[發(fā)明專利]一種三元介質(zhì)填充聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210344029.2
• 申請日: 2012-09-18
• 公開（公告）號: CN102850652A
• 公開（公告）日: 2013-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳海宏;蔡剛毅;郭正民;郭永剛;暢同晨;孫興志
• 申請（專利權(quán)）人: 河南工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08L23/06;C08L23/00;C08L79/02;H01B1/22;C08K13/04;C08K7/04;C08K3/04;C08K5/098;C08K3/34
• 代理公司: 鄭州紅元帥專利代理事務(wù)所(普通合伙) 41117
• 代理人: 楊妙琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種三元介質(zhì)填充聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料及制備方法。

背景技術(shù)

與金屬導(dǎo)體具有固定的電阻率不同，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料可通過調(diào)整填充相種類、形態(tài)、數(shù)量及基體類別等獲得不同的電阻率及其電阻特性，加之其價(jià)格較低、密度較小、易于加工成型等優(yōu)點(diǎn)，成為近年來發(fā)展最快的導(dǎo)電材料之一，是電子、信息、電磁屏蔽等領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵材料，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。

導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是通過填充導(dǎo)電介質(zhì)，經(jīng)過分散復(fù)合、層積復(fù)合等方式獲得具有導(dǎo)電功能的多相復(fù)合材料體系。目前采用的填充介質(zhì)主要有：導(dǎo)電纖維，如碳纖維、金屬纖維、鍍鎳（或鍍銀）玻璃纖維等。導(dǎo)電顆粒，如炭黑、金屬粉等。國內(nèi)進(jìn)入市場化應(yīng)用的主要是炭黑填充聚合物、不銹鋼纖維填充聚合物以及碳纖維填充聚合物。國外，除了上述品種外，還有近幾年發(fā)展起來碳納米管填充聚合物。國內(nèi)炭黑填充導(dǎo)電高分子復(fù)合材料存在的主要問題是填充量高，力學(xué)性能不高，導(dǎo)電率可調(diào)節(jié)范圍較小，材料種類有限，主要用于防靜電領(lǐng)域。而碳納米管填充聚合物導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，主要采用進(jìn)口，成本較高。不銹鋼纖維(SSF)作為一種新型的金屬纖維因其優(yōu)良的導(dǎo)電性和加工性能，在上個(gè)世紀(jì)80年代得到了廣泛的關(guān)注和研究。不銹鋼纖維最突出的性能是在高溫加工成型過程中，不易產(chǎn)生表面氧化，不易生銹，這就省去了進(jìn)行繁雜的去氧化層和表面防護(hù)處理的步驟，同時(shí)也能保持導(dǎo)電性和電磁屏蔽功能。由拉拔技術(shù)生產(chǎn)的SSF直徑小，對基體收縮率、拉伸強(qiáng)度、彎曲模量等性能影響較小。同時(shí)，與炭黑、碳納米管不同，SSF的添加對基體的外觀顏色影響較小，容易得到不同色彩的導(dǎo)電塑料制品，且添加少量的SSF就可以達(dá)到理想的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽效能。但是存在以下問題：(1)不銹鋼纖維與基體的相容性較低，導(dǎo)致纖維與基體的界面強(qiáng)度較低，從而降低了材料的力學(xué)性能；（2）在加工過程中纖維的長徑比會有不同程度的下降，從而使其電磁屏蔽性能產(chǎn)生不同程度的下降；（3）在加大導(dǎo)電填料用量提高導(dǎo)電性能的同時(shí)，降低了材料的加工工藝性能、力學(xué)性能；（4）導(dǎo)電填料在基體中的分散性不高，填充量有待于進(jìn)一步減小，以降低導(dǎo)電塑料的制備與加工成本。

發(fā)明內(nèi)容

????為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種三元介質(zhì)填充聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料及制備方法，提高了導(dǎo)電率和力學(xué)性能，有效降低其滲流閾值。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種三元介質(zhì)填充聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料，其組成按照重量百分比計(jì)，包括：不銹鋼纖維（3-8）%，炭黑（2-6）%，聚苯胺（1-5）%，聚丙烯（65-70）%，聚乙烯或聚烯烴塑料（10-22）%，改善聚丙烯成型工藝性能的添加劑（2-6）%；其中所述的復(fù)合材料為皮-芯結(jié)構(gòu)的粒料，芯部為經(jīng)表面電化學(xué)沉積聚苯胺薄膜的不銹鋼纖維，聚苯胺薄膜的厚度為（0.1-0.25）μm，包覆皮層為三層結(jié)構(gòu)的改性炭黑顆粒、聚丙烯、聚乙烯或聚烯烴與改善聚丙烯成型工藝性能的添加劑混煉得到的復(fù)合材料，其中三層結(jié)構(gòu)的改性炭黑顆粒結(jié)構(gòu)：核芯層為炭黑，次表層為鍍鎳層，外表層為聚苯胺薄膜，其中鍍鎳層的厚度為（0.2-1）μm，聚苯胺薄膜的厚度為（0.1-0.25）μm。

進(jìn)一步，所述的三元介質(zhì)填充聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的粒料平均長度5mm，粒料直徑平均3mm。

一種三元介質(zhì)填充聚合物導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，它包括以下步驟：

第一步：炭黑鍍鎳處理

對炭黑表面進(jìn)行化學(xué)鍍鎳處理，其中鍍層厚度（0.2-1）μm；

第二步：鍍鎳炭黑沉積聚苯胺薄膜

將第一步中鍍鎳處理后的炭黑表面電化學(xué)沉積聚苯胺薄膜，形成三層結(jié)構(gòu)的炭黑納米顆粒，其中聚苯胺薄膜厚度為（0.1-0.25）μm；

第三步：不銹鋼纖維沉積聚苯胺薄膜

不銹鋼纖維表面電化學(xué)沉積聚苯胺薄膜，其中聚苯胺薄膜厚度為（0.1-0.25）μm；

第四步：一次復(fù)合材料母粒的制備

將第二步中得到的三層結(jié)構(gòu)的炭黑納米顆粒與聚丙烯、聚乙烯或聚烯烴與改善聚丙烯成型工藝性能的添加劑進(jìn)行混煉，得到混煉復(fù)合材料，其中三層結(jié)構(gòu)的炭黑納米顆粒、聚丙烯、聚乙烯或聚烯烴、改善聚丙烯成型工藝性能的添加劑按照重量百分比計(jì)，三層結(jié)構(gòu)的炭黑納米顆粒（2-6.5）%，聚丙烯（67-76）%，聚乙烯或聚烯烴（11-24）%，改善聚丙烯成型工藝性能的添加劑（2-6.5）%，混煉溫度：（160-210）℃，混煉時(shí)間：（5-15）分鐘，然后將混煉復(fù)合材料造粒，得到一次復(fù)合材料母料；

第五步：二次復(fù)合材料母粒的制備