[发明专利]中密度聚乙烯/石墨烯/聚苯胺三元复合导电功能材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种导电复合材料的制备方法，特别是高分子导电复合材料制备方法，应用于功能化高分子导电复合材料制备的工艺技术领域。

背景技术

随着20世纪40年代乙烯类单体的自由基引发聚合迅速发展合成高分子如聚苯乙烯、 聚乙烯和有机玻璃以及各种橡胶制品进入了蓬勃发展时期。由于这些高分子的优良性能使得它们的应用遍布人类。但是，纯粹单一的高分子材料往往纯在的某些局限性或者说是技术壁垒，因此，高分子材料的改性成为了新的研究方向。其中，高分子复合材料尤为突出，不同高分子的复合和无机离子的掺杂成了现今的热门话题，对高分子导电材料的新产业需求不断出现，技术要求不断提高。

石墨烯(RGO)于2004年被英国科学家所制备，它是碳原子以sp2杂化连接的单原子层构成的新型二维原子晶体, 其厚度只有0.3354 nm, 是目前世界上发现最薄的材料。石墨烯具有特殊的单原子层结构和新奇的物理性质: 强度达130 GPa、热导率约5000 J/(m·K·s)、禁带宽度几乎为零、载流子迁移率达到2×10⁵ cm²/(V·s)、高透明度(约97.7%)、比表面积理论计算值为2630 m²/g, 石墨烯的杨氏模量(1100 GPa)和断裂强度(125 GPa)与碳纳米管相当，它还具有分数量子霍尔效应、量子霍尔铁磁性和零载流子浓度极限下的最小量子电导率等一系列性质。将石墨烯添加至高分子材料中可以极大的提高材料的强度，热稳定性和导电率。不仅被广泛应用于某些特定领域，同时在原有的技术基础上取得了突破。

 聚苯胺(PANI)具有结构多样化、耐氧化和耐热性好等特点。聚苯胺及其衍生物不仅可通过质子酸的掺杂获得良好的导电性，而且可通过加入氧化剂或还原剂来使其骨架中的电子迁移发生改变，即“氧化还原掺杂”。掺杂后，聚苯胺及其衍生物的导电率可明显提高，并可改善其在溶剂中的溶解性和加工性能，但普通的聚苯胺掺杂复合物机械强度不足，在加工过程中由于剪切易于造成的导电性能损伤。

中密度聚乙烯(MDPE)是近年来才得到广泛运用的一种聚乙烯，其性能介于高密度聚乙烯(HDPE)和低密度聚乙烯(LDPE)两者之间，既保持了HDPE的刚性，又有LDPE的柔性、耐蠕变性，集两者优点于一身，在制造配气管、配水管、通讯和电缆护套方面占有绝对优势，因而越来越受市场关注。在导电复合材料方面应用还不广泛，其熔融温度126-135℃，熔体流动速率为0.1-35克/10分钟，热变形温度(0.46兆帕)49-74℃。

辐射改性能提供一种与目前自限温加伴热电缆所不同的加热等级和发热功率，高分子复合材料的辐射改性是辐射化学应用于新材料领域，并取得较快发展的一个方面。目前，高分子辐射加工工业已在世界各国蓬勃发展，成为一个新兴的高科技产业，辐射交联电线电缆、热收缩材料、有机PTC(正温度系数)材料、泡沫材料等的制备；辐射聚合、辐射降解、辐射接枝、橡胶的辐射硫化及辐射涂层固化等技术都已发展成大规模的产业。而且许多新的工程塑料，复合材料等的制备都可通过辐射交联的方法实现。聚合物材料经辐射交联后，聚合物大分子之间形成一定的交联点，从而使的聚合物的分子量提高，并形成一种三维网状结构的分子，对聚合物的各项物理性能产生影响：

1)提高热稳定性，包括提高高温特性及热氧老化性；

2)提高抗张强度和减少弹性；尤其是提高在高温下的抗张强度。

辐射交联与化学交联相比，主要有以下优点：

1)无须添加热引发剂，可避免混料过程中的预交联；

2)交联在常温下进行，可节约能源和避免环境污染；

3)交联工艺简单，交联过程容易控制，交联度可通过调节辐射剂量来控制；

4)应用范围大，如PP，氯化聚乙烯(CPE)，氟材料等；

5)效率高，成本低；

6)辐射交联特别适用于生产小线，可以高速挤出后交联，比化学交联小线的生产速度要高。

辐射改性主要应用于高分子复合材料，特别是聚合物的改性工艺过程中，在复合物的改性领域的应用还需要不断验证。

发明内容