[發(fā)明專利]一種導(dǎo)電納米復(fù)合材料及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310058964.7
• 申請(qǐng)日: 2013-02-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103122091A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于中振;景濤;李曉鋒;胡娟;張笑笑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C08L23/06
• 分類號(hào): C08L23/06;C08K9/00;C08K3/04;C08K3/26;B29C47/92
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種成本低廉，韌性較高的導(dǎo)電納米復(fù)合材料，特別涉及一種制備工藝簡(jiǎn)單，成本低廉的導(dǎo)電納米復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明通過(guò)對(duì)高密度聚乙烯添加炭黑導(dǎo)電填料后賦予其良好的導(dǎo)電性能，但是材料韌性有太大的損失以至于不能滿足日常使用需要，通過(guò)添加剛性增韌劑在提高材料韌性的同時(shí)又進(jìn)一步提高了材料的導(dǎo)電性能，即賦予材料導(dǎo)電性能的同時(shí)又能保證良好的力學(xué)性能。由此制得的導(dǎo)電復(fù)合材料可以廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電等領(lǐng)域。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單，成本低廉，工業(yè)契合度極高。

背景技術(shù):

高分子材料和金屬材料，陶瓷材料并稱世界三大材料。因其具有良好的加工性能、成本低廉、性能可控、絕緣性好等優(yōu)點(diǎn)，使其成為人類生活中用量最大的材料。特別是科學(xué)技術(shù)日益更新以及石油化工行業(yè)的快速發(fā)展，使得高分子材料在人類生活的舞臺(tái)上扮演著更加重要的角色。但是，這也對(duì)高分子材料提出新的挑戰(zhàn)，即需要高分子材料具備新的性能。為了滿足特殊要求，需要高分子材料具備吸波性能、抗靜電性能、導(dǎo)電性能、電磁屏蔽性能。而傳統(tǒng)的高分子材料通常是作為絕緣材料使用的，不具備導(dǎo)電性能。為此，導(dǎo)電高分子材料應(yīng)運(yùn)而生。

1977年，日本白川英樹(shù)等人發(fā)現(xiàn)用五氟化砷或碘摻雜的聚乙炔薄膜具有金屬導(dǎo)電的性質(zhì)，電導(dǎo)率達(dá)到10S/m。這是第一個(gè)導(dǎo)電的高分子材料。以后，相繼開(kāi)發(fā)出了聚吡咯、聚苯硫醚、聚苯胺、聚噻吩等能導(dǎo)電的高分子材料。這類高分子材料本身結(jié)構(gòu)具有大的線性共軛電子體系，給載流子——自由電子提供離域遷移的條件，這類高分子被稱作本征型導(dǎo)電高分子，但由于其合成困難、材料本身可塑性差、成本較高，不能被工業(yè)上廣泛接受。與本征型導(dǎo)電高分子相比，填充型導(dǎo)電高分子材料，即導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有很好的應(yīng)用前景，其制備工藝簡(jiǎn)單，材料可塑性好，成本較低，與工業(yè)契合度極高。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是指將各種導(dǎo)電填料填充到高分子基體中的導(dǎo)電樹(shù)脂基復(fù)合材料，是以樹(shù)脂為基體,添加導(dǎo)電纖維、顆粒、粉末、球狀、塊狀導(dǎo)電體等制備而成。

填充性導(dǎo)電高分子材料的主要填料有炭黑、碳納米管、碳纖維、石墨烯、富勒烯、金屬纖維等填料。石墨烯作為碳材料的新星，雖然具有很好的導(dǎo)電性能，但其制備工藝繁瑣，且只能小規(guī)模制備，完全不符合工業(yè)生產(chǎn)要求；碳纖維雖然性能優(yōu)異，但是由于技術(shù)壟斷，中國(guó)生產(chǎn)的碳纖維性能還遠(yuǎn)不及美國(guó)、日本等國(guó)家所生產(chǎn)的碳纖維性能；碳納米管和富勒烯雖然技術(shù)成熟，但是成本太高，如碳納米管的價(jià)格為2000RMB/Kg，會(huì)極大提高產(chǎn)品的成本；金屬纖維由于粒徑較大，在填充到聚合物中會(huì)引入大量的空穴和缺陷，導(dǎo)致材料變脆，喪失其使用性能。所以，目前來(lái)講，與工業(yè)契合度最高的就是炭黑。炭黑導(dǎo)電率較高，而且成本低廉，是導(dǎo)電復(fù)合材料工業(yè)化不可或缺的導(dǎo)電填料。但是，由于炭黑易于團(tuán)聚，引起材料內(nèi)部缺陷。而且由于炭黑為球狀結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到一定的導(dǎo)電率需要提高添加量才能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，就更容易引起材料缺陷，影響復(fù)合材料的力學(xué)性能，如沖擊強(qiáng)度，從而也制約了其在工業(yè)上的廣泛利用。

鑒于導(dǎo)電填料的添加會(huì)影響復(fù)合材料的使用性能，所以提高此類復(fù)合材料的使用性能至關(guān)重要。目前主要的增韌體系是無(wú)機(jī)剛性粒子增韌機(jī)理和彈性體粒子增韌機(jī)理。但彈性體粒子增韌的同時(shí)會(huì)降低材料的模量，限制其使用。而無(wú)機(jī)剛性粒子在提高韌性的同時(shí)還能提高復(fù)合材料的模量，對(duì)復(fù)合材料非常有益。通過(guò)閱讀大量文獻(xiàn)，我們發(fā)現(xiàn)納米碳酸鈣作為無(wú)機(jī)剛性粒子增韌聚合物材料效果顯著，尤其是對(duì)于聚烯烴，如聚乙烯、聚丙烯等，的增韌效果更為顯著。而且由于無(wú)機(jī)剛性粒子為實(shí)心結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電填料并不能進(jìn)入剛性粒子之中，只能分散在聚合物基體之中。這樣就可以使用更少的導(dǎo)電填料的量，達(dá)到更好的導(dǎo)電效果；同時(shí)降低導(dǎo)電填料的使用量，這樣不僅能降低成本，還能夠降低填料對(duì)材料力學(xué)性能的影響，此機(jī)理被稱作體積排除效應(yīng)。為此，本發(fā)明使用納米碳酸鈣為無(wú)機(jī)增韌填料填充到導(dǎo)電復(fù)合材料之中，旨在提高力學(xué)性能的同時(shí)提高復(fù)合材料的導(dǎo)電性能。導(dǎo)電填料除了炭黑，對(duì)于其他碳材料導(dǎo)電填料也適用，如碳納米管、碳纖維、石墨烯、富勒烯等。

發(fā)明內(nèi)容：