【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及复合薄膜制备，具体涉及一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法及应用。
技术介绍
1、为了满足现代电子和电力系统日益增长的需求，先进绝缘复合材料的开发十分迫切。聚合物电介质由于具有高击穿强度和优异的机械性能，因此成为目前高能量密度电容器的首选复合材料。然而，聚合物电介质固有的低介电常数限制了其能量密度，为了提高聚合物的能量密度，人们进行了大量的研究，例如在聚合基体中引入具有高介电常数的无机填料，形成聚合物复合材料。然而，引入高介电常数的填料所带来的介电常数的增加通常是以降低其击穿场强为代价的。
2、因此，如何解决聚合物复合材料不能兼具高介电常数和高击穿场强的现状，成为行业内技术人员需要迫切解决的共性难题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决以聚丙烯酸甲酯为基体的传统复合材料不能兼具高介电常数和高击穿场强的问题，而提供一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法及应用。
2、一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，按以下步骤进行：
3、步骤1、制备聚氨酯-聚丙烯酸甲酯混合溶液：
4、将聚氨酯介电弹性体加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中，在30～50℃的温度条件下磁力搅拌至聚氨酯介电弹性体完全溶解，得到聚氨酯混合溶液a；
5、将聚丙烯酸甲酯颗粒加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中，在40～50℃的温度条件下磁力搅拌至聚丙烯酸甲酯
6、将混合溶液a与混合溶液b混合，然后在50～60℃的温度条件下磁力搅拌至混合溶液a与混合溶液b完全混合，得到聚氨酯-聚丙烯酸甲酯混合溶液c；
7、步骤2、制备聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料：
8、将步骤1中得到的聚氨酯-聚丙烯酸甲酯混合溶液c抽真空，然后均匀涂覆在预处理过的基板的一个面上，固化后再将基板在真空环境下加热至75～85℃，并在75～85℃下保温8～10h，保温结束后冷却至室温，最后将基板上的薄膜剥离，得到高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料，所述的聚氨酯介电弹性体占聚丙烯酸甲酯颗粒的质量分数为1％、2％、3％或4％。
9、一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的应用，所述的高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料在超级电容器中的应用。
10、本专利技术的有益效果：
11、(1)本专利技术一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，聚丙烯酸甲酯颗粒及聚氨酯介电弹性体以不同质量比溶于n,n-二甲基乙酰胺中制成混合溶液，涂膜后进行烘干的方法制备而成。根据储能密度计算公式，复合复合材料需要高介电常数和高击穿强度，在介电常数相比于聚丙烯酸甲酯较高的聚氨酯介电弹性体掺杂在聚丙烯酸甲酯中，使掺杂后复合复合材料的介电常数提高，储能密度随之提升。纯聚丙烯酸甲酯膜本身拥有很高的击穿强度，而聚氨酯介电弹性体具备一定程度的“自我修复”能力，并可以吸收一定程度的冲击能量，在面对高电压冲击时，它能维持全部或者大部分的原有结构，所以掺杂后的复合薄膜相较于纯聚丙烯酸甲酯膜有击穿强度的提升。基于此，本专利技术中聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料同时拥有高介电常数和高击穿强度，从而储能密度的提升也是必然。
12、(2)采用本专利技术工艺制备的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料具有优异的介电性能、击穿性能和储能性能，为高性能超级电容器提供新复合材料，可以广泛地应用于电气、电子和新能源汽车等先进领域。本专利技术制备设备工艺简单、容易实施、成本低廉且环保无污染，为开发先进的聚合物电容器提供了一个很好的策略。
13、本专利技术可获得一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法及应用。
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1.一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的聚氨酯介电弹性体的质量与N,N-二甲基乙酰胺溶液的体积的比为(0.02～0.08)g：(30～35)mL。
3.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的聚丙烯酸甲酯颗粒的质量与N,N-二甲基乙酰胺溶液的体积的比为(1.8～2)g：(8～10)mL。
4.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的聚氨酯介电弹性体和聚丙烯酸甲酯颗粒在加入到N,N-二甲基乙酰胺溶液中前，均需在50～70℃的真空环境下烘干6～8h。
5.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中磁力搅拌的转速均为300～350r/min，
6.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中所述的预处理过的基板按以下步骤进行处理：先将基板用异丙醇清洗2～3次，然后用去离子水清洗3～5次，再用无水乙醇清洗1～2次，最后将基板放入真空烘箱中，在50～70℃下干燥10～12h，得到预处理过的基板。
7.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于所述的基板为钢化玻璃板。
8.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中的固化温度为60～80℃。
9.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤2中将基板放入去离子水中浸泡后将薄膜剥离。
10.如权利要求1-9任意一项所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的应用，其特征在于所述的高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料在超级电容器中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于该制备方法按以下步骤进行：
2.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的聚氨酯介电弹性体的质量与n,n-二甲基乙酰胺溶液的体积的比为(0.02～0.08)g：(30～35)ml。
3.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的聚丙烯酸甲酯颗粒的质量与n,n-二甲基乙酰胺溶液的体积的比为(1.8～2)g：(8～10)ml。
4.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中所述的聚氨酯介电弹性体和聚丙烯酸甲酯颗粒在加入到n,n-二甲基乙酰胺溶液中前，均需在50～70℃的真空环境下烘干6～8h。
5.根据权利要求1所述的一种高击穿和高介电的聚氨酯介电弹性体-聚丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，其特征在于步骤1中磁力搅拌的转速均为300～350r/min，转子均采用聚四氟乙...
【专利技术属性】
技术研发人员：岳东，张永，冯宇，张文超，滕宇，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：
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