一种纳米银/环氧树脂高介电复合材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种纳米银/环氧树脂高介电复合材料及其制备方法，它由以下方法制备得到：1)将络合剂、银盐、促进剂、含两个醛基的还原剂和酸酐类固化剂依次加入到环氧树脂中，搅拌均匀得到混合溶胶；2)将步骤1)所得混合溶胶倒入模具内，置于加热箱内，在温度为60‑90℃下恒温加热2‑6h，然后升温至100‑130℃恒温加热2‑6h，再升温至150‑180℃恒温加热2‑4h，得到纳米银/环氧树脂高介电复合材料。本发明通过银镜反应原位生成具有优良导电性的纳米银颗粒，其具有良好的分散性，解决了细小导电粒子/环氧树脂体系存在的介电常数低或者是介电损耗高的问题。

说明书

技术领域

本发明属于复合材料制造技术领域，涉及一种纳米银/环氧树脂高介电复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂固化后具有优异的力学性能、粘接性能、耐腐蚀性能，及其固化收缩率和线膨胀系数小，尺寸稳定性及工艺性好，综合性能佳，广泛用于埋入式电容器的制作。但是，随着电力电子设备向着大容量、高电压方向的发展，对电容器的安全和运行可靠性要求更加的严格，对环氧树脂介电性能的要求也越来越高。

通常，单纯环氧树脂的介电常数值较低。但是，根据库仑阻塞机理：当一个金属微粒与其周围介质之间存在电气绝缘时，只有在特定的条件下电子才能从外面隧穿进入该金属微粒。故从原理上讲，在导电渗流阈值下，添加了纳米银颗粒的环氧树脂的介电常数应得到有效提升。

但这类环氧基复合材料在加工过程中，由于纳米银颗粒细小、比表面积大，其易产生团聚难以均匀分散在树脂中，进而导致较大的电介质损耗。为满足电力电子行业对环氧树脂介电性能的要求，同时减小介质损耗，本发明应用银镜反应，即托伦试剂可以被醛类化合物还原为银，在环氧树脂体系中原位生成纳米银粒子，实现纳米银颗粒的均匀分散，待环氧树脂固化后，制备得高介电低损耗的纳米银/环氧树脂复合材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种纳米银/环氧树脂高介电复合材料及其制备方法，原位制备出纳米银/环氧树脂高介电复合材料，所得纳米银在环氧树脂中分散均匀，而且所得环氧基复合材料具有高介电常数。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种纳米银/环氧树脂高介电复合材料，它由以下方法制备得到：

1)将络合剂、银盐、促进剂、含两个醛基的还原剂和酸酐类固化剂依次加入到环氧树脂中，搅拌均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入模具内，置于加热箱内，在温度为60-90℃下恒温加热2-6h，然后升温至100-130℃恒温加热2-6h，再升温至150-180℃恒温加热2-4h，得到纳米银/环氧树脂高介电复合材料。

按上述方案，步骤1)所述银盐为草酸银、硝酸银、醋酸银中的一种或多种的混合物，所述银盐与环氧树脂的质量比为0.1-0.5：1。

按上述方案，步骤1)所述络合剂为N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种的混合物，所述络合剂与环氧树脂的质量比为0.02-0.1：1。

按上述方案，步骤1)所述促进剂为2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、四乙基溴化铵、2-乙基-4-甲基咪唑中的一种或多种的混合物，所述促进剂与环氧树脂的质量比为0.01-0.05：1。

按上述方案，步骤1)所述含两个醛基的还原剂为邻苯二甲醛、间苯二甲醛、对苯二甲醛中的一种或多种的混合物，所述含两个醛基的还原剂与所述银盐的摩尔比为0.25-0.5：1。

按上述方案，步骤1)所述酸酐类固化剂为邻苯二甲酸酐、四氢邻苯二甲酸酐、甲基六氢苯酐、甲基四氢苯酐中的一种或其中几种的混合物，所述酸酐类固化剂与环氧树脂的质量比为0.8-0.9：1。

按上述方案，步骤1)所述环氧树脂为双酚A环氧树脂、双酚F环氧树脂、溴化双酚A环氧树脂中的一种或其中几种的混合物。

本发明还提供上述纳米银/环氧树脂高介电复合材料的制备方法，其包括以下步骤：

1)将络合剂、银盐、促进剂、含两个醛基的还原剂和酸酐类固化剂依次加入到环氧树脂中，搅拌均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入模具内，置于加热箱内，在温度为60-90℃下恒温加热2-6h，然后升温至100-130℃恒温加热2-6h，再升温至150-180℃恒温加热2-4h，得到纳米银/环氧树脂高介电复合材料。

本发明的有益效果在于：本发明通过银镜反应，在环氧树脂体系中使银胺络合物被含有两个醛基的化合物还原，原位生成具有优良导电性的纳米银颗粒，其具有良好的分散性，解决了细小导电粒子/环氧树脂体系存在的介电常数低或者是介电损耗高的问题；本发明提供的制备方法流程短、工艺操作简单，可以提高材料制造过程中的稳定性，且容易实现大量生产，降低成本。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

制备一种高介电复合树脂，步骤如下：

1)将1g N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三乙氧基硅烷、5g硝酸银、0.5g 2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、1g邻苯二甲醛、8.5g甲基六氢苯酐依次加入到10g E44环氧树脂中，高速搅拌分散均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入铁制模具中，放置入鼓风干燥箱中分段升温固化，60℃下恒温加热6h，然后升温至100℃恒温加热6h，再升温至150℃恒温加热4h，得到纳米银/环氧树脂高介电复合材料。

室温下测量本实施例制备的复合材料在1kHz下的介电常数为8.2，介电损耗为0.023。

对比例1

制备一种介电复合树脂，步骤如下：

1)将0.5g 2,4,6-三(二甲氨基甲基)苯酚、8.5g甲基六氢苯酐依次加入到10g E44环氧树脂中，高速搅拌分散均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入铁制模具中，放置入鼓风干燥箱中分段升温固化，60℃下恒温加热6h，然后升温至100℃恒温加热6h，再升温至150℃恒温加热4h，得到纳米银/环氧树脂介电复合材料。

室温下测量本实施例制备的复合材料在1kHz下的介电常数为4.2，介电损耗为0.008。

实施例2

制备一种高介电复合树脂，步骤如下：

1)将1g N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、5g草酸银、0.2g四乙基溴化铵、1g间苯二甲醛、8.5g甲基四氢苯酐依次加入到10g E44环氧树脂中，高速搅拌分散均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入铁制模具中，放置入鼓风干燥箱中分段升温固化，60℃下恒温加热4h，然后升温至100℃恒温加热4h，再升温至150℃恒温加热3h，得到纳米银/环氧树脂高介电复合材料。

室温下测量本实施例制备的复合材料在1kHz下的介电常数为8.7，介电损耗为0.025。

对比例2

制备一种介电复合树脂，步骤如下：

1)将0.2g四乙基溴化铵、8.5g甲基四氢苯酐依次加入到10g E44环氧树脂中，高速搅拌分散均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入铁制模具中，放置入鼓风干燥箱中分段升温固化，60℃下恒温加热4h，然后升温至100℃恒温加热4h，再升温至150℃恒温加热3h，得到纳米银/环氧树脂介电复合材料。

室温下测量本实施例制备的复合材料在1kHz下的介电常数为4.6，介电损耗为0.011。

实施例3

制备一种高介电复合树脂，步骤如下：

1)将0.2g N-(2-氨乙基)-3-氨丙基三甲氧基硅烷、1g醋酸银、0.3g 2-乙基-4-甲基咪唑、0.4g对苯二甲醛、8.5g甲基六氢苯酐依次加入到10g E51环氧树脂中，高速搅拌分散均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入铁制模具中，放置入鼓风干燥箱中分段升温固化，60℃下恒温加热2h，然后升温至100℃恒温加热2h，再升温至150℃恒温加热2h，得到纳米银/环氧树脂高介电复合材料。

室温下测量本实施例制备的复合材料在1kHz下的介电常数为5.7，介电损耗为0.016。

对比例3

制备一种介电复合树脂，步骤如下：

1)将0.3g 2-乙基-4-甲基咪唑、8.5g甲基六氢苯酐依次加入到10g E51环氧树脂中，高速搅拌分散均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入铁制模具中，放置入鼓风干燥箱中分段升温固化，60℃下恒温加热2h，然后升温至100℃恒温加热2h，再升温至150℃恒温加热2h，得到纳米银/环氧树脂介电复合材料。

室温下测量本实施例制备的复合材料在1kHz下的介电常数为4.3，介电损耗为0.009。

实施例4

制备一种高介电复合树脂，步骤如下：

1)将0.6gγ-巯丙基三甲氧基硅烷，3g硝酸银，0.3g 2-乙基-4-甲基咪唑，0.6g对苯二甲醛与间苯二甲醛的混合物(混合质量比1:1)，8.5g甲基六氢苯酐依次加入到10g E51环氧树脂中，高速搅拌分散均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入铁制模具中，放置入鼓风干燥箱中分段升温固化，60℃下恒温加热4h，然后升温至100℃恒温加热4h，再升温至150℃恒温加热3h，得到纳米银/环氧树脂高介电复合材料。

室温下测量本实施例制备的复合材料在1kHz下的介电常数为7.1，介电损耗为0.021。

对比例4

制备一种介电复合树脂，步骤如下：

1)将0.3g 2-乙基-4-甲基咪唑，8.5g甲基六氢苯酐依次加入到10g E51环氧树脂中，高速搅拌分散均匀得到混合溶胶；

2)将步骤1)所得混合溶胶倒入铁制模具中，放置入鼓风干燥箱中分段升温固化，60℃下恒温加热4h，然后升温至100℃恒温加热4h，再升温至150℃恒温加热3h，得到纳米银/环氧树脂介电复合材料。

室温下测量本实施例制备的复合材料在1kHz下的介电常数为4.7，介电损耗为0.012。