[发明专利]微纳多层复合介电材料及其制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及材料科学领域，尤其是一种高分子复合材料及其制备方法及装置。 

背景技术

高介电材料具有优良的储存电能和均匀电场的性能，可以更好地应用于小体积、大容量的微型电容器、电子计算机记忆元件、热敏电阻、电磁屏蔽器件、电缆封端构件、电磁波吸收、水声探测器、航空航天器及潜艇等器件或设备中。传统的介电材料为陶瓷材料，易碎，成型困难。聚合物材料易于成型加工、但是介电常数较低，实用价值不大。通常，提高聚合物基复合材料介电常数的方法主要是，将高介电常数的陶瓷粉末利用特殊的复合工艺添加到聚合物基体中成复合材料。然而，由于材料自身的性能以及相关的提高介电常数的机理限制，致使高介电常数的复合材料需要高含量的陶瓷填充，聚合物性能下降明显。 

发明内容

本发明的目的是：提供一种微纳多层复合介电材料及其制备方法及装置，它的介电常数能明显提高，聚合物力学性能无明显下降，制备工艺简单，生产成本低廉，环保性好，可实现连续生产，以克服现有技术的不足。 

本发明是这样实现的：微纳多层复合介电材料，它包括聚合物层与聚合物共混物层，聚合物层与聚合物共混物层之间为交替结构；在聚合物共混物层中，填料以球状、片状、线状或棒状中的一种或几种形态均匀分布在聚合物基体中；按重量份数计算，聚合物层与聚合物共混物层中的聚合物基体总量为70～99份，聚合物共混物层的填料为1～30份。 

所述的聚合物层和聚合物共混物层的基体材料为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚偏二氟乙烯中的一种或几种的任意组合。 

所述的填料为碳纳米管、钛酸钡、镍粉、铜粉、石墨、石墨烯、炭黑、聚苯胺、聚乙炔或聚酮酞菁中的一种或几种的任意组合。 

微纳多层复合介电材料的制备方法，先将20～80份聚合物基体与填料混合后，加入到双螺杆挤出机中进行共混挤出，获得聚合物共混物层原料；将剩余的聚合物基体与聚合物共混物层原料分别加入专用聚合物微纳层叠共挤装置的不同挤出机中进行多层共挤，将挤出的薄膜材料进行热拉伸，获得交替聚合物与聚合物共混物的成品。在制备方法中，与填料混合进行混合的聚合物基体的用量是根据需要获得的产品层厚来进行选择的。 

所述的聚合物层或聚合物共混物层的单层厚度为10nm～0.01mm。 

专用聚合物微纳层叠共挤装置，包括四层分配器，在四层分配器的两侧分别连接有左侧单螺杆挤出机及右侧单螺杆挤出机，在四层分配器的出口上连接有四层倍增器，在四层倍增器的出口上连接有三层分配器，在三层分配器的出口上设有口模，在口模的下方设有三辊牵引装置。设置四层倍增器缩短了流道，减小挤出压力。 

左侧单螺杆挤出机及右侧单螺杆挤出机与四层分配器之间设有熔体泵。熔体泵的作用是增加熔体流动稳定性，使薄膜层结构更稳定。 

与现有技术相比，本发明采用在聚合物基体中加入填料，采用专用聚合物微纳层叠共挤装置，制备获得具有微纳多层结构的聚合物介电膜，在制备过程中，由于填料易团聚，因此通过采取控制倍增器个数控制聚合物多层材料的层数的方式，同时能有效提高填料的分散性，使改性填料在产品中均匀分散于聚合物基体中，达到控制聚合物介电性能的目的。本发明的制备过程无溶剂和粘结剂，生产成本低廉，绿色环保，可实现连续生产，获得产品介电常数明显提高。本发明的制备方法工艺简单、易操作，非常适宜工业化生产。 

附图说明

附图1为本发明产品的结构示意图； 

附图2为本发明的专用聚合物微纳层叠共挤装置的结构示意图；

附图3为本发明的工作流程框图。

具体实施方式

本发明的实施例1：微纳多层复合介电材料，它包括聚合物层与聚合物共混物层，聚合物层与聚合物共混物层之间为交替结构；在聚合物共混物层中，填料以球状、片状、线状或棒状中的一种或几种形态均匀分布在聚合物基体中；按重量份数计算，聚合物层与聚合物共混物层中的聚合物基体总量为98.8份，聚合物共混物层的填料为1.2份；聚合物基体为聚偏二氟乙烯（PVDF），填料为多壁碳纳米管（MWNT）。