復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會(huì)電子科技迅猛發(fā)展，高介電復(fù)合材料因其具有良好的儲(chǔ)能性而被廣泛地應(yīng)用于電子、電機(jī)、電纜等行業(yè)，同時(shí)人們對(duì)其介電性能的要求越來越高了。利用高聚物材料的優(yōu)良性能和陶瓷材料的電性能進(jìn)行復(fù)合是獲得的高介電復(fù)合材料的一條新途徑。聚偏氟乙烯(PVDF)與其他聚合物相比具有強(qiáng)壓電熱電性、電聲響應(yīng)頻率曲線平滑、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。鈦酸鋇(BaT13SBT)具有很高的介電性能、較強(qiáng)的壓電性和大的機(jī)電耦合系數(shù)。BaTi(V^身就可以提高PVDF的介電常數(shù)，但其增強(qiáng)效果不明顯(介電常數(shù)〈50)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為了解決BaT13提高PVDF的介電常數(shù)低的技術(shù)問題，提供了一種復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法。
[0004]復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0005]—、將鈦酸鋇加入到濃度為7?15mol/L的氫氧化鈉溶液中，鈦酸鋇與氫氧化鈉的摩爾比為2: (I?3)，攪拌并超聲20?60min，得到懸濁液A ；
[0006]二、將氯化鐵和硫酸亞鐵分別加入到蒸餾水中，在室溫下均以300?500r/min攪拌速率攪拌10?20min，分別得到黃棕色氯化鐵溶液和淺綠色硫酸亞鐵溶液，將黃棕色氯化鐵溶液和淺綠色硫酸亞鐵溶液混合得到混合溶液D，混合溶液中氯化鐵Fe3+與硫酸亞鐵Fe2+的摩爾比為(1.6?2.4): I ；
[0007]三、將懸濁液A置于溫度為40?60°C水浴鍋中，攪拌的條件下加入混合溶液D，并調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值為13，然后在40?60°C水浴鍋中保溫10?30min，靜止后分離上清液，將得到的灰黑色沉淀物用蒸餾水洗滌至洗液為中性，抽濾、真空烘干，得到BTOFe3O4復(fù)合型陶瓷粉體，其中Fe3O4占BTOFe 304復(fù)合型陶瓷粉體的體積分?jǐn)?shù)為5?40% ;
[0008]四、將PVDF顆粒置于溫度為170?200°C、轉(zhuǎn)速為30?60r/min的開煉機(jī)雙軸間將其熔融，然后加入BTOFe3O4復(fù)合型陶瓷粉體或BT陶瓷粉體融合，得復(fù)合材料，其中BTOFe 304復(fù)合型陶瓷粉體或BT陶瓷粉體占復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)均為5?50% ;
[0009]五、將步驟四中的BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料置于模具中放在平板硫化機(jī)上，平板硫化機(jī)壓力為O?15MP、溫度為170?200°C、加壓時(shí)間為5?20min熱壓成型，經(jīng)加壓水冷至室溫，得到BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料薄膜，將其置于電磁鐵兩個(gè)磁極之間，加磁溫度為30?150°C，加磁時(shí)間為10?120min，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5?1.5T，得到加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料。
[0010]步驟一中所述的攪拌速度為200?400r/min，步驟一中所述的超聲頻率為60Hz。
[0011]步驟三中的攪拌速度為200?400r/min。
[0012]本發(fā)明再通過對(duì)BaT13陶瓷粉體進(jìn)行包覆處理，引入四氧化三鐵(Fe 304)金屬氧化物，得到一種復(fù)合型陶瓷粉體。這種復(fù)合型陶瓷粉體可以顯著地提高PVDF的介電常數(shù)，并保持復(fù)合材料具有優(yōu)良的機(jī)械特性。
[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0014]—、本發(fā)明提供了一種復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法，復(fù)合型陶瓷粉體的制備是在共沉淀法制備四氧化三鐵過程中加入鈦酸鋇陶瓷粉體，使四氧化三鐵可以包裹在鈦酸鋇表面，最終得到一種新型復(fù)合陶瓷粉體。
[0015]二、本發(fā)明供了一種復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法，采用加溫加磁處理手段，使復(fù)合型陶瓷粉體在磁場(chǎng)的作用下可以在基體內(nèi)定向排列，此處理對(duì)復(fù)合材料介電性能存在積極的影響。
[0016]三、本發(fā)明提供了一種復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法，制備得到的加磁復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料在10Hz頻率下的介電常數(shù)高達(dá)300?500，與鈦酸鋇/聚偏氟乙烯復(fù)合材料相比提高了 650?1100%。
[0017]四、本發(fā)明提供了一種復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法，制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。
【附圖說明】
[0018]圖1是實(shí)驗(yàn)一步驟三制備的BTOFe3O4復(fù)合型納米陶瓷顆粒透射電鏡圖；
[0019]圖2是實(shí)驗(yàn)一步驟五制備加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料、未加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料和BT/PVDF復(fù)合材料的XRD對(duì)比圖譜，圖中I表示表示實(shí)驗(yàn)一制備的BT/PVDF復(fù)合材料的XRD圖，2表示未加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料的XRD圖，3表示加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料的XRD圖；
[0020]圖3是實(shí)驗(yàn)一步驟五制備加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料、未加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料和BT/PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)與頻率關(guān)系的對(duì)比圖，圖中-■-表示實(shí)驗(yàn)一制備的BT/PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)與頻率關(guān)系的對(duì)比圖，-?-表示未加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)與頻率關(guān)系的對(duì)比圖，-▲-表示加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料的介電常數(shù)與頻率關(guān)系的對(duì)比圖；
[0021 ] 圖4是實(shí)驗(yàn)一步驟五制備加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料、未加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料和BT/PVDF復(fù)合材料的損耗角正切與頻率關(guān)系的對(duì)比圖；
[0022]圖中-■-表示實(shí)驗(yàn)一制備的BT/PVDF復(fù)合材料的損耗角正切與頻率關(guān)系的對(duì)比圖，-?-表示未加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料的損耗角正切與頻率關(guān)系的對(duì)比圖，-▲-表示加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料的損耗角正切與頻率關(guān)系的對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】間的任意組合。
[0024]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式復(fù)合型陶瓷粉體/聚偏氟乙烯復(fù)合材料的制備方法按照以下步驟進(jìn)行:
[0025]—、將鈦酸鋇加入到濃度為7?15mol/L的氫氧化鈉溶液中，鈦酸鋇與氫氧化鈉的摩爾比為2: (I?3)，攪拌并超聲20?60min，得到懸濁液A ；
[0026]二、將氯化鐵和硫酸亞鐵分別加入到蒸餾水中，在室溫下均以300?500r/min攪拌速率攪拌10?20min，分別得到黃棕色氯化鐵溶液和淺綠色硫酸亞鐵溶液，將黃棕色氯化鐵溶液和淺綠色硫酸亞鐵溶液混合得到混合溶液D，混合溶液中氯化鐵Fe3+與硫酸亞鐵Fe2+的摩爾比為(1.6?2.4): I ；
[0027]三、將懸濁液A置于溫度為40?60°C水浴鍋中，攪拌的條件下加入混合溶液D，并調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH值為13，然后在40?60°C水浴鍋中保溫10?30min，靜止后分離上清液，將得到的灰黑色沉淀物用蒸餾水洗滌至洗液為中性，抽濾、真空烘干，得到BTOFe3O4復(fù)合型陶瓷粉體，其中Fe3O4占BTOFe 304復(fù)合型陶瓷粉體的體積分?jǐn)?shù)為5?40% ;
[0028]四、將PVDF顆粒置于溫度為170?200°C、轉(zhuǎn)速為30?60r/min的開煉機(jī)雙軸間將其熔融，然后加入BTOFe3O4復(fù)合型陶瓷粉體或BT陶瓷粉體融合，得BTOFe 304/PVDF復(fù)合材料，其中BTOFe3O4復(fù)合型陶瓷粉體或BT陶瓷粉體占復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)為5?50% ;
[0029]五、將步驟四中的BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料置于模具中放在平板硫化機(jī)上，平板硫化機(jī)壓力為O?15MP、溫度為170?200°C、加壓時(shí)間為5?20min熱壓成型，經(jīng)加壓水冷至室溫，得到BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料薄膜，將其置于電磁鐵兩個(gè)磁極之間，加磁溫度為30?150°C，加磁時(shí)間為10?120min，磁場(chǎng)強(qiáng)度為0.5?1.5T，得到加磁BT@Fe304/PVDF復(fù)合材料。
[0030]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是步驟一中所述的攪拌速度為200?400r/min，步驟一中所述的超聲頻率為60Hz。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0031]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是步驟三中的攪拌速度為200?400r/min。其它與【具體實(shí)施方式】一或二之一相同。
[0032]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是步驟一中所述氫氧化鈉溶液濃度為lOmol/L。其它與【具體實(shí)施方式】一至三之一相同。
[0033]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是步驟二中混合溶液中氯化鐵Fe3+與硫酸亞鐵Fe 2+的摩爾比為(1.8?2.2): I。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0034]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是步驟二中混合溶液中氯化鐵Fe3+與硫酸亞鐵Fe2+的摩爾比為2: I。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0035]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是步驟三中Fe3O4占BTOFe 304復(fù)合型陶瓷粉體的體積分?jǐn)?shù)為30%。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0036]【具體實(shí)施方式】八:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至七之一不同的是步驟三中Fe3O4占BTOFe 304復(fù)合型陶瓷粉體的體積分?jǐn)?shù)為25?35%。其它與【具體實(shí)施方式】一至七之一相同。
[0037]【具體實(shí)施方式】九:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】