一种聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及高储能密度材料制备领域，尤其涉及一种聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯作为一种广泛应用于电力电容器中的介质材料，具有击穿场强高、介电损耗低等优势，但是它较低的介电常数限制了聚丙烯电容器的储能性能，使其在需要小体积，又对储能密度有要求的场合不能适用。
目前有许多研究对聚丙烯进行了改性，提高其储能特性。例如将纯聚丙烯，马来酸酐接枝聚丙烯和纳米氧化锆按照一定比例混合得到一个复杂的三元体系，提高其介电常数的同时也能提高击穿场强，最后使得储能密度有所提高。当前的接枝改性大多采用马来酸酐这一种基团，对于其他接枝单体的改性研究较少。
因此，本领域技术人员致力于寻找其他接枝单体对聚丙烯和纳米氧化锆材料进行改性的同时，提高三元体系材料的介电常数、击穿场强和储能密度。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是寻找其他接枝单体对聚丙烯和纳米氧化锆材料进行改性的同时，提高三元体系材料的介电常数、击穿场强和储能密度。
为实现上述目的，本发明提供了一种聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料的制备方法，所述方法包括步骤：
S100、制备氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料；
S200、将聚丙烯和所述氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料熔融共混制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料。
本发明还提供了一种聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料的薄膜的制备方法，所述方法包括步骤：
S100、取聚酰亚胺薄膜并将其裁剪成正方形；
S200、从部分所述正方形的薄膜上均匀剪出圆片，除去这些圆片的剩余部分作为模具；
S300、在一片无孔的正方形聚酰亚胺薄膜片上放置所述模具，每个圆孔中放入聚丙烯一氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯一纳米氧化锆复合材料，再使用相同的无孔的正方形聚酰亚胺薄膜覆盖所述复合材料，将得到的三层聚酰亚胺薄膜结构置于两片相同面积的正方形铁片中间，整体送入平板硫化机中进行热压成型。
本发明与现有技术相比，其优势在于：
(1)本发明的聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料制备方法发现：当聚丙烯∶氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯∶纳米氧化锆的重量比为50∶50∶1.5时，储能密度提升最大，达到1.91J/cm3，相较纯聚丙烯提升了39.4％，且介电损耗与纯聚丙烯相比变化不大，仍处于较低水平；
(2)本发明的聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料制备方法为薄膜电容器储能密度的提升提供了技术基础。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一个较佳实施例的聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料制备方法流程图；
图2是本发明的一个较佳实施例的聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆薄膜材料的制备方法流程图；
图3是为纯聚丙烯在不同浓氧化锆纳米粒子掺杂下的损耗角正切值；
图4是为“聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆”复合材料在PP和PMA为50∶50质量比混合下，在不同氧化锆纳米粒子掺杂下的损耗角正切值。
具体实施方式
以下参考说明书附图1至附图4介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
如图1所示，本发明提供了一种聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯一纳米氧化锆复合材料制备方法，其中，所述方法包括以下步骤：
S100、制备氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料；
S200、将聚丙烯和所述氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料熔融共混制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料。
一方面，本发明的聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料制备方法发现：当聚丙烯∶氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯∶纳米氧化锆的重量比为50∶50∶1.5时，储能密度提升最大，达到1.91J/cm3，相较纯聚丙烯提升了39.4％，且介电损耗与纯聚丙烯相比变化不大，仍处于较低水平；
另一方面，本发明的聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料制备方法为薄膜电容器储能密度的提升提供了技术基础。
在一个较佳的实施例中，其中，步骤S100还包括：
将氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯与纳米氧化锆加入转矩流变仪中，再加入其质量分数为0.1％-0.5％的抗氧剂1010，在170℃-190℃下熔融共混5-15mins，获得母料。
在一个较佳的实施例中，其中，步骤S100中所述氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯与所述纳米氧化锆的质量比为5∶1-15∶1。
在一个较佳的实施例中，其中，步骤S200还包括：将所述聚丙烯、氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯和氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料加入转矩流变仪中，待所述转矩流变仪平稳运转后，加入聚丙烯、氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯和氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料总质量分数比为0.1％-0.5％的抗氧剂1010，于30-60r/min，170-190℃熔融共混20-40mins，制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料。
本发明还提供了一种聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料的薄膜的制备方法，所述方法包括步骤：
S100、取聚酰亚胺薄膜并将其裁剪成正方形；
S200、从部分所述正方形的薄膜上均匀剪出圆片，除去这些圆片的剩余部分作为模具；
S300、在一片无孔的正方形聚酰亚胺薄膜片上放置所述模具，每个圆孔中放入聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料，再使用相同的无孔的正方形聚酰亚胺薄膜覆盖所述复合材料，将得到的三层聚酰亚胺薄膜结构置于两片相同面积的正方形铁片中间，整体送入平板硫化机中进行热压成型。
在一个较佳的实施例中，其中，步骤S300中热压成型前进行预热，预热时间为360-420s，热压时间为360-420s，排气次数为10-15次，每次8-12s。
以下参考说明书附图介绍本发明的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本发明可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本发明的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
实施例1
S100、制备氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料：
将氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯与纳米氧化锆加入转矩流变仪中，再加入其质量分数为0.1％的抗氧剂1010，在170℃下熔融共混5mins，获得母料；其中，氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯与所述纳米氧化锆的质量比为5∶1；
S200、将聚丙烯和所述氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料熔融共混制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料：
将所述聚丙烯、氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯和氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料加入转矩流变仪中，待所述转矩流变仪平稳运转后，加入聚丙烯、氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯和氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料总质量分数比为0.1％的抗氧剂1010，于30r/min，170℃熔融共混20mins，制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料。
实施例2
S100、制备氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料：
将氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯与纳米氧化锆加入转矩流变仪中，再加入其质量分数为0.3％的抗氧剂1010，在180℃下熔融共混10mins，获得母料；其中，氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯与所述纳米氧化锆的质量比为10∶1；
S200、将聚丙烯和所述氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料熔融共混制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料：
将所述聚丙烯、氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯和氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料加入转矩流变仪中，待所述转矩流变仪平稳运转后，加入聚丙烯、氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯和氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料总质量分数比为0.3％的抗氧剂1010，于45r/min，180℃熔融共混30mins，制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料。
实施例3
S100、制备氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料：
将氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯与纳米氧化锆加入转矩流变仪中，再加入其质量分数为0.5％的抗氧剂1010，在190℃下熔融共混15mins，获得母料；其中，氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯与所述纳米氧化锆的质量比为15∶1；
S200、将聚丙烯和所述氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料熔融共混制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料：
将所述聚丙烯、氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯和氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯一纳米氧化锆母料加入转矩流变仪中，待所述转矩流变仪平稳运转后，加入聚丙烯、氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯和氮一苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆母料总质量分数比为0.5％的抗氧剂1010，于60r/min，190℃熔融共混40mins，制得聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯一纳米氧化锆复合材料。
本发明还提供了一种聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料的薄膜的制备方法，所述方法包括步骤：
S100、取聚酰亚胺薄膜并将其裁剪成正方形；
S200、从部分所述正方形的薄膜上均匀剪出圆片，除去这些圆片的剩余部分作为模具；
S300、在一片完整的正方形聚酰亚胺薄膜片上放置所述模具，每个圆孔中放入聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆复合材料，再使用相同的完整的正方形聚酰亚胺薄膜覆盖所述复合材料，将得到的三层聚酰亚胺薄膜结构置于两片面积与完整的正方形聚酰亚胺薄膜片相同的正方形铁片中间，整体送入平板硫化机中进行热压成型。
其中，步骤S300中热压成型前进行预热，预热时间为360-420s，热压时间为360-420s，排气次数为10-15次，每次8-12s。
图2是为纯聚丙烯在不同氧化锆纳米粒子掺杂下的损耗角正切值，从图中可以看到，随着添加氧化锆比例的增加，纯聚丙烯的损耗角正切值的最大值有所降低。
图3是为“聚丙烯—氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯—纳米氧化锆”复合材料在PP和PMA为50∶50等质量比混合下，在不同氧化锆纳米粒子掺杂下的损耗角正切值。从图中可以看到，随着添加氧化锆比例的增加，聚丙烯-氮-苯基马来酰胺酸接枝聚丙烯-纳米氧化锆”复合材料的损耗角正切值仍然处于相对低位。
图4为聚丙烯和氮-苯基马来酰胺酸在不同浓度纳米氧化锆掺杂下的储能密度对比图，从图中看到聚丙烯在不同浓度纳米氧化锆掺杂下的储能密度变化不大，而PMA也就是氮-苯基马来酰胺酸在纳米氧化锆浓度从0增加到1.5％时候，储能密度逐渐增大，并在1.5％纳米氧化锆掺杂时储能密度达到最大1.91J/cm3，当纳米氧化锆比例进一步增加时，氮-苯基马来酰胺酸储能密度开始呈现下降趋势。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
