一種碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/氰酸酯樹脂復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種介電樹脂基復(fù)合材料及其制備技術(shù)，特別涉及一種碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/氰酸酯樹脂復(fù)合材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料因其具有輕質(zhì)、高強、低成本和優(yōu)良機械性能等優(yōu)點受到了廣泛的關(guān)注，在微電子、電氣工程、生物工程以及航空航天等眾多尖端技術(shù)領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值。碳納米管優(yōu)異的電性能和大長徑比，使之在較少的添加量下即可制得高介電常數(shù)聚合物基復(fù)合材料。近幾年，國內(nèi)外學(xué)者對碳納米管/聚合物復(fù)合材料進行了較多研宄，研宄表明，碳納米管的團聚不僅妨礙復(fù)合材料獲得高介電常數(shù)，而且導(dǎo)致復(fù)合材料具有高的介電損耗和滲流閾值。因此，改善碳納米管在基體中的分散性成為制備兼具低介電損耗和低滲流閾值的高介電常數(shù)碳納米管復(fù)合材料的關(guān)鍵因素之一。
[0003]在本發(fā)明做出之前，人們已經(jīng)開發(fā)了多種提高碳納米管分散性的方法，可以分為共價改性和非共價改性兩類。其中共價改性的機理是在碳納米管的表面形成活性官能團(如_COOH、-OH等)，通過這些官能團與聚合物基體間的反應(yīng)，提高碳納米管在基體中的分散性，這類方法通?？梢匀〉昧己玫姆稚⑿Ч５?，該方法破壞了碳納米管的結(jié)構(gòu)，使得碳納米管優(yōu)異的導(dǎo)電性降低。因此，非共價改性方法日益引起人們的重視。
[0004]目前非共價法主要是利用π-π共軛或范德華力對碳納米管進行包覆，從而阻礙碳納米管的團聚，獲得良好的分散性。而絕緣層的存在阻隔了漏導(dǎo)電流的產(chǎn)生，從而降低損耗；但是與此同時，被包覆的碳納米管的電導(dǎo)率低于未改性碳納米管的值，整個材料內(nèi)部不易形成導(dǎo)電通路，必須添加更高含量的改性碳納米管，復(fù)合材料才出現(xiàn)滲流現(xiàn)象，滲流值大幅度增高。而無機材料添加量的增加，往往會對復(fù)合材料的成型工藝性和力學(xué)性能帶來不利影響。因此，如何建立一種簡單易行的方法，在不破壞碳納米管優(yōu)良電性能的前提下，顯著提高碳納米管自身及其在基體中的有效分散性，從而獲得兼具低介電損耗和低滲流閾值的高介電常數(shù)碳納米管/聚合物復(fù)合材料具有重大的意義和應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有碳納米管/樹脂復(fù)合材料存在的不足，旨在提供一種兼具低介電損耗和低滲流閾值的高介電常數(shù)碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/氰酸酯樹脂復(fù)合材料及其制備方法，提供的方法簡單易行、工藝可控。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/氰酸酯樹脂復(fù)合材料的制備方法，包括如下步驟:
1、按重量計，將90份氰酸酯和0.1?0.9份碳納米管在溫度為100?150°C的條件下熔融、混合均勻，再在溫度為80?100°C的條件下超聲攪拌處理20?40min，得到混合物A ;將混合物A在130?150°C的溫度條件下攪拌處理8?15min，得到碳納米管/氰酸酯樹脂混合物B ;
2、按質(zhì)量計，將10份酚酞基聚芳醚砜加入步驟I制備的碳納米管/氰酸酯樹脂混合物B中，在溫度為130?150°C的條件下攪拌處理20?40min ;再經(jīng)固化和后處理后，得到一種碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/氰酸酯樹脂復(fù)合材料。
[0007]本發(fā)明技術(shù)方案中，所述的碳納米管為未經(jīng)表面處理的單壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種，或它們的任意組合。所述的酚酞基聚芳醚砜的比濃粘度為0.5?1.7。所述的氰酸酯為雙酚A型氰酸酯、雙酚E型氰酸酯、雙酚F型氰酸酯中的一種，或它們的任意組入口 ο
[0008]本發(fā)明技術(shù)方案還包括一種按上述制備方法得到的碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/氰酸酯樹脂復(fù)合材料。
[0009]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得的有益效果是:
1、與現(xiàn)有技術(shù)不同，本發(fā)明中使用的樹脂基體包括酚酞基聚芳醚砜與氰酸酯，該樹脂雖然為熱塑性樹脂和熱固性樹脂組成，但卻是一個相容體系。由于碳納米管與酚酞基聚芳醚砜存在31-31共軛作用，因此，碳納米管間的團聚現(xiàn)象得到改善，同時使得碳納米管均勻分散在整個樹脂中。這不僅可形成更多的微電容，有利于介電常數(shù)的升高；而且減少了因為導(dǎo)體相互接觸帶來的介電損耗的增大。與此同時，由于未預(yù)先在碳納米管表面包覆額外的絕緣層，而是利用碳納米管與樹脂基體的相互作用實現(xiàn)分散，碳納米管的優(yōu)異導(dǎo)電性得到保持，因此確保了在低滲流閾值條件下，獲得高介電常數(shù)和低介電損耗。
[0010]2)本發(fā)明提供的碳納米管/氰酸酯樹脂復(fù)合材料的制備方法，不需要對碳納米管表面進行預(yù)處理，具有工藝簡單、環(huán)保、周期短的特點。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發(fā)明實施例1提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料與比較例I提供的多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的斷面掃描電鏡照片。
[0012]圖2是本發(fā)明實施例1提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料與比較例I提供的多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的電容值-頻率曲線圖。
[0013]圖3是本發(fā)明實施例1提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料與比較例I提供的多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的電導(dǎo)率-頻率曲線圖。
[0014]圖4是本發(fā)明實施例1、2、3、4、5、6、7、8和9所提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料以及比較例2、3、4、5、6、7、8和9所提供的多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料在IHz下的電導(dǎo)率。
[0015]圖5是本發(fā)明實施例1提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料與比較例9提供的多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的介電常數(shù)-頻率曲線圖。
[0016]圖6是本發(fā)明實施例1提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料與比較例9提供的多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的介電損耗-頻率曲線圖。
[0017]圖7是本發(fā)明比較例10提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜復(fù)合物與多壁碳納米管的拉曼光譜圖。
[0018]圖8是本發(fā)明比較例10提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜復(fù)合物、多壁碳納米管及酚酞基聚芳醚砜的X射線衍射譜圖。
[0019]圖9是本發(fā)明比較例10提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜復(fù)合物、多壁碳納米管及酚酞基聚芳醚砜的紫外可見光譜圖。
[0020]圖10是本發(fā)明比較例10提供的多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜復(fù)合物、多壁碳納米管及酚酞基聚芳醚砜的紅外光譜圖。
[0021]圖11是本發(fā)明比較例11提供的酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的數(shù)碼照片及掃描電鏡照片。
[0022]圖12本發(fā)明比較例11提供的酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的損耗因子-溫度譜圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步描述。
[0024]實施例1
多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的制備將90g 2，2- 二(4-氰酰苯基)丙烷(雙酚A型氰酸酯)和0.9g多壁碳納米管在150°C下熔融混合均勻，而后在80°C下超聲攪拌20min，得到均勻的混合物。將混合物在150°C下攪拌lOmin，得到多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂混合物。
[0025]將1g酚酞基聚芳醚砜(比濃粘度為0.5)加入多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂混合物中，在150°C下攪拌30min，得到均勻的混合物。將混合物澆入到模具中，在150°C下真空脫泡30min，按照150°C /2h+180°C /2h+200°C /2h +220°C /2h工藝固化，而后按照240°C /4h工藝后處理，即得到一種多壁碳納米管/酚酞基聚芳醚砜/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料，其中多壁碳納米管的質(zhì)量分數(shù)為0.9wt%，酚酞基聚芳醚砜的質(zhì)量分數(shù)為10wt%。本實施例制備的復(fù)合材料的斷面掃描電鏡照片、電容值-頻率曲線圖、電導(dǎo)率-頻率曲線圖、IHz下的電導(dǎo)率、介電常數(shù)-頻率曲線圖、介電損耗-頻率曲線圖，分別參見附圖1、2、3、4、5 和 6。
[0026]比較例1:多壁碳納米管/雙酚A型氰酸酯樹脂復(fù)合材料的制備。將99.1g雙酚A型氰酸酯和0.9g多壁碳納米管在150°C下熔融混合均勻，而后在80°C下超聲攪拌20min，得到均勻的混合物。將混合物在150°C下攪拌2h，混合均勻。將混合物澆入到模具中，在150°C下真空脫泡 30min，按照 150°C /2h+180°C /2h+200°C /2h+220°C /2h 工藝固化，而后按照240°C /4h工藝后處理，即得一種