[发明专利]用于生产复合导电材料的方法和以此方法获得的复合材料

说明书

本发明涉及用于生产导电复合材料方法，以及能够通过所述方法获得的复合材料。导电材料由复合聚合物基体获得，所述复合聚合物通过聚集由聚合物基体的颗粒组成的复合导电颗粒形成，所述聚合物基体的颗粒具有1‑4000μm的d50直径，涂覆有由至少一种金属组成的导电材料的层。导电层的厚度对聚合物基体颗粒的d50直径的比为0.0025:100至1.5:100，所述厚度小于300nm。

技术领域

本发明涉及用于制造导电复合材料的方法，还涉及能够通过该方法获得的复合材料。

背景技术

由于聚合物的轻量性(lightness)，聚合物材料在许多应用中具有一定优点。它们的机械性能还可以通过在其中掺入多种填料和特别是增强纤维比如碳纤维来调节。由此获得的复合材料在许多应用中有利地代替了金属。因此，据估计，目前复合材料占空客A380结构重量的25％以上，其中在空客A380中复合材料替代铝合金。

然而，这些基于碳纤维的复合材料的导电性远低于金属的导电性。具体而言，这些纤维的缺点是在材料中形成基于它们的取向的导电通路。这种缺点在航空领域中通常使用的分层结构的背景下特别显著，所述分层结构具有不足以以沿垂直于纤维层平面的方向消散电流的能力，在该方向上的导电性典型地接近于非导电性聚合物的导电性。因此，这些结构不足以承受闪电(lightening)。事实上，被闪电击中的飞机必须能够流出(drain off)并因此传导约10⁵安培的电流，而不会出现过大的电位差，过大的电位差能够导致上述复合结构的分层，并且导致机上电子仪器严重的损坏。因此有必要改进这些结构的导电性以使得导电性在层的堆叠方向上接近铜或铝。

为了克服上述缺点，已有人建议将导电颗粒分散在旨在浸渍碳纤维的聚合物基体中(EP2371529和EP2687557)。这些导电颗粒旨在获得的复合材料的任一侧形成电桥(electrical bridges)。它们可由涂覆有导电金属的玻璃或PMMA颗粒，或碳基材料，比如炭黑形成。除了使用纳米填料比如炭黑固有的处理问题，这些导电颗粒由于它们与熔融聚合物密度不同难以在聚合物基体中均匀地分散。因此，将这些颗粒包含在聚合物基体内可能会使后者的配制复杂化。此外，达到渗透阈值(超过渗透阈值，复合材料是导电的)所需的填料的量可负面地影响材料的某些机械性质。

掺入核-壳类型的复合导电颗粒的其他聚合物基体描述在文件US-5,965,064和US2012/279781中。Brodoceanu等在Nanotechnology，vol.24，no.8(February 5，2013)中公开的文献进一步描述了在配制导电金属阵列中使用核-壳类型的导电复合颗粒。

开发基于聚合物的导电复合材料在航空之外的工业范畴中还具有优点，且特别是在制造在保护电子设备免受静电荷的外壳中。

在寻求旨在使聚合物基体导电的解决方案中，已有人建议向其中掺入碳纳米管。由于这些填料的缠绕结构，与上面讨论的导电填料相比，这些填料具有更显着的分散问题。此外，尽管达到渗透阈值所需的纳米管浓度低于其它填料的浓度，但纳米管在该浓度下具有增加影响其对其处理(加工)所需的流动性质的基体粘度的倾向，并且在此处也限制它的配制。

可通过如下方式克服前述分散问题且提高复合材料的导电性，围绕聚合物颗粒施加碳纳米管或炭黑，以便形成随后聚集成导电复合材料的导电复合颗粒，而不将这些填料分散在聚合物基体中。因此Hao等在Materials Chemistry and Physics，vol.109，15-19(2008)中提出了特别的方法用于以碳纳米管(CNTs)或炭黑涂覆聚乙烯颗粒，该方法在导致聚合物颗粒软化并且导致填料附着在它们的表面的条件下进行。获得的复合颗粒随后被压缩成型以形成板材。

虽然它具有一定的优点，但该方法不能消除处理纳米填料的问题及其对环境的可能影响。因此，仍然需要提供上述描述方法的替代方法。

发明内容