论文部分内容阅读
高介电常数材料是一种应用前景非常广泛的绝缘材料,它有着很好的储存电能和均匀电场的性能,在电子、电机和电缆行业中都有非常重要的应用。因此,提高电介质材料的介电常数具有重大意义。具有轻质、易加工、低成本和良好机械性能等优点的高介电常数聚合物基复合材料正受到世界广泛地关注。在现有的高介电常数聚合物基复合材料体系中,与两相的陶瓷/聚合物复合材料及导体/聚合物复合材料相比,导体/陶瓷/聚合物复合材料三相复合材料具有更高的介电常数。因此,开展导体/陶瓷/聚合物三相复合材料的研究具有重大的现实意义。目前此类复合体系研究选用的导体材料多为金属、石墨及碳纳米管等无机材料,采用导电高分子聚苯胺（PANI）作为导体的研究较少。在复合体系的制备工艺方面,目前绝大多数研究采用的是传统的机械共混法及溶液共混法,而对于能将体系多相组分更好复合的原位聚合法制备工艺鲜见报道。本论文采用原位聚合工艺,制备出一类导体（PANI）/陶瓷（BaTiO3）二元复合材料前驱体,进而以综合性能优异的环氧树脂（Epoxy）作为基体,制备出导体（PANI）/陶瓷（CCTO）/聚合物（Epoxy）三相复合材料。分别研究了两类复合材料体系的微观形貌、电学性能、介电性能及热性能,从而为这类新型聚合物基复合材料的应用提供理论及实验基础。通过原位聚合法制备了盐酸（HCl）及十二烷基苯磺酸酸（DBSA）掺杂体系的PANI（HCl）/BaTiO3（K）及PANI（DBSA）/BaTiO3（K）复合材料前驱体,二者均呈现PANI包覆BaTiO3的核壳结构。对比研究了PANI（HCl）/BaTiO3（K）及PANI（DBSA）/BaTiO3（K）复合材料的热稳定性、电导率及介电性能。与PANI（HCl）/BaTiO3（K）相比,PANI（DBSA）/BaTiO3（K）复合材料的热稳定性明显提高,且具有更高的电导率和介电常数。通过原位聚合法制备了PANI/CCTO/Epoxy复合材料,研究了Epoxy树脂、CCTO/Epoxy和PANI/CCTO/Epoxy复合体系的固化反应性。凝胶时间及DSC分析表明,CCTO及PANI的加入均对Epoxy的固化产生了阻碍作用,降低了体系的固化速率。SEM研究表明,填料CCTO及PANI分散性良好,与Epoxy基体有较好的相容性。通过DMA及TG手段研究了复合材料的热性能。DMA研究表明,随着CCTO及PANI/CCTO混合填料的加入,复合材料的Tg逐渐下降。TG研究显示,CCTO（K） 20%/Epoxy复合材料的热稳定性最优,PANI 5%/CCTO（K） 20%/Epoxy次之,二者较树脂基体Epoxy的耐热性能均有提高。通过宽频介电谱仪研究了复合材料的电导率及介电性能。研究表明,PANI m/CCTO（K） 20%/Epoxy复合材料的渗流阈值在0.06左右,复合材料的电导率、介电常数和介电损耗在渗流阈值附近显著突变。当PANI的体积分数低于渗流阈值时,复合材料的介电常数随频率的变化很小;当PANI的体积分数接近渗流阈值时,复合材料的介电常数随PANI含量的增大迅速增大,且随频率的增大迅速降低。在室温1KHz条件下,PANI m/CCTO（K） 20%/Epoxy复合材料在PANI体积分数为10%（m=10%）时得到最大介电常数220,相对于基体树脂Epoxy提高了62倍。?