聚偏氟乙烯介电复合薄膜及其制备方法

allin2025-08-11  43


本发明属于聚合物薄膜领域,涉及一种聚偏氟乙烯介电复合薄膜及其制备方法。


背景技术:

1、聚合物薄膜材料的功能化一直受到广泛的关注,具有特殊性能的聚合物材料成为了研究焦点。聚偏氟乙烯(pvdf)作为一种常见的功能材料,具有较高的机械性能与介电常数,是一种多晶型的半结晶聚合物,它最常见的晶型有三种分别为α晶型、β晶型和γ晶型。其中,β晶型的聚偏氟乙烯β-pvdf由于其永久偶极矩而是一个电活性相,具有优异的介电性能。

2、目前,β-pvdf常见的制备方法有化学改性、单轴拉伸以及静电纺丝等。但是,传统的制备β-pvdf的方法存在操作复杂以及成本较高的问题。其中,填料共混是调节pvdf的介电性质的一种更简单的方法,但是为获得较高的介电常数往往需要共混大量的功能性填料,导致介电损耗升高,同时击穿强度大大降低,从而限制薄膜在储能器件中的应用。


技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种聚偏氟乙烯介电复合薄膜及其制备方法。

2、为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:

3、本发明第一方面,提供一种聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,包括:

4、混合聚偏氟乙烯和n,n-二甲基甲酰胺,得到聚偏氟乙烯溶液;

5、向聚偏氟乙烯溶液中添加脱氟化氢剂并固化成块,得到聚偏氟乙烯块;

6、将聚偏氟乙烯块体、锆钛酸铅粉末和n,n-二甲基甲酰胺混合并固化成膜,得到聚偏氟乙烯介电复合薄膜。

7、可选的,所述混合聚偏氟乙烯和n,n-二甲基甲酰胺,得到聚偏氟乙烯溶液包括:

8、以质量份数计,将11~15份的聚偏氟乙烯和85~100份的n,n-二甲基甲酰胺混合,得到聚偏氟乙烯溶液。

9、可选的,所述脱氟化氢剂为1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯。

10、可选的,所述锆钛酸铅粉末的平均粒径为300nm。

11、可选的,所述向聚偏氟乙烯溶液中添加脱氟化氢剂并固化成块,得到聚偏氟乙烯块包括:

12、向浓度为12.9~15%的聚偏氟乙烯溶液中加入质量浓度为0.21~0.24%的1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯并搅拌,得到脱氟化氢的聚偏氟乙烯溶液;

13、将脱氟化氢的聚偏氟乙烯溶液浸入去离子水中固化成块,并依次进行超声处理、冲洗处理和干燥处理,得到聚偏氟乙烯块。

14、可选的,所述搅拌包括:在58~65℃下搅拌1~3h。

15、可选的,所述超声处理包括:在去离子水中超声处理22~30min;所述冲洗处理包括:至少重复冲洗1~3次;所述干燥处理包括:在82~90℃的真空烘箱中干燥10~15h。

16、可选的,所述将聚偏氟乙烯块体、锆钛酸铅粉末和n,n-二甲基甲酰胺混合并固化成膜,得到聚偏氟乙烯介电复合薄膜包括:

17、以质量份数计,将11~15份的聚偏氟乙烯块、0.22~1.5份的锆钛酸铅粉末以及85~100份的n,n-二甲基甲酰胺混合,得到聚偏氟乙烯/锆钛酸铅溶液;

18、将聚偏氟乙烯/锆钛酸铅溶液通过溶液浇铸法及热压法制成复合薄膜,得到聚偏氟乙烯介电复合薄膜。

19、可选的,所述将聚偏氟乙烯/锆钛酸铅溶液通过溶液浇铸法及热压法制成复合薄膜包括:

20、将聚偏氟乙烯/锆钛酸铅溶液在190~220℃挥发溶剂并冷却,随后在190~205℃和8~10mpa的条件下热压62~70s制成复合薄膜。

21、本发明第二方面,提供一种聚偏氟乙烯介电复合薄膜,采用上述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法制备得到。

22、与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:

23、本发明聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,首先对聚偏氟乙烯进行脱氟化氢处理后分子结构发生改变,然后进一步添加锆钛酸铅诱导相变,使聚偏氟乙烯中非极性的α相相对强度逐渐降低,对应的极性β相相对强度逐渐增强,使得复合薄膜的介电常数得到明显升高,在高场下具有较低的介电损耗,且具有良好的绝缘性能。同时,工艺流程简便,设备价格低廉,能在较短时间制备出稳定的含有大量β相的复合薄膜,适用于规模化生产,具有非常广阔的研究价值和应用前景。



技术特征:

1.一种聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,所述混合聚偏氟乙烯和n,n-二甲基甲酰胺,得到聚偏氟乙烯溶液包括:

3.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,所述脱氟化氢剂为1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯。

4.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,所述锆钛酸铅粉末的平均粒径为300nm。

5.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,所述向聚偏氟乙烯溶液中添加脱氟化氢剂并固化成块,得到聚偏氟乙烯块包括:

6.根据权利要求5所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,所述搅拌包括:在58~65℃下搅拌1~3h。

7.根据权利要求5所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,所述超声处理包括:在去离子水中超声处理22~30min;所述冲洗处理包括:至少重复冲洗1~3次;所述干燥处理包括:在82~90℃的真空烘箱中干燥10~15h。

8.根据权利要求1所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,所述将聚偏氟乙烯块体、锆钛酸铅粉末和n,n-二甲基甲酰胺混合并固化成膜,得到聚偏氟乙烯介电复合薄膜包括:

9.根据权利要求8所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法,其特征在于,所述将聚偏氟乙烯/锆钛酸铅溶液通过溶液浇铸法及热压法制成复合薄膜包括:

10.一种聚偏氟乙烯介电复合薄膜,其特征在于,采用权利要求1至9任一项所述的聚偏氟乙烯介电复合薄膜制备方法制备得到。


技术总结
本发明属于聚合物薄膜领域,公开了一种聚偏氟乙烯介电复合薄膜及其制备方法,包括:混合聚偏氟乙烯和N,N‑二甲基甲酰胺,得到聚偏氟乙烯溶液;向聚偏氟乙烯溶液中添加脱氟化氢剂并固化成块,得到聚偏氟乙烯块;将聚偏氟乙烯块体、锆钛酸铅粉末和N,N‑二甲基甲酰胺混合并固化成膜,得到聚偏氟乙烯介电复合薄膜。首先对聚偏氟乙烯进行脱氟化氢处理后分子结构发生改变,然后进一步添加锆钛酸铅诱导相变,使聚偏氟乙烯中非极性的α相相对强度逐渐降低,对应的极性β相相对强度逐渐增强,使得复合薄膜的介电常数得到明显升高,在高场下具有较低的介电损耗,且具有良好的绝缘性能。同时,工艺流程简便,设备价格低廉,能在较短时间制备出稳定的含有大量β相的复合薄膜,适用于规模化生产,具有非常广阔的研究价值和应用前景。

技术研发人员:王海军,张玲
受保护的技术使用者:陕西科技大学
技术研发日:
技术公布日:2024/10/31
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