[發明專利]一種限域空間微納米精密組裝法制備聚合物基導電復合材料的方法

有效

• 申請號: 201710070455.4
• 申請日: 2017-02-09
• 公開（公告）號: CN106905699B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 吳大鳴;高小龍;劉穎;鄭秀婷;黃堯;何曉祥;薩門;許紅;趙中里
• 申請（專利權）人: 北京化工大學
• 主分類號: C08L83/04
• 分類號: C08L83/04;C08L23/12;C08K7/06;C08K3/04;C08K7/24;B29B7/10;B29B7/28;B29C43/02;B29C43/58
• 代理公司: 11350 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 趙蕊紅

本發明涉及一種限域空間微納米精密組裝法制備聚合物基導電復合材料的方法，屬于復合材料制備技術領域；具體包括如下步驟：（1）將導電填料與聚合物基體加入到共混設備中混合均勻得到均相的聚合物/導電填料物料體系；（2）將均相物料體系加入到由兩個平板組成的模具中，通過機械壓縮的方式對均相共混物進行平面限域壓縮；（3）利用壓縮模板上設置的微納結構陣列，對網絡上的填料進行進一步壓實，進行“陣列錨固”，實現網絡的微納米精密組裝，得到復合材料，具有連續緊密的導電網絡，同時兼具優良的拉伸性能、柔性和熱穩定性。

技術領域

本發明涉及一種高性能聚合物基導電復合材料的制備方法，特別是涉及一種限域空間微納米精密組裝法制備高性能聚合物基導電復合材料的方法，屬于復合材料制備技術領域。

背景技術

聚合物基導電復合材料作為重要的功能材料之一，近年來廣泛的應用于制造抗靜電、導電或者導熱需求的電子設備、飛機配件、個人電腦、發光二極管芯片、電磁干擾屏蔽和傳感材料、醫療設備、智能生物材料、汽車零部件、家用電器、管道等。大部分聚合物基體本身不導電，因此需要向聚合物基體中添加具有相當大長徑比或比表面積的導電填料，形成導電網絡才能制備出滿足導電要求的復合材料，常用的導電填料有炭黑粒子、碳纖維、片狀石墨、碳納米管和石墨烯。原位聚合法、溶液混合法和熔體共混法是制備聚合物基導電復合材料的常用方法，其中熔體共混是制備填料均勻分散的聚合物基復合材料普遍采用的方法。理論與實踐表明，形成連續緊密的導電網絡是制備超高電導率聚合物基復合材料的關鍵，現有的提高復合材料導電性能的方法主要通過提高填料含量達到導電滲流閾值后繼續添加直至飽和，即便如此，復合材料的電導率與理論值相差甚遠，究其原因主要在于傳統方法大多是在特定的熱力學和流體動力學條件下讓填料在基體中自組裝形成導電網絡，填料間距具有不可控性，雖然在導電滲流區域可以通過提高填料含量快速提升復合材料的導電性能，但是由于大多聚合物基體粘度高，加上填料之間排斥力，位阻等影響，填料在聚合物基體中很難自組裝形成連續緊密的導電網絡，距離預期的電導率相差甚遠，尤其在經過導電滲流區域之后，復合材料的電導率隨著填料含量變化不大，繼續提高復合材料的導電性能已經無能為力。本發明采用新的技術路徑限域空間微納米精密組裝來達到提高復合材料性能的目的。

發明內容

本發明的目的是提供一種限域空間高性能聚合物基導電復合材料的方法，采用該方法制備的高性能聚合物基導電復合材料具有連續緊密的導電網絡，同時兼具優良的拉伸性能、柔性和熱穩定性。

為實現上述發明的目的，本發明采取的技術方案如下： 一種空間限域微納米精密組裝法制備高性能聚合物基復合材料的方法，包括如下步驟： （1）將導電填料與聚合物基體按質量比為（0.5～60）： 100 的比例加入到共混設備中混合均勻，通過共混得到均相的聚合物/導電填料物料體系； （2）將步驟（1）制備的均相物料體系加入到由兩個平板組成的模具中，通過機械壓縮的方式對均相共混物進行平面限域壓縮； （3）利用壓縮模板上設置的微納結構陣列，對網絡上的填料進行進一步壓實，進行“陣列錨固”，實現網絡的微納米精密組裝，得到性能優異的復合材料。

步驟（1）所述的導電填料為微納米尺度的片狀填料、纖維狀填料、球狀導電填料中的一種或兩種以上的組合物。所述的片狀填料為鱗片石墨、石墨烯中的一種或兩種以上的組合物；纖維狀填料為碳纖維、碳納米管中的一種或兩種以上的組合物；球狀導電填料為炭黑粒子、銀粉或氧化鎂中的一種或兩種以上的組合物。

步驟（1）所述的聚合物基體為熱塑性聚合物基體、熱固性基體或光固化類基體。所述的熱塑性聚合物基體為聚丙烯、尼龍、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的一種或兩種以上的組合物；熱固性基體為酚醛樹脂、聚二甲基硅氧烷或環氧樹脂；光固化類基體為環氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或聚酯丙烯酸樹脂。步驟（1）所述的共混設備包括高速攪拌器、超聲分散儀、密煉機、同向雙螺桿擠出機、 Buss 擠出機或行星擠出機。

步驟（2）所述的機械壓縮方式包括平板壓縮、履帶壓縮或輥壓壓縮。