[發明專利]生物可降解的高分子導電復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201410532245.9
• 申請日: 2014-10-11
• 公開（公告）號: CN104312116A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發明（設計）人: 吳德峰;馮賽花;魏能信;周亞楠;呂巧蓮
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C08L67/04
• 分類號: C08L67/04;C08K7/06
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及高分子導電復合材料的制備技術領域，特別是其中碳纖維呈網絡結構的導電復合材料生產技術領域。

背景技術

隨著工業的迅速發展，對高分子材料有了更高性能的要求。新興行業，例如航空，及一些領頭行業，比如電子工業，對聚合物的導電方面性能的要求與日俱增。此外，可持續發展的理念讓人們對環境的要求也越來越高，因此生物可降解的高分子如聚乳酸（PLA）、聚己內酯（PCL）等作為一類新型的環境友好型材料日益受到關注。它們具有良好的熱塑性、生物相容性、生物可降解性及組織可吸收性，因此不僅在通用領域，在許多工程領域也具有潛在的應用價值。

不過單一的聚己內酯或聚乳酸在性能上都有各自的缺點，如聚己內酯雖然韌性好，但硬度和強度差，且熱變形溫度相對較低；而聚乳酸則具有較快的降解速率和較好的拉伸強度，但韌性較差極易彎曲變形。因此利用這種性能互補性，將聚乳酸與聚己內酯熔融共混是獲得新型的生物可降解材料的常見方法之一。雖然將聚乳酸與聚己內酯熔融共混可以調控兩者的性能，但卻無法滿足電子工業方面的要求，因為兩者都是電絕緣體，所以添加導電的填料如碳纖維是常見的增加聚乳酸或聚己內酯的電導率的方法。更有利于滿足人們各方面的需求。

碳纖維填充后達到一定濃度會在高分子基體中形成網絡結構，從而讓電子能夠有效傳遞。不過聚合物基體中碳纖維的無序排布并不能最大程度發揮其應有的導電效果。不過在聚乳酸和聚己內酯共混物中，兩組分的熱力學不相容會使它們形成基體-分散相結構，基于此，如果利用流變學的方法，通過控制聚乳酸和聚己內酯兩種基體的組分比以及加工過程中在一定剪切速率范圍內的粘度比，就有可能讓與基體聚乳酸不相容的聚己內酯分散相擴散至自由能比較大的碳纖維搭接點上，從而在成型過程中將碳纖維焊接成網絡結構，因而能更大程度的發揮碳纖維的導電能力和增強效應，從而制備出高強度、導電的基于聚乳酸/聚己內酯不相容共混物的生物可降解復合材料。

發明內容

本發明的目的在于提出一種具有自焊接形態的碳纖維填充的基于聚乳酸/聚己內酯不相容共混物的生物可降解導電復合材料。

本發明所述復合材料中聚己內酯分散相焊接了碳纖維的搭接點，使碳纖維在聚乳酸基體中形成牢固的網絡結構；聚乳酸基體占復合材料總質量的40～50%，聚己內酯分散相占復合材料總質量的10～20%，碳纖維填充相占復合材料總質量的30～40%。

本發明選用可生物降解的聚乳酸作為基體，以可生物降解的聚己內酯作為分散相，材料本身具有環境友好的特性；同時采用碳纖維作為填充填料，賦予了高分子共混物優異的導電性能；尤為突出的特點是通過控制聚乳酸與聚己內酯組分比和粘度比的變化，使得分散相聚己內酯焊接到碳纖維的搭接點上形成穩固完善的導電網絡結構，極大地提高了復合材料的導電性能，使其可以廣泛應用于電子工業、通用領域及許多工程領域。

本發明的另一目的在于提出上述生物可降解的高分子導電復合材料的制備方法。

將聚己內酯、聚乳酸和碳纖維加入到密煉機中，在密煉機的轉子剪切速率為25?s^-1～50?s^-1、溫度為170℃的條件下密煉后，經模壓定型。

所述聚乳酸基體占復合材料總投料質量的40～50%，聚己內酯分散相占復合材料總投料質量的10～20%，碳纖維填充相占復合材料總投料質量的30～40%

本發明通過熔融共混使低熔點的聚己內酯分散相擴散至碳纖維搭接點上，形成具有自焊接形態的纖維網絡結構的生物可降解的高分子導電復合材料。

對于碳纖維填充的聚乳酸/聚己內酯不相容共混體系，并非所有共混比下制得的復合材料都能充分發揮碳纖維的導電效果。本發明首先，必須以聚乳酸為基體，而粘度較低的聚己內酯為分散相，因此需要控制聚乳酸基體、聚己內酯在復合材料總質量的用量；其次，如碳纖維用量太少，則無法有效提高電導率；如碳纖維用量太多，會導致加工粘度過大從而造成成型困難，因此也必須控制碳纖維用量；最重要的是控制聚乳酸與聚己內酯在轉矩流變儀的密煉腔中的剪切速率，在該剪切速率條件下保障密煉的粘度比范圍為0.01～1，這樣才能保證在成型時低粘度的聚己內酯作為與聚乳酸基體不相容的分散相焊接至碳纖維搭接點上，形成具有良好導電效果的網絡結構。

附圖說明

圖1為對比例2制成的產品的掃描電鏡照片。

圖2對比例3制成的產品的掃描電鏡照片。

圖3為實施例1制成的產品的掃描電鏡照片。

具體實施方式