[发明专利]一种限域空间微纳米精密组装法制备聚合物基导电复合材料的方法

说明书

本发明涉及一种限域空间微纳米精密组装法制备聚合物基导电复合材料的方法，属于复合材料制备技术领域；具体包括如下步骤：（1）将导电填料与聚合物基体加入到共混设备中混合均匀得到均相的聚合物/导电填料物料体系；（2）将均相物料体系加入到由两个平板组成的模具中，通过机械压缩的方式对均相共混物进行平面限域压缩；（3）利用压缩模板上设置的微纳结构阵列，对网络上的填料进行进一步压实，进行“阵列锚固”，实现网络的微纳米精密组装，得到复合材料，具有连续紧密的导电网络，同时兼具优良的拉伸性能、柔性和热稳定性。

技术领域

本发明涉及一种高性能聚合物基导电复合材料的制备方法，特别是涉及一种限域空间微纳米精密组装法制备高性能聚合物基导电复合材料的方法，属于复合材料制备技术领域。

背景技术

聚合物基导电复合材料作为重要的功能材料之一，近年来广泛的应用于制造抗静电、导电或者导热需求的电子设备、飞机配件、个人电脑、发光二极管芯片、电磁干扰屏蔽和传感材料、医疗设备、智能生物材料、汽车零部件、家用电器、管道等。大部分聚合物基体本身不导电，因此需要向聚合物基体中添加具有相当大长径比或比表面积的导电填料，形成导电网络才能制备出满足导电要求的复合材料，常用的导电填料有炭黑粒子、碳纤维、片状石墨、碳纳米管和石墨烯。原位聚合法、溶液混合法和熔体共混法是制备聚合物基导电复合材料的常用方法，其中熔体共混是制备填料均匀分散的聚合物基复合材料普遍采用的方法。理论与实践表明，形成连续紧密的导电网络是制备超高电导率聚合物基复合材料的关键，现有的提高复合材料导电性能的方法主要通过提高填料含量达到导电渗流阈值后继续添加直至饱和，即便如此，复合材料的电导率与理论值相差甚远，究其原因主要在于传统方法大多是在特定的热力学和流体动力学条件下让填料在基体中自组装形成导电网络，填料间距具有不可控性，虽然在导电渗流区域可以通过提高填料含量快速提升复合材料的导电性能，但是由于大多聚合物基体粘度高，加上填料之间排斥力，位阻等影响，填料在聚合物基体中很难自组装形成连续紧密的导电网络，距离预期的电导率相差甚远，尤其在经过导电渗流区域之后，复合材料的电导率随着填料含量变化不大，继续提高复合材料的导电性能已经无能为力。本发明采用新的技术路径限域空间微纳米精密组装来达到提高复合材料性能的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种限域空间高性能聚合物基导电复合材料的方法，采用该方法制备的高性能聚合物基导电复合材料具有连续紧密的导电网络，同时兼具优良的拉伸性能、柔性和热稳定性。

为实现上述发明的目的，本发明采取的技术方案如下： 一种空间限域微纳米精密组装法制备高性能聚合物基复合材料的方法，包括如下步骤： （1）将导电填料与聚合物基体按质量比为（0.5～60）： 100 的比例加入到共混设备中混合均匀，通过共混得到均相的聚合物/导电填料物料体系； （2）将步骤（1）制备的均相物料体系加入到由两个平板组成的模具中，通过机械压缩的方式对均相共混物进行平面限域压缩； （3）利用压缩模板上设置的微纳结构阵列，对网络上的填料进行进一步压实，进行“阵列锚固”，实现网络的微纳米精密组装，得到性能优异的复合材料。

步骤（1）所述的导电填料为微纳米尺度的片状填料、纤维状填料、球状导电填料中的一种或两种以上的组合物。所述的片状填料为鳞片石墨、石墨烯中的一种或两种以上的组合物；纤维状填料为碳纤维、碳纳米管中的一种或两种以上的组合物；球状导电填料为炭黑粒子、银粉或氧化镁中的一种或两种以上的组合物。

步骤（1）所述的聚合物基体为热塑性聚合物基体、热固性基体或光固化类基体。所述的热塑性聚合物基体为聚丙烯、尼龙、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或两种以上的组合物；热固性基体为酚醛树脂、聚二甲基硅氧烷或环氧树脂；光固化类基体为环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯或聚酯丙烯酸树脂。步骤（1）所述的共混设备包括高速搅拌器、超声分散仪、密炼机、同向双螺杆挤出机、 Buss 挤出机或行星挤出机。

步骤（2）所述的机械压缩方式包括平板压缩、履带压缩或辊压压缩。