高介电纤维材料、粉末涂料组合物及制备方法与流程

本发明涉及高介电材料，具体涉及一种高介电纤维材料、粉末涂料组合物及制备方法。

背景技术：

1、粉末涂料以粉末形态进行涂装并形成涂层，固体分可达100％、不使用溶剂，因此可以减少环境污染、节省资源，并具有可回收等特点。功能性粉末涂料是具有特殊功能，提供特种用途的表面涂装材料。它不仅可以起到传统的保护和装饰等作用，还赋予材料的各种特异功能，主要包括绝缘、导电、防污、耐热、阻燃、防辐射等多种功能。对于静电粉末喷涂过程，关键考虑的是粉末涂层颗粒接受电荷，维系电荷和电荷分布，这直接影响粉末在工件上的吸附和沉积效应。此外，未固化的粉末涂层必须能够承受输送机构的机械振动，而不会掉落粉末，这一点非常重要。事实上，粉末涂层的介电常数是影响粉末颗粒电荷接受和保持的主要因素。

2、粉末的介电常数越低，粒子越容易带电，但也越容易失去电荷。这反映了粉末在工件上的吸收。如果吸附力不强，轻微振动后粉末会脱落。对于静电喷涂粉末涂料，应尽可能使用高介电常数，这将大大提高粉末的吸附性，涂层更均匀。

3、随着微电子器件以及纳米电子器件的发展，电能的存储成为介电材料研究的一个重要方向。特别是具有良好加工性能、高介电常数、低介电损耗、高储能密度特点的材料更是引起人们的广泛关注。

4、铁电材料具有介电、压电、铁电、热释电、光电及非线性光学等诸多特性，在微电子、光电子、集成光学和微电子机械系统等领域表现出广阔的应用前景。目前广泛研究和应用的铁电体主要为钙钛矿结构如batio3、pbtio3、pbzr1-xtixo3等。但是batio3较低的居里温度(约410k)限制了其应用范围，而pbtio3和pbzr1-xtixo3由于含铅，在制备和使用中会给环境和人类健康带来危害，因此无铅铁电材料二钛酸钡(bati2o5)引起了人们的关注，与传统的batio3相比，bati2o5的介电常数比它大3倍，居里温度高达747k，是一种非常有前景的高介电材料，特别是纤维状bati2o5材料具有高强度网状结构，可抗拉伸、抗撕裂、抗冲击、抗弯折。

5、一般的陶瓷材料需要高温烧结应用范围受限，而功能性粉末涂料可喷涂在电气元件、聚合物材料、丝网电极、vhf-uhf-rf线圈、印刷线路、电路等形成高介电复合材料，具有广泛的应用前景。因此需要开发一种高介电纤维、粉末涂料组合物，增加功能性粉末涂料的高介电性能应用。

技术实现思路

1、本发明目的在于提供一种高介电纤维材料、粉末涂料组合物及制备方法，以克服现有技术中提出的一个或多个技术问题。

2、为实现上述发明目的，本发明提出以下技术方案：

3、一种高介电纤维材料(bati2o5-g)，所述高介电纤维材料包括纤维材料bati2o5，无机填料及改性剂，其中，所述纤维材料bati2o5的直径为80-200nm，所述无机填料包括重量百分比的以下成分：

4、sio2:40-70％

5、al2o3:10-25％

6、fe2o3:0.1-5％

7、cao:2-10％

8、mgo:1-5％

9、b2o3:5-15％

10、所述纤维材料与无机填料的质量比为1:1；

11、所述改性剂包括至少一种或者多种硅烷改性剂，质量为纤维材料与无机填料质量总量的0.5-1.5％。

12、在本发明的一个或多个实施例中，所述纤维材料的长度为1-15um，bati2o5的纯度≥99.5％。这种纤维材料能够提高介电常数性能，同时使材料具有抗拉伸、抗撕裂、抗冲击、抗弯折的特性。

13、在本发明的一个或多个实施例中，所述改性剂为至少一种或者多种硅烷改性剂，优选多种硅烷复配改性，环氧硅烷、氨基硅烷、乙烯基硅烷中的一种或两种以上，且进一步优选环氧硅烷其能与树脂固化剂反应，提高纤维材料与树脂的相容性，提升整理粉末涂料的流平和附着力。

14、本发明还提出一种高介电粉末涂料组合物，其高介电纤维材料以及粉末涂料，所述高介电纤维材料与所述粉末涂料的质量比为1.2-5:10。

15、在本发明的一个或多个实施例中，所述高介电纤维材料在所述高介电粉末涂料组合物中的质量含量为10.7％-33.3％。

16、在本发明的一个或多个实施例中，所述粉末涂料为市售粉末涂料interpon100。

17、本发明还提出一种高介电纤维材料的制备方法，其包括如下制备步骤：

18、(1)使用有机溶剂稀释环氧硅烷并高速搅拌，得到硅烷改性剂；

19、(2)将无机填料的各成分在900-1400℃熔融、冷却后，球磨分级；

20、(3)将纤维材料和无机填料投入高速搅拌机中，进行低速搅拌一段时间后，再开启高速搅拌，并向其中匀速线状滴加硅烷改性剂，搅拌并升温至100-130℃并保温一定时间，得到高介电纤维材料。

21、在本发明的一个或多个实施例中，所述低速搅拌是在60-70℃的温度下以300-500r/min的转速搅拌10-15min，所述高速搅拌是在800-1000r/min的转速下搅拌15-40min；且无机填料用于提升固化膜的铅笔硬度。

22、在本发明的一个或多个实施例中，有机溶剂稀释环氧硅烷时有机溶剂与环氧硅烷的质量比为2:1。

23、本发明还提出一种高介电粉末涂料组合物的制备方法，其将制备的高介电纤维材料加入到粉末涂料中，混合搅拌经双螺杆机挤出、冷却压片、粉末分级后得到高介电粉末涂料组合物，其中，所述粉末涂料为市售粉末涂料interpon100，其粒径d100＝35um。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提出的高介电纤维材料、粉末涂料组合物具有很高的介电性能，填补了功能性粉末涂料高介电性能的空缺；同时，其纤维结构可抗拉伸、抗撕裂、抗冲击、抗弯折，具有良好的应用前景，高介电纤维材料、粉末涂料组合物可喷涂在金属、陶瓷、聚合物材料表面，形成高介电复合材料。

技术特征：

1.一种高介电纤维材料，其特征在于，所述高介电纤维材料包括纤维材料bati2o5，无机填料及改性剂，其中，所述纤维材料bati2o5的直径为80-200nm，所述无机填料包括重量百分比的以下成分：

2.根据权利要求1所述的高介电纤维材料，其特征在于，所述纤维材料的长度为1-15um，bati2o5的纯度≥99.5％。

3.根据权利要求1所述的高介电纤维材料，其特征在于，所述改性剂为环氧硅烷改性剂。

4.一种高介电粉末涂料组合物，其特征在于：包括权利要求1至3任意一项所述的高介电纤维材料，以及粉末涂料，所述高介电纤维材料与所述粉末涂料的质量比为1.2-5:10。

5.根据权利要求4所述的高介电粉末涂料组合物，其特征在于：所述粉末涂料为市售粉末涂料interpon100。

6.根据权利要求4所述的高介电粉末涂料组合物，其特征在于：所述粉末涂料的粒径d100＝35um。

7.一种如权利要求1至3任意一项所述高介电纤维材料的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的高介电纤维材料的制备方法，其特征在于，所述低速搅拌是在60-70℃的温度下以300-500r/min的转速搅拌10-15min，所述高速搅拌是在800-1000r/min的转速下搅拌15-40min。

9.根据权利要求7所述的高介电纤维材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中有机溶剂稀释环氧硅烷时有机溶剂与环氧硅烷的质量比为2:1。

10.一种高介电粉末涂料组合物的制备方法，其特征在于，

技术总结
本发明公开了一种高介电纤维材料、粉末涂料组合物及制备方法，所述高介电纤维材料包括纤维材料BaTi<subgt;2</subgt;O<subgt;5</subgt;，无机填料及改性剂，所述无机填料包括重量百分比的以下成分：SiO<subgt;2</subgt;:40‑70％，Al<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;:10‑25％，Fe<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;:0.1‑5％，CaO:2‑10％，MgO:1‑5％，B<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;:5‑15％，所述改性剂包括至少一种或者多种硅烷改性剂，所述高介电粉末组合物包括所述高介电纤维材料及粉末涂料，本发明高介电纤维材料和粉末涂料组合物具有很高的介电性能，填补了功能性粉末涂料高介电性能的空缺。

技术研发人员：沈晓燕,胡林政,李杰
受保护的技术使用者：苏州锦艺新材料科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13