[发明专利]一种导电高分子复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，尤其涉及一种导电高分子复合材料及其制备方法。

背景技术

导电高分子复合材料是以结构型高分子材料为基体（连续相），与各种导电性物质（如碳系、金属、金属氧化物、结构型导电高分子等），通过分散复合、层积复合、表面复合或梯度复合等方法构成的具有导电能力的材料。自20世纪80年代以来，导电高分子复合材料逐渐成为高分子科学领域中的一个热门研究方向，并且其也广泛应用于抗静电材料、电磁波屏蔽材料、吸波材料、温度和电流控制材料、传感器、能源材料等领域。

在导电高分子复合材料中，其导电率在一定导电填料浓度范围内的变化是不连续的，在某一浓度下电导率会发生突变，表明此时导电填料在聚合物基体中的分散状态发生了突变；当导电填料浓度达到一定值时，在聚合物基体中的导电填料能形成连续的导电网络链，导电填料的导电逾渗网络也因此形成，此时导电填料粒子的临界浓度被称为该导电填料填充聚合物基体的逾渗阈值。一般地，逾渗阈值的大小不仅依赖于导电填料本身的性质和聚合物基体的类型，而且依赖于导电填料在聚合物基体中的分散情况，还与导电填料与聚合物基体最终形成的相形态有关。

目前，可供选择的高分子材料基体几乎可以涵盖所有聚合物材料，其中以热塑性树脂为主。在目前的研究与应用中，不同导电填料在聚合物基体中的逾渗行为以及如何降低导电填料的逾渗阈值是研究者关注的内容，因为体系逾渗阈值的增加意味着要达到同等级的导电性能需填充更多的导电填料，这可能增加材料的加工困难，力学性能也会受到相应的影响，同时也会增加材料的造价。

近年来，人们对降低导电高分子复合材料的逾渗阈值进行了广泛的研究。其中一种方法是将导电纳米填料添加到两种聚合物为基体的共混体系中，得到的共混体系中，聚合物形成双连续相的相态，而导电填料可以选择分布在双连续相中的某一相或者两相的界面处，由于所选择的相区或者界面本身在共混体系中已实现了逾渗行为，因此填料只需在该相或者界面处实现逾渗后，整个材料就达到了导电逾渗，该现象称为双逾渗现象。

公开号为CN 102061028A的中国专利公开了一种低逾渗值导电高分子复合材料的制备方法，该方法先将炭黑（CB）与聚乙烯（PE）混合，然后将CB/PE混合物与聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）通过挤出、热拉伸、淬冷等技术进行加工，最后造粒模压成型制得导电纤维化高分子复合材料，其导电逾渗阈值降低至3.8vol%，但是所需CB较多，导致材料的力学性能下降，成本较高，并且所使用的加工工艺也较复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种导电高分子复合材料及其制备方法，该方法制备的导电高分子复合材料导电填料含量较少且具有较低的逾渗阈值。

本发明提供了一种导电高分子复合材料，包括：

基体          100重量份；

导电纳米填料  0.01～1.5重量份；

所述基体为具有双连续结构的不相容聚合物共混体系；

所述导电纳米填料的长径比≥100。

优选的，所述不相容聚合物共混体系选自聚乳酸/聚己内酯体系、聚丙烯/非晶尼龙体系、尼龙6/乙烯-丙烯酸甲酯共聚物体系、尼龙12/乙烯-丙烯酸甲酯共聚物体系和尼龙6/聚苯乙烯体系中的一种。

优选的，所述导电纳米填料选自碳纳米管、石墨烯和碳纤维中的一种。

优选的，所述不相容聚合物共混体系中两种聚合物的质量比为（40:60）～（60:40）。

本发明还提供了一种导电高分子复合材料的制备方法，包括以下步骤：

A）将不相容聚合物共混体系中与导电纳米填料亲和性较差的聚合物与导电纳米填料加热共混，得到预混物；

B）将所述预混物与不相容聚合物共混体系中与导电纳米填料亲和性较好的聚合物加热共混，两种聚合物形成双连续结构，得到导电高分子复合材料；

所述不相容聚合物共混体系为100重量份，所述导电纳米填料为0.01～1.5重量份，所述导电纳米填料的长径比≥100。

优选的，所述步骤A中共混的温度为170～218℃，时间为3～7min。

优选的，所述步骤A中共混的转速为100～160r/min。

优选的，所述步骤B中共混的温度为170～218℃，时间为3～6min。

优选的，所述步骤B中共混的转速为30～80r/min。

优选的，所述不相容聚合物共混体系中两种聚合物的质量比为（40:60）～（60:40）。