共混改性聚丁烯-1膜的制备及介电性能研究

发布时间：2018-10-09 14:23

【摘要】：随着电子信息行业的发展,电容器在日常生活中有着广泛且重要的用途。电容器隔膜作为电容器的重要组成部分,其介电性能是决定电容器储能密度的重要因素。目前双向拉伸聚丙烯膜(简称BOPP)凭借其优良的介电性能在电容器隔膜方面占有重要席位。与聚丙烯(简称PP)相比,聚丁烯-1(简称PB-1)的耐环境应力开裂和抗蠕变性能优异,且文献报道PB-1的介电常数(约为2.53)高于电工级聚丙烯的介电常数(2.2左右),但是PB-1膜在电容器领域的研究还未引起广泛关注。首先,本文利用实验室自制的小型聚烯烃双向拉伸设备,采用同步双向拉伸法制备电容器用PB-1薄膜,通过改变拉伸温度和拉伸速率等关键工艺条件制备一系列PB-1薄膜,探讨工艺参数对薄膜介电性能的影响,摸索出最佳拉伸条件。研究发现,拉伸工艺条件影响薄膜的均匀性和粗糙度,均匀性越好、粗糙度越小,薄膜的介电常数越大。此外,拉伸工艺参数影响薄膜的分子链取向,取向度越好,介电常数越大。当拉伸温度为123℃,拉伸速度为40 mm/min时,制备的PB-1薄膜的粗糙度最小且取向度最好,因此其介电常数最大(可达4.1左右),介电损耗角的正切值非常低(0.001)。纯聚合物的介电常数一般都较低(10),无法大幅度提高电容量和储能密度,为了制备高介电常数的介电材料,可在聚合物中加入导电材料——聚苯胺和碳纳米纤维。本文通过熔融共混制备聚苯胺(PANI)含量不同的聚丁烯-1基复合材料,将制备的复合材料热压成板材,在相同的拉伸条件下制备成薄膜,测其介电性能并与PB-1膜的介电性能进行比较,找出渗流阈值。研究发现,PANI/PB-1体系的渗流阈值在4~5 mass%之间,通过对log(σ’)和log(fC-f PANI)线性拟合得到该体系的渗流阈值约为4.11 mass%。当PANI添加量为5 mass%时,PANI/PB-1薄膜的介电常数在100 Hz下可达147.18,比纯PB-1膜的介电常数显著提高,这是因为导电粒子的加入使材料内部形成大量微电容,因此,介电常数提高。此外,PANI的加入使得复合材料的力学性能变差,而对材料的流变性能影响较小。通过熔融共混方法制备碳纳米纤维(CNFs)含量不同的聚丁烯-1基复合材料,采用上述相同的方法制备成薄膜,测其介电性能并与PB-1膜进行比较,找出渗流阈值。研究发现,CNFs/PB-1体系的渗流阈值在5 mass%~6 mass%之间,通过对log(σ’)和log(fC-f CNFs)线性拟合得到该体系的渗流阈值约为5.08 mass%。当CNFs质量分数为6%时,CNFs/PB-1薄膜的介电常数在100 Hz下可达15.874,明显高于PB-1膜的介电常数,这是因为导电粒子的加入使材料内部形成大量微电容,从而使介电常数显著提高。此外,CNFs的加入使得材料的力学性能变差,而复合材料的复数粘度、储能模量和损耗模量略有增加。通过熔融共混制备PANI/CNFs/PB-1复合材料,在相同的条件下制备成薄膜。研究发现,相同导电粒子添加量(4 mass%)下,添加PANI和CNFs混合填料制备的薄膜的电导率已达到10-5数量级,而介电常数小于单独添加CNFs或PANI的薄膜的介电常数。这种现象出现的原因可能是两种导电粒子单独存在,破坏了基体的物化结构,且两种填料共同作用时降低了体系的渗流阈值。最后对材料的流变性能进行了探讨,研究发现添加PANI、CNFs或PANI和CNFs的混合填料对材料的流变性能影响不大,相对来说单独添加了CNFs的复合材料的复数粘度、储能模量和损耗模量略大。出现这种现象的原因可能是导电粒子的添加量非常少,所以影响不大。材料的复数粘度随频率的增加而减小,储能模量和损耗模量随频率的增大而增大,损耗因子随频率的增大而减小。材料的储能模量和损耗模量随温度的增加而减小,损耗因子随温度的增加而增大。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ325.15;TB383.2

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本文编号：2259664