专利名称：电容器用柔性聚合物介电材料及制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电容器用柔性介电材料及制备方法。特别涉及一种电容器用柔性聚合 物介电材料及制备方法。
背景技术：
介电材料由于具有很好的储存电荷和均匀电场的能力，因此作为一种功能独特、应用 广泛的功能材料，在电子、电机和电缆等行业中发挥着不可替代的作用。特别是近年来电 子设备的发展日新月异，电容器也向高储能、小型化、环境友好以及成型灵活等方向发展。 柔韧性好、灵活加工，同时具有良好介电性能的柔性介电材料已经成为目前研究的焦点。
目前，柔性介电材料主要是陶瓷与聚合物复合材料。这种材料结合了陶瓷的高介电性 能和聚合物的绝缘电阻高、加工性能好、介电损耗小的优点。目前从材料的结构设计到介 电器件的开发，都已经得到了长足的发展。但是这种陶瓷与聚合物介电复合材料性能并不 理想。这是由于用于制备介电复合材料的陶瓷相主要是钛酸铅(PbTi03)、锆钛酸铅(PZT)， 或者是无铅陶瓷钛酸钡(BaTi03)、多元陶瓷铌镁酸铅等；聚合物主要涉及含氟类聚合物， 如聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)等、环氧树脂等。陶瓷与聚 合物复合材料若保持高的介电性能，陶瓷体积分数必须在50%以上，但是陶瓷相与作为聚 合物相的含氟类聚合物或环氧树脂基体界面结合极差，很难使复合材料具有理想的成型性 能，特别是薄膜式电容器的开发， 一直是目前电容器发展的瓶颈。陶瓷与聚合物复合材料 难以制备成均匀的薄膜，使电容器的容量受到很大限制，从而影响了它在很多领域的应用。
随着膜技术应用范围不断的扩大，聚合物是制备薄膜制品的理想材料。由于聚合物分 子链的自身结构特点，导致聚合物本身的介电常数很低，很难作为介电材料来使用。采用 共混工艺，调控共混薄膜的微观结构，有望制备出具有高介电性能的柔性电容器用材料， 从而解决目前薄膜电容器发展的瓶颈问题。
这种高分子合金电容器材料，与传统的电容器用无机物/聚合物复合材料(陶瓷/聚合 物复合材料)相比，没有明显的相界面，因此保证了薄膜材料对柔性的要求；同时，由于 电容器的比电容与介质厚度的平方成反比，所以当介电常数相同时，有机介质电容器的比 电容较无机介质电容器的比电容大得多，这有利于实现产品的小型化，满足目前电容器、 电子器件和水声换能器等领域的材料要求。
发明内容
本发明提供一种电容器用柔性聚合物介电材料及制备方法，其材料基体为聚偏氟乙烯 与尼龙的共混材料。该介电材料可解决目前陶瓷/聚合物复合材料两相界面结合差、机械性能差等问题，是一类新型的柔性高介电材料。
适用于本发明的一种电容器用柔性聚合物介电材料，由含氟类聚合物和尼龙的制成，其中尼龙与含氟聚合物体积比例为10% 90%:卯％ 10%，所述的含氟类聚合物为聚偏氟乙烯(PVDF)、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物P(VDF-TrFE)、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物P(VDF-TeFE)中任一种；尼龙为聚(co-庚内酰胺)(PA7)、聚-co-氨基壬酸(PA9)、聚co-氨基十一酸(PAll)、聚(w-庚内酰胺)与聚-w-氨基壬酸共聚物(PA7/PA9)、聚(w-庚内酰胺)与聚w-氨基H^—酸共聚物(PA7/PA11)、聚-co-氨基壬酸/聚w-氨基H"—酸(PA9/PA11)共聚物，聚(w-庚内酰胺)、聚-w-氨基壬酸和聚w-氨基^^一酸的三元共聚物(PA7/PA9/PA11)中任一种。
本发明的电容器用柔性聚合物介电材料的制备方法，制备步骤包括
1) 将尼龙与含氟聚合物按10% 卯％: 90%~10%的体积在混合设备中150 230 °C ，转速为15-50 r/min条件下进行混合，自然冷却；
2) 将步骤l)得到的混合料在模具中压制成型，模压温度为150 230'C，模压压力10 25MPa,压制时间为15 30min，压制好的混合料保压冷却，即制得两种聚合物的合金材料，即电容器用柔性聚合物介电材料。
本发明所制备的柔性介电材料力学性能好，拉伸强度在20MPa以上、介电常数较高，可以成型为不同厚度、不同形状的电容器用介电材料。通过调节尼龙与含氟聚合物体积比，即可制得所需介电常数和拉伸强度的电容器用柔性聚合物介电材料。
可以根据使用要求，将该柔性聚合物介电材料压制成不同厚度和形状的样品，如压制成不同厚度和形状的薄膜等。
将压制好的样品制备成圆片状试样，测试直径与厚度。在样品表面均匀涂上一层银，在介电频谱仪上测试样品的介电常数。
根据GB/T 1040-1992标准，在万能材料试验机上测试材料的拉伸性能。
图1是尼龙11与聚偏氟乙烯((PA11/PVDF)两相复合材料的介电常数与尼龙11体积分
数的关系曲线。
从图1可以看出合金材料的介电常数高于20，最大达到40。
图2是尼龙11与聚偏氟乙烯((PA11/PVDF)两相复合材料的拉伸强度与尼龙11体积分数的关系曲线。
从图2可以看出合金材料的拉伸强度超过20MPa。
具体实施例方式
实施例l:按体积比将20%PA11和80。/。PVDF粉末，在密炼机中，180~190°C， 15-20r/min条件下充分混合均匀；在平板硫化机上，180~200°C、 10~15MPa下模压30min，再保压冷却，即制备出PA11/PVDF合金材料，合金介电常数能达到30。
实施例2:按体积比将40。/。PA9和60。/。PVDF粉末，在密炼机中180-200 °C，转速为40~50r/min条件下充分混合均匀；在平板硫化机上，190~205°C、 10~15MPa下模压30min，再保压冷却，制备出PA9/PVDF合金材料，合金介电常数能达到27。
实施例3:按体积比将90%PA7和10。/。PVDF粒料，在密炼机中200~220 。C ，转速为15 30r/min条件下充分混合均匀；在平板硫化机上，210 22(TC，压力20MPa下模压20min，再保压冷却，制备出PA7/PVDF合金材料，合金介电常数能达到35。
实施例4:按体积比将20。/。PA7/PA9/PA11和80。/。PVDF粉料，在密炼机中中180~220 °C，转速为15-30 r/min条件下充分混合均匀；在平板硫化机上，190~220°C，压力15MPa下模压20min，再保压冷却，制备出PA7/PA9/PA11/PVDF合金材料，合金介电常数能达到52。
实施例5:按体积比将10%PA7/PA9/PA11和90%聚偏氟乙烯-三氟乙烯粉料，在密炼机中150-180 °C，转速为20~40 r/min条件下充分混合均匀；在平板硫化机上，160~190°C，压力15 20MPa下模压20min，再保压冷却，制备出PA7/PA9/PAll/聚偏氟乙烯-三氟乙烯合金材料，合金介电常数能达到44。
实施例6:按体积比将90%PA7/PA9和10%偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物，在密炼机中150~170°C，转速为20~40r/min条件下充分混合均匀；在平板硫化机上，160 1卯。C，压力15MPa下模压20min，再保压冷却，制备出PA7/PA9/偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物合金材料，合金介电常数能达到32。
实施例7:按体积比将10%PA7/PA11和90%偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物，在密炼机中160-180 。C，转速为15~30r/min条件下充分混合均匀；在平板硫化机上，180~190°C，压力15MPa下模压20min，再保压冷却，制备出PA7/PAll/偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物合金材料，合金介电常数能达到38。
权利要求
1、一种电容器用柔性聚合物介电材料，其特征在于，该聚合物介电材料由含氟类聚合物和尼龙制成，其中，尼龙与含氟聚合物体积比为10％～90％∶90％～10％，所述的含氟类聚合物为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物中任一种；尼龙为聚(ω-庚内酰胺)、聚-ω-氨基壬酸、聚ω-氨基十一酸、聚(ω-庚内酰胺)与聚-ω-氨基壬酸共聚物、聚(ω-庚内酰胺)与聚ω-氨基十一酸共聚物、聚-ω-氨基壬酸/聚ω-氨基十一酸共聚物，聚(ω-庚内酰胺)、聚-ω-氨基壬酸和聚ω-氨基十一酸的三元共聚物中任一种。
2、 权利要求1所述的电容器用柔性聚合物介电材料的制备方法，其特征在于，制备步骤包括1) 将尼龙与含氟聚合物按10% 90%: 90% 10%的体积在混合设备中 150 230°C，转速为15~50 r/min条件下进行混合，自然冷却；2) 将步骤l)得到的混合料在模具中压制成型，模压温度为150~230°C，模压 压力10-25 MPa，压制时间为15~30 min，压制好的混合料保压冷却，即制得电 容器用柔性聚合物介电材料。
3、 根据权利要求2所述的电容器用柔性聚合物介电材料的制备方法，其特征 在于，在所述的尼龙与含氟聚合物体积比例范围内，调节两者的体积比例，即制 得所需介电常数和拉伸强度的电容器用柔性聚合物介电材料。
4、 根据权利要求2所述的电容器用柔性聚合物介电材料的制备方法，其特征在于，所述的压制成型，根据电容器使用要求，将其柔性聚合物介电材料压制成 不同厚度和形状的介电材料。
5、 根据权利要求4所述的电容器用柔性聚合物介电材料的制备方法，其特征 在于，根据电容器使用要求，将其柔性聚合物介电材料压制成不同厚度和形状的 薄膜介电材料。
全文摘要
一种电容器用柔性聚合物介电材料及制备。该材料为含氟类聚合物与尼龙的共混材料，其中含氟类聚合物为聚偏氟乙烯、偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物、偏氟乙烯-四氟乙烯共聚物中任一种；尼龙为PA7、PA9、PA11、PA7/PA9、PA7/PA11、PA9/PA11、PA7/PA9/PA11中任一种。尼龙与含氟聚合物体积比为10％～90％∶90％～10％。其制备步骤1)将尼龙与含氟聚合物按10％～90％∶90％～10％的体积在混合设备中150～230℃，转速为15～50r/min条件下进行混合，自然冷却；2)将步骤1)得到的混合料在模具中压制成型，模压温度为150～230℃，模压压力10～25MPa，压制时间为15～30min，压制好的混合料保压冷却，即得。该材料力学性能好、介电常数较高，调节尼龙与含氟聚合物配比，可以调整材料的所需性能，特别适合于制备薄膜介电材料。
文档编号C08L27/00GK101508841SQ20091006115
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月17日 优先权日2009年3月17日
发明者刘利萍, 朱庆明, 蕊 李, 熊传溪, 董丽杰 申请人:武汉理工大学