[发明专利]一种以石墨烯为导电剂的复合导电薄膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，特别涉及了一种以新型纳米炭材料—石墨烯为导电剂的热塑性树脂聚合物复合导电薄膜及其制备方法。

背景技术

聚氯乙烯(PVC)树脂是目前塑料工业中用量最大的树脂之一，PVC树脂可广泛应用于化工、煤炭、电子、计算机和无线电通讯业等行业。如：在电子领域，可通过基础工艺将其制成透明的异型管材用于包装电子元件，但大部分电子元件，尤其是芯片，需要包装材料具有良好的抗静电性，而软质PVC材料的表面电阻率高达的10¹⁴～10¹⁷Ω/□（方块电阻），因此其很高的电绝缘性使材料在使用中易因摩擦而积聚静电，对敏感性电子元件、仪器仪表等因产生的高压放电致使所包装的商品遭到破坏，造成经济损失，甚至引起爆炸和火灾，从而也限制了其在化工厂、油库、煤矿等领域的应用。另外，复合型抗静电材料具有质轻价廉、易加工成型、加工与导电性一次完成和导电性能便于调节等优点，而广泛应用于能源、电子、宇航等领域。因此，研究开发及生产抗静电及导电性PVC树脂基复合材料就成为PVC材料研究的一个重要方向。

提高聚氯乙烯类聚合物的导电性的同时保持其优良的力学性能（如抗冲击性能、韧性和伸长率等）是近年来导电复合材料研究的重点。目前制备导电聚合物所采用的炭系导电填料通常是炭黑或石墨，根据这些导电粒子的形貌和导电机理，要达到理想的导电效果，导电剂的添加量通常要大于10%，加入如此多的导电剂必然会降低基体聚合物的力学性能，最终影响导电聚合物的应用。

目前，赋予高分子材料导电性或抗静电性主要包括如下方法：在聚合物基体中填充导电填料、添加抗静电剂、在聚合物表面涂敷导电性好的抗静电涂层、合成结构性导电性高分子聚合物、在材料表面复合导电性薄膜等，其中添加抗静电剂是最常用的方法。但是常用的抗静电剂由于迁移作用，会随着时间增长而向材料表面迁移，难以长期保持表面电阻在10⁸Ω以下。而在聚合物基体中填充各种无机导电填料最具使用价值，其中最常用的则是碳系导电填料，如：炭黑、石墨和碳纳米管等。炭黑是天然的半导体材料，导电性能持久，可大幅度调整材料的电阻率，但是由于其为硬质材料，随着填充量的增加，会使材料的拉伸强度和硬度增加而冲击强度降低，影响其应用。碳纳米管具有优良的导电性能，但是比表面积较高，碳纳米管之间由于范德华力易于团聚，使其在聚合物中分散性较差，也影响其应用。

石墨烯作为一种新型炭材料，与炭黑、碳纳米管等碳材料相比即具有高强机械性能又具有高的径厚比，同时其稳定的晶格结构及极高的载流子迁移率使其显示出优异的电学性能，因此可以在很低的填充量下达到显著改善聚合物导电性能的目的。例如：溶液法制备的石墨烯/UHMWPE复合材料的渗流阈值低到了0.070vol.%。但是，该复合材料的制备方法较为繁杂，分散过程中易破坏石墨烯的片层结构，影响复合材料的预期性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种以石墨烯为导电剂的复合导电薄膜及其制备方法，解决现有技术中制备方法较为繁杂，分散过程中易破坏石墨烯的片层结构，影响复合材料的预期性能等问题。

本发明采用的技术方案是：

一种以石墨烯为导电剂的复合导电薄膜，所述复合薄膜包括石墨烯、热塑性树脂及助剂，按重量百分比计，石墨烯0.5～4.5wt%，助剂30～45wt%，其余为热塑性树脂；其中，热塑性树脂为：聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚酯、聚乙烯和聚丙烯中的一种或两种以上复合构成。

所述的石墨烯优选含量为2.0～3.5wt%。

所述的复合导电薄膜中助剂为液体钙锌稳定剂和邻苯二甲酸二辛酯，按重量百分比计，液体钙锌稳定剂2～5wt%，邻苯二甲酸二辛酯28～40wt%。

所述的复合导电薄膜的体积电阻5000Ω～2.0×10⁹Ω，体积电阻率2.0×10⁵Ω·cm～6.0×10¹¹Ω·cm；表面电阻1.0×10⁴Ω～8.0×10¹⁰Ω，表面电阻率5.0×10⁵Ω/□～6.0×10¹²Ω/□。

所述的以石墨烯为导电剂的复合导电薄膜的制备方法，包括如下步骤：

（1）将增塑剂邻苯二甲酸二辛酯和液体钙锌稳定剂经预先混合后，再加入到热塑性树脂中，然后将上述混合物在转速为3000～8000rpm的高速搅拌机中高速搅拌5～20分钟混合均匀，最后放入60～100℃的烘箱中熟化0.5～2小时；