一种锂盐/聚丙烯腈/热固性树脂复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种聚合物复合材料及其制备方法，特别涉及一种锂盐/聚丙烯腈/热固性树脂复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]高介电常数聚合物基复合材料在微电子、生物工程、电气工程、航空航天等众多尖端技术领域中显示出巨大的应用前景，因而成为材料学科的热门话题。近年来，透明材料和柔韧性材料引起人们浓厚的兴趣，尤其是在微电子、生物工程等领域。但是，迄今未见透明高介电常数聚合物基复合材料的报道。
[0003]按照功能体的种类，高介电常数聚合物基复合材料可大致分为陶瓷/聚合物复合材料和导体/聚合物复合材料两种。这两类材料各具特色和不足。其中，为了具有高介电常数，陶瓷/聚合物基复合材料中一般需要添加高达50vol%甚至更多的陶瓷，这也同时导致复合材料的工艺性和力学性能变差，不能发挥聚合物的良好工艺性和柔韧性，也不利于获得透明材料。高添加量的问题在导体/聚合物基复合材料中得到了很好的克服，但常见的导体是无机材料，在聚合物基体中易团聚，使得导体/聚合物基复合材料的透光性较差;此外，导体/聚合物复合材料在获得高介电常数的同时也常常存在介电损耗高的问题。
[0004]因此，如何建立一种简单易行的方法，制备兼具高透光性、良好柔韧性、高介电常数的新型聚合物复合材料，具有重大的科学意义和应用价值。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术存在的不足，提供一种兼具高介电常数、低介电损耗、良好柔韧性和透光性的锂盐/聚丙烯腈/热固性树脂复合材料及其制备方法。
[0006]实现本发明目的的技术方案是:一种锂盐/聚丙烯腈/热固性树脂复合材料的制备方法，按质量计，包含如下步骤:
(1)将100份聚丙烯腈和550?1100份N，N-二甲基甲酰胺在温度为25°C?80°C的条件下搅拌，得到均匀透明的聚丙烯腈溶液A;再将8?36份锂盐加入到聚丙烯腈溶液A中，在温度为25°C?80°C的条件下搅拌，得到均匀透明的锂盐/聚丙烯腈溶液；
(2)将可热固化树脂加入到步骤(1)制得的锂盐/聚丙烯腈溶液中，在15°C?50°C的温度条件下混合均匀，得到复合溶液;将复合溶液制成薄膜后，再进行固化和后处理，即得到一种锂盐/聚丙烯腈/热固性树脂复合材料。
[0007]本发明技术方案中，所述的锂盐包括三氟甲基磺酸锂、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂、四氟硼酸锂、六氟磷酸锂、高氯酸锂中的一种。
[0008]所述的可热固化树脂为包括固化剂的环氧树脂或环氧丙烯酸酯树脂。所述的固化剂为2-乙基-4甲基咪唑。
[0009]本发明技术方案还包括按上述制备方法得到的锂盐/聚丙烯腈/热固性树脂复合材料。
[0010]得到的热固性树脂复合材料中，热固性树脂与聚丙烯腈的质量比为20?50:100。[0011 ]与现有技术相比，本发明取得的有益效果是:
1、与现有技术不同，本发明以聚丙烯腈和热固性树脂组成相容的树脂基体，同时借助锂盐与聚丙烯腈的良好的相容性，实现锂盐在整个基体中的良好分散，从而制得了具有优良透光性的复合材料。这大大拓展了高介电常数复合材料的应用范围，使得该复合材料可以应用于对透明性要求高的场合。
[0012]2、与现有技术不同，本发明中用锂盐和聚丙烯腈树脂制备出聚合物电解质，将热固性树脂均匀地分散在其中，使导电网络被分割，形成多个微电容均匀分布于树脂基体中，有利于介电常数的升高和介电损耗的降低。
[0013]3、本发明以固体锂盐作为功能体，添加量只需在8wt%?13wt%，即可赋予材料高介电常数;此外，锂盐与树脂的良好相容性和分散性，确保了复合材料具有良好的柔韧性。
[0014]4、本发明中使用的锂盐可以溶解于基体树脂中，因此制备的复合材料的厚度不受锂盐的限制。而现有无机导体或者陶瓷即使在基体中分散良好，但是，存在极限尺寸，因此复合材料的厚度受到这些无机粒子尺寸的限制。
[0015]5、尽管复合材料中含有热固性树脂，但是以多组分聚合物为基体，因此所制得的复合材料具有良好的柔韧性。
[0016]6、本发明提供的锂盐/聚丙烯腈/热固性树脂复合材料的制备方法，具有操作工艺简单、制造成本低、适用性广的特点。
【附图说明】
[0017]图1是为直观展示本发明实施例1制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料具有透明性的数码照片效果图。
[0018]图2是本发明实施例1制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料的透过率-波长曲线图。
[0019]图3是为直观展示本发明实施例1制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料具有柔韧性的数码照片效果图。
[0020]图4是本发明实施例1、2和3制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料、比较例1制备的聚丙烯腈/环氧树脂共混物、比较例2制备的三氟甲基磺酸锂/环氧树脂复合材料和比较例3制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈复合材料的介电常数-频率曲线图。
[0021]图5是本发明实施例1、2和3制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料、比较例1制备的聚丙烯腈/环氧树脂共混物、比较例2制备的三氟甲基磺酸锂/环氧树脂复合材料和比较例3制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈复合材料的交流电导率-频率曲线图。
[0022]图6是本发明实施例1、2和3制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料、比较例1制备的聚丙烯腈/环氧树脂共混物、比较例2制备的三氟甲基磺酸锂/环氧树脂复合材料和比较例3制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈复合材料的介电损耗-频率曲线图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图、实施例和比较例，对本发明技术方案作进一步的描述。
[0024]实施例1
1、三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈溶液的制备
将5g聚丙烯腈和50mL N，N-二甲基甲酰胺在60°C的条件下搅拌2h，得到均匀透明的聚丙烯腈溶液A;将0.9g三氟甲基磺酸锂加入到聚丙烯腈溶液A中，在60°C下搅拌2h，得到均匀透明的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈溶液。
[0025]2、三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料的制备
将1.65g环氧树脂(牌号E-51)在60°C的条件下，搅拌30min后，加入0.066g 2-乙基-4甲基咪唑，继续搅拌lOmin，得到均匀透明的环氧树脂混合物。将步骤1得到的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈溶液，加入到环氧树脂混合物中，在25°C的条件下搅拌12h，得到均匀透明的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂溶液。
[0026]将该溶液浇入到模具中，通过流延法制膜，并在25°C真空条件下将溶剂挥发完全。将所制得的膜按照80°C/2h+100°C/2h+120°C/2h和140°C/4h工艺进行热固化，即得到三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料。其中环氧树脂:三氟甲基磺酸锂:聚丙烯腈的质量比为33:18:100。其数码照片、透过率-波长曲线、数码照片、介电常数-频率曲线、交流电导率-频率曲线、介电损耗-频率曲线分别参见附图1、2、3、4、5和6。
[0027]参见附图1，它是展示本实施例制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料具有透明性的数码照片图，将复合材料覆盖在字体上，可以直观地看出，它具有良好的透明性。参见附图2，它是本实施例制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料的透过率-波长曲线图；由图可见，其透过率达到80%，说明了制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料具有良好的透明性，同时也说明复合材料为均匀体系。
[0028]参见附图3，它是展示本实施例制备的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料具有柔韧性的数码照片图；由图3可以直观地看出，该复合材料可以自由的弯曲而不断裂，具有良好的柔韧性。
[0029]实施例2
1、三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈溶液的制备按实施例1技术方案制备三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈溶液。
[0030]2、三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈/环氧树脂复合材料的制备
将1.75g环氧树脂(牌号E-51)在60°C的条件下，搅拌30min后，加入0.07g 2-乙基-4甲基咪唑，继续搅拌lOmin，得到均匀透明的环氧树脂混合物。将步骤1得到的三氟甲基磺酸锂/聚丙烯腈溶液，加入到环氧树脂混合物中，在2