[發明專利]一種流場誘導提高片狀銀粉/聚合物復合線材導電性的方法

在審

• 申請號: 202011289851.4
• 申請日: 2020-11-18
• 公開（公告）號: CN112670008A
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 陳振興;卿培林;王璽;徐敬堯;劉建;韋修愷;黎成武;陳柳伊;盧東寧
• 申請（專利權）人: 百色學院
• 主分類號: H01B1/22
• 分類號: H01B1/22;H01B13/00;C08L29/14;C08L67/00;C08K7/00;C08K3/08;B29C48/05
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所 52100
• 代理人: 劉楠

本發明公開了一種流場誘導提高聚合物中片狀銀粉取向分散的方法，可提高所得片狀銀粉/聚合物復合線材的導電性能。片狀銀粉的片層厚度為納米尺度，片層表面直徑則為微米尺度。該法利用熱熔擠出時的熔體拖曳力，使片狀銀粉在平行流場方向取向分散，從而使復合線材中片狀銀粉沿線材方向取向排列，形成良好的導電通道。本發明基于流場誘導使片狀銀粉在聚合物中取向分散的方法，所得復合線材在電學性能、光學性能、機械性能和熱性能方面具有各向異性，特別適合于提高復合線材的導電性，對電路的常溫3D打印具有重要意義。

技術領域

本發明涉及復合材料、打印電子等領域，特別涉及一種導電性復合線材的制備方法。

背景技術

導電銀漿由于導電性能優良，價格適中，廣泛應用于印刷電子。但導電銀漿存在易燃易爆、貯存穩定性差、需要專門烘烤系統以及不揮發有機物排放等問題。以導電性復合線材為原料，采用熔融沉積技術（FDM）在基材上直接打印導電圖案，可避免導電銀漿引起的上述問題。考慮到塑料、紙張等常用基材的耐溫性較低，聚合物是復合線材最適宜的連結料。由聚合物和導電粒子組成的復合線材是常溫3D打印導電圖案的關鍵，近年來成為國內外研究的熱點。囿于熔融態復合材料對基材的浸潤性較差，目前國內外尚無法解決導電性與基材結合力這一對矛盾。在保證良好基材結合力的條件下，聚合物含量通常不得低于20%（質量），這意味著復合線材中銀粉用量不得高于80%（質量），此時復合線材的體積電阻率一般大于3×10^-3Ω·cm，遠遠不能滿足導電要求。

片狀銀粉的片層厚度為納米尺度，片層表面則為微米尺度。片狀銀粉由于顆粒間可以形成取向分散（面-面接觸），粉片間接觸面積較大，因此有利于提高導電性。眾所周知，由熔體拉伸的拖曳力而產生的扭力矩是有利于粉片取向分散的。但實際熱熔擠出過程中，除熔體拉伸產生的拖曳力以外，片狀粉體還受到粘滯阻力、熱運動力、膠體引力與斥力等作用力。這些作用力的大小與方向不斷變化，影響片狀粉體的取向以及復合線材的導電性。如果在熱熔擠出片狀銀粉/聚合物復合線材的過程中，使拖曳力相對其它作用力足夠大，片狀銀粉將在扭力矩作用下克服其它阻力矩而轉動取向（圖1），沿平行于熔體流動方向取向分散，從而構建平行于復合線材方向的導電通道，這對于提高復合線材的導電性無疑具有重要意義。

發明內容

針對片狀銀粉/聚合物復合線材中片狀銀粉取向分散較差，提供一種流場誘導片狀銀粉取向分散，從而提高片狀銀粉/聚合物復合線材導電性的方法。

為達到上述目的，本發明采用下述技術方案：

（1）在混合機中按一定質量配比先后加入顆粒狀聚合物和片狀銀粉，混合均勻；

（2）將聚合物和片狀銀粉的混合物加入雙螺桿混煉塑化擠出一體機中；

（3）混合物在一定溫度下混煉塑化后，利用螺桿輸送至長程擠出頭（圖2），得到由片狀銀粉、聚合物復合而成的復合線材（圖3）。在長程擠出頭中，片狀銀粉在熔體拖曳力作用下取向排列（圖4）。

步驟（1）中，所述的顆粒狀聚合物為聚乙烯醇縮丁醛、飽和聚酯、聚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物等熱塑性聚合物。

步驟（1）中，所述片狀銀粉是指直徑遠大于厚度的銀粉，徑厚比大于10，平均粒徑D₅₀在3~6微米。

步驟（1）中，所述片狀銀粉與聚合物的質量配比在30:70~60:40。

步驟（2）中，所述的雙螺桿混煉塑化擠出一體機采用長程型擠出頭，擠出頭內徑為1毫米，擠出頭的長度與內徑之比在20~100范圍內變化。

步驟（3）中，所述的溫度范圍在130~200℃。

本發明利用流場誘導復合線材中片狀銀粉的取向分散，具有如下優點和效果：

（1）本發明所制備的導電復合線材的導電性明顯提高；

（2）本發明所制備的導電復合線材不會引入其它組分與雜質；