的主要特性如下：无极性，绝缘阻抗很高，频率特性优异(频率响应宽广)，而且介质损失很小。基于以上的优点，所以薄膜电容器被大量使用在电路中。主要应用于电子、家电、通讯、电力、电气化铁路、混合动力汽车、航空航天、风力发电、太阳能发电监控、生物成像、无损检测等多个行业。随着电子技术的集成化和便携式的发展，要求电容器在不断微型化的同时，还要求具备损耗低、储能高、耐高温以及可靠性高等特点。在轻量化和柔性电子设备中，随着电子设备产生的热量的增加和功能的提高，对高温介质聚合物也产生了巨大的需求。但是，在高电场下，由于导电损耗大幅度增加，导致薄膜早期失效，工作温度大大降低。例如，铁电聚合物，如PVDF基共聚物和三聚体，已被广泛研究用于薄膜电容器的应用，其中P(VDF-TRFE-CFE)能量密度超过20J/cm3，尽管如此，在70℃和200mV/m处，这是混合动力汽车直流母线电容器的工作条件，P(VDF-TRFE-CFE)的效率仅为21％，低效率不仅导致能量密度大大降低，约为1J/cm3，而且还导致产生大量的热量，最终可能导致聚合物介质的热失控。因此，必须设计特殊的热管理，以便在高温应用中使用介电聚合物。这将给综合电力系统带来额外的重量、体积和能源消耗，显着地降低其效率，特别是在这些应用中不可避免地需要高的能量密度。同时，由于电子设备和电路产生的热量随着小型化和功能性的增加而呈指数增长，高压缩电子设备的兴起也产生了对高温介质聚合物的巨大需求。为了满足高脉冲电容器的高温要求，人们在高性能工程聚合物薄膜的合成和制备方面做出了很大的努力。在这些贡献中，提高玻璃化聚合物的玻璃化转变温度(TG)和热稳定性是增强介电聚合物高温性能的关键。为了降低导电损耗并提高PVDF的充电-放电效率，已经将各种低k聚合物，例如尼龙(PA)、聚亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)和聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)加入到PVDF中以形成聚合物共混物。聚合物共混物结合了基础聚合物和附加聚合物的两个优点。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)是一种玻璃化转变温度为90-100℃的非晶态聚合物，广泛应用于建筑、光学传感器、生物医学、电子、电气等领域ABS的加入有助于提高聚合物的热稳定性，并提供在高温下应用高压电容器的可能性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中介电材料在高温环境中性能衰减严重的缺陷，提供一种高储能、高放电效率，且能够在高温下稳定使用的ABS/PVDF复合材料的制备方法。本专利技术的具体步骤如下：步骤1、将基体聚合物添加到极性溶剂中，搅拌直至基体聚合物完全溶解，得到聚合物基。步骤2、将ABS树脂添加极性溶剂中，搅拌直至ABS树脂完全溶解，得到ABS溶液。步骤3、取步骤2中制备的ABS溶液，并将其加入到步骤1制备的聚合物基中，进行搅拌和超声处理，得到ABS/PVDF共混液。步骤4、将步骤3中制备的ABS/PVDF共混液涂覆在石英板上，得到复合薄膜雏形。对复合薄膜雏形进行干燥并热处理和淬火，得到ABS/PVDF复合薄膜材料。作为优选，所述的极性溶剂采用DMF溶剂；所述的基体聚合物采用为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。作为优选，步骤1中，基体聚合物与极性溶剂的料液比为5～300g/L。作为优选，步骤2中，ABS树脂与极性溶剂的料液比为5～300g/L。作为优选，ABS树脂中，丙烯腈的质量分数为15％～35％，丁二烯的质量分数为5％～30％，苯乙烯的质量分数为40％～60％。作为优选，步骤3中的搅拌和超声处理重复2～5次；单次搅拌的时长为1min～3h，单次超声处理的时长为1min～3h；超声处理采用尖端式超声。作为优选，所述的ABS/PVDF共混液中ABS溶液的体积分数为s；20％≤s≤80％。作为优选，步骤4中，ABS/PVDF共混液涂覆后在40～120℃的加热台上加热0.5～1.5h，使溶剂蒸发得到厚度为1～100μm的复合薄膜雏形。作为优选，步骤4中，热处理温度范围为150～250℃。热处理的时长为0.5～10h。淬火温度范围为-200～0℃。淬火时长为1～5min。本专利技术具有的有益效果是：1、本专利技术采用ABS树脂作为添加物制作复合材料，制得的复合材料相较于现有的介电材料，在70℃的高温环境下依然具有优益的性能，这使得本专利技术制备的ABS/PVDF复合薄膜材料具有更强的环境适应能力。2、本专利技术通过复合ABS树脂和PVDF材料，既可以有效提高复合材料的击穿电场值与耐高温性能，还能降低剩余极化减少损耗，从而有利于提高复合材料的储能与放能值，提高储放能效率。3、本专利技术选用PVDF为其基体，包含PVDF和基于PVDF的P(VDF-CTFE)，P(VDF-TrFE)和P(VDF-CTFE-TrFE)等聚合物，是明显的顺电体，或者弛豫铁电体，具有电位移值高，剩余极化小、击穿电场高，损耗小。并且易于加工成型。4、本专利技术通过调节复合材料中的ABS树脂的组分及体积分数、所填充材料的电位移化值、剩余极化值、击穿电场、损耗等达到对复合材料储放能性能进行优化的目的。5、本专利技术通过淬火热处理对聚合物复合材料进行处理，可以有效的降低材料的结晶，增加复合材料中聚合物的无定性结构，有助于提高聚合物材料界面匹配性与相容性，界面出现的空隙，从而有效的提高击穿强度。无定型结构的增多，有利于复合材料的极化，在电场下获得更高的极化值。总之，ABS/PVDF复合材料具有优良的热性能，适合在高温下作为电容器储能材料。6、本专利技术通过利用简单的流延法制备出性能优异的耐高温的ABS/PVDF复合材料，使得复合材料在70-120℃的储放能性能提高。该方法简单，成本低，实用可重复性强，有助于推广使用。附图说明图1a为本专利技术制备的ABS/PVDF复合材料的介电常数图；图1b为本专利技术制备的ABS/PVDF复合材料的损耗图；图2为本专利技术制备的ABS/PVDF复合材料在室温和70℃下击穿场强随体积分数变化图；图3a为本专利技术制备的不同ABS溶液体积分数的ABS/PVDF复合材料在室温下电滞回线图；图3b为本专利技术制备的不同ABS溶液体积分数的ABS/PVDF复合材料在70℃下电滞回线图；图4a为本专利技术制备的ABS/PVDF复合材料在室本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽温度范围的ABS/PVDF复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1、将基体聚合物添加到极性溶剂中，搅拌直至基体聚合物完全溶解，得到聚合物基；/n步骤2、将ABS树脂添加极性溶剂中，搅拌直至ABS树脂完全溶解，得到ABS溶液；/n步骤3、取步骤2中制备的ABS溶液，并将其加入到步骤1制备的聚合物基中，进行搅拌和超声处理，得到ABS/PVDF共混液；/n步骤4、将步骤3中制备的ABS/PVDF共混液涂覆在石英板上，得到复合薄膜雏形；对复合薄膜雏形进行干燥并热处理和淬火，得到ABS/PVDF复合薄膜材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种宽温度范围的ABS/PVDF复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1、将基体聚合物添加到极性溶剂中，搅拌直至基体聚合物完全溶解，得到聚合物基；
步骤2、将ABS树脂添加极性溶剂中，搅拌直至ABS树脂完全溶解，得到ABS溶液；
步骤3、取步骤2中制备的ABS溶液，并将其加入到步骤1制备的聚合物基中，进行搅拌和超声处理，得到ABS/PVDF共混液；
步骤4、将步骤3中制备的ABS/PVDF共混液涂覆在石英板上，得到复合薄膜雏形；对复合薄膜雏形进行干燥并热处理和淬火，得到ABS/PVDF复合薄膜材料。


2.根据权利要求1所述的一种宽温度范围的ABS/PVDF复合材料的制备方法，其特征在于：所述的极性溶剂采用DMF溶剂；所述的基体聚合物采用为聚偏氟乙烯、聚偏氟乙烯共聚物或聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。


3.根据权利要求1所述的一种宽温度范围的ABS/PVDF复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1中，基体聚合物与极性溶剂的料液比为5～300g/L。


4.根据权利要求1所述的一种宽温度范围的ABS/PVDF复合材料的制备方法，其特征在于：步骤2中，ABS树脂与极性溶剂的料液比为5～300g/L。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：李丽丽，王萍，汶飞，吴薇，王高峰，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33