一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质及其制备方法，包括50-60％的环氧树脂体系，40-50％的混杂纳米氮化硼粒子；其中混杂纳米氮化硼粒子为氮化硼纳米管和氮化硼纳米片的混合物；环氧树脂体系是由100phr环氧树脂E-51和85phr的六氢甲基苯酐以及1phr的苄基二甲胺混合而成。本发明专利技术制备的高热导率、高电击穿聚合物电介质材料显著提高了聚合物电介质的热击穿电压，延长其使用寿命，降低了介电常数和损耗、热膨胀系数，并改善了其力学强度和韧性，最高热导率达5.26W/m K，体积电阻率约为1014Ω·cm，热击穿电压较同类导热聚合物电介质的高约2～3kV/mm，介电常数和损耗稍低于纯树脂的。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，包括50-60％的环氧树脂体系，40-50％的混杂纳米氮化硼粒子；其中混杂纳米氮化硼粒子为氮化硼纳米管和氮化硼纳米片的混合物；环氧树脂体系是由100phr环氧树脂E-51和85phr的六氢甲基苯酐以及1phr的苄基二甲胺混合而成。本专利技术制备的高热导率、高电击穿聚合物电介质材料显著提高了聚合物电介质的热击穿电压，延长其使用寿命，降低了介电常数和损耗、热膨胀系数，并改善了其力学强度和韧性，最高热导率达5.26W/m?K，体积电阻率约为1014Ω·cm，热击穿电压较同类导热聚合物电介质的高约2～3kV/mm，介电常数和损耗稍低于纯树脂的。【专利说明】
本专利技术属于聚合物电介质属于电工材料和化工交叉的制造领域，具体涉及。
技术介绍
日益小型化的微电子器件和大功率电力设备给电子封装和电气绝缘行业界使用的工程电介质材料领域带来了新的严峻挑战，迎接这个挑战的关键是制备具有高热导率，且高电阻和电击穿强度、低介电常数和损耗、易加工、较佳的力学性能的电子封装和绝缘材料。聚合物因具有上述绝大多数良好综合性能在电子封装和电气绝缘材料领域应用日趋广泛，但其热导率极低(约0.l-0.4W/m K)，严重影响到其在各类导热和散热场合的使用。获得高热导率的填充型聚合物的前提是在基体内形成利于声子传递的导热粒子网络，而构建导热网络通常需要填料用量> 65wt%。因此，当前导热绝缘聚合物的研究和制备面临如下困境:1)高热导率获得经常以牺牲材料力学强度、韧性，以及加工性能为代价，难以兼顾高导热与良好强度与韧性、加工性能；2)电击穿强度和绝缘电阻下降，介电常数和损耗上升。复合材料内部电场畸变主要由无机填料与聚合物本体之间的介电常数和电导率的差异引起的，这种差异越大，电场畸变越强烈，电场集中越明显，材料击穿强度也就越低。目前常用导热填料如Sic、ZnO、AIN、BN、Si3N4、A1203、MgO、SiO2中，只有高导热BN (氮化硼)介电常数和损耗均相对最低，且具有极好的高温电阻和电击穿，与聚合物电性能最为接近。因此，只有使用BN才 可能不降低复合材料电击穿强度和电阻。目前使用的微米BN由于热导率相对较低，需要在高用量下才能改善体系热导率，但这会降低体系力学强度及韧性，以及电绝缘。因此，目前很难解决导热聚合物电介质面临的上述两个难题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，其制得的聚合物电介质具有高热导率、高电击穿电压、高绝缘电阻且具有低介电常数、低损耗。为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案:一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质，按质量百分比计，包括50-60%的环氧树脂体系，40-50%的混杂纳米氮化硼粒子；其中混杂纳米氮化硼粒子为氮化硼纳米管和氮化硼纳米片的混合物；环氧树脂体系按质量份数计，是由IOOphr环氧树脂E-51和85phr的六氢甲基苯酐以及Iphr的苄基二甲胺混合而成。所述氮化硼纳米管和氮化硼纳米片的质量比为(0.3~0.5):1。所述氮化硼纳米管的直径为70-80nm，管长为15-20 μ m。所述氮化硼纳米片的长度为3-5 μ m,厚度为40_60nm。一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质的制备方法，包括以下步骤:I)氮化硼纳米管表面改性:将氮化硼纳米管在双氧水溶液里浸泡后过滤除去杂质，用去离子水清洗至PH值为7，并进行干燥，然后加入到甲苯中，并加入占氮化硼纳米管质量3-5%的KH-550硅烷偶联剂，加热到85-95°C下回流搅拌10_12h，再于110_120°C下继续回流4-5h ;最后进行离心分离，得到固体，将固体烘干，得到表面改性的氮化硼纳米管；2)氮化硼纳米片的表面改性:将氮化硼纳米片放入硝酸溶液里浸泡后过滤除去杂质，再用去离子水清洗至pH值为6~7，干燥后放入二甲苯中，再加入占氮化硼纳米片质量4-6%的KH-560硅烷偶联剂，在80-90°C下回流搅拌8_10h，再于120_130°C下继续回流4-6h ;最后进行离心分离，得到固体，将固体烘干，得到表面改性的氮化硼纳米片；3)氮化硼纳米管/氮化硼纳米片/环氧树脂聚合物复合电介质材料的制备:将表面改性的氮化硼纳米管与表面改性的氮化硼纳米片混合，得到混杂纳米氮化硼粒子，将混杂纳米氮化硼粒子分散到N，N- 二甲基甲酰胺中，向分散有混杂纳米氮化硼粒子的N，N- 二甲基甲酰胺中加入环氧树脂体系并搅拌均匀，然后进行乳化处理，最后将经过乳化处理的液体倾倒于玻璃板上，在室温下进行挥发，则液体变成薄膜，将玻璃板上的薄膜干燥后，从玻璃板上取下薄膜，将多层薄膜叠放一起，进行热压成型，得到聚合物电介质；其中，混杂纳米氮化硼粒子与环氧树脂体系的质量比为(40-50): (50-60);环氧树脂体系按质量份数计，是由IOOphr环氧树脂E-51和85phr的六氢甲基苯酐以及Iphr的苄基二甲胺混合而成。所述步骤I)中双氧水溶液的质量浓度为65%，浸泡是在超声下进行，并且浸泡的时间为30-32h。所述步骤I)中氮化硼纳米管的直径为70-80nm，管长为15-20μπι;步骤I)中烘干的温度为80-100°C，时间为8-12h。所述步骤2)中硝酸的质量浓度为50%;步骤2)中浸泡的时间为40_45h ;步骤2)中烘干的温度为100-120°C，时间为10-12h ;步骤2)中氮化硼纳米片的长度为3-5 μ m，厚度为 40_60nm。所述步骤3)中表面改性的氮化硼纳米管与表面改性的氮化硼纳米片的质量比为(0.3 ~0.5):1。所述步骤3)中分散是在1000W的探头式超声波中进行的；步骤3)中乳化处理是在高速乳化机中进行的，并且高速乳化机的转速为2000-3000r/min，乳化处理时间20_30min。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果:相比普通微米BN的低热导率，氮化硼纳米管(BNNTs)、氮化硼纳米片(BNNSs)能充分发挥其自身的高热导率及力学增强优势。在BNNSs中引入部分BNNTs，凭借BNNTs和BNNSs之间的相互作用力而产生的缠结、干扰、架桥和连接效应，能有效改善BNNSs和BNNTs的分散、减少团聚，在基体内构筑起3维尺度的BNNSs/BNNTs纳米粒子导热网路。因此，利用二者之间具有的协同效应可实现纳米混杂粒子在基体中的有效分散，显著提高体系热导率、改善电绝缘、击穿强度，降低低介电常数和损耗值，以及力学性能。 同传统的导热聚合物电介质相比，本专利技术制备的聚合物电介质具有高热导率及高电击穿性能及绝缘电阻，这克服了高导热伴随着击穿强度和绝缘电阻下降的缺陷；同时体系的介电常数及损耗比纯树脂的低，而传统的介电常数均大于树脂基体的。由于BNNTs与BNNSs的卓越力学增强效应，加之使用量较低，所得聚合物电介质表现出良好的力学强度和冲击韧性，上述性能是传统聚合物电介质所不具备的性能。此外，由于对BNNTs与BNNSs分别采用的不同表面改性，利用改性剂的活性基团之间存在相互作用力，因此，纳米粒子间产生相互协同效应使得聚合物的热导率远大于使用采用的单一的BNNTs或BNNSs/环氧树脂体系的相关性能，有效解决了目前导热聚合物面临的主要问题。高的热导率使得电介质在外电场和较高使用温度下能快速散失或将由于自身的损耗产生的积聚热量向外界传导本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有低介电常数和低损耗的聚合物电介质，其特征在于，按质量百分比计，包括50‑60％的环氧树脂体系，40‑50％的混杂纳米氮化硼粒子；其中混杂纳米氮化硼粒子为氮化硼纳米管和氮化硼纳米片的混合物；环氧树脂体系按质量份数计，是由100phr环氧树脂E‑51和85phr的六氢甲基苯酐以及1phr的苄基二甲胺混合而成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周文英，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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