[发明专利]导电固体复合材料及制备该材料的方法

说明书

本发明涉及导电固体复合材料，和制备该材料的方法。

在许许多多的应用中，人们力求获得一种一方面具有就机械特性(特别是对于等价的刚度或强度重量轻得多)而言相对于金属的优点，但另一方面又应该导电的，就是说导电率超过1S.m^-1、一般约10²S.m^-1的固体复合材料。特别是为了实现支承件或结构件(底盘、板、…)、结构件装配用的材料(粘合、接缝)，或用于运输工具，尤其是飞行器和轿车工件的覆层(涂装)，情况尤为如此。

在其他应用中，人们力求获得还具有导热性，就是说，导热率超过10^-4W/mK的固体复合材料。特别地对于实现能够靠焦耳效应加热，特别是除霜的工件，情况就更是如此。

本发明同样涉及具有这样的导热率和/或这样的导电率的粘度大的，特别是粘合剂，但仍能流出的缩合复合材料。

已经有人提出在复合材料中加入导电材料的微米或纳米颗粒，特别是碳纳米管(参见WO 01/87193)。可是，存在的问题是要获得足够大的导电率，但又不使复合材料的机械特性退化。事实上，在机械特性不显著地退化的情况下，加入数量非常低的比例(约1体积％)所获得的最佳导电率约为10^-1S.m^-1。另一方面，以超过25体积％，一般约50％的数量为代价获得最大导电率，但显著地改变所获得的复合材料的机械特性。

因而，本发明旨在提出一种同时具有可与绝缘复合材料相比的机械特性，但导电率又超过1S.m^-1的固体复合材料。

本发明同样旨在提出一种这样的复合材料，它保持可与绝缘复合材料相比的机械特性，而导热率得到加强，特别是与绝缘复合材料相比高出20000倍。

更具体地说，本发明旨在提出一种固体复合材料，它具有电绝缘固体基质(同质的或复合的)和超过1S.m^-1的导电率，按照本发明的固体复合材料的最终机械特性至少为固体基质的90％。

另外，本发明旨在提出一种导电率超过1S.m^-1的复合材料，但是其中与导电组分相联系的重量加入量在该复合材料中不超过30％。

本发明同样旨在提出一种制备按照本发明这样一种材料的方法，它应该简单，成本不高，快速实现，不妨害环境，允许实现任意形状的工件，材料成分同样可以是不同的。

为此，本发明涉及一种导电固体复合材料，包括：

●电绝缘材料固体基质，

●加入导电材料，

其特征在于，所述加入者包括纳米颗粒，即丝状纳米颗粒，具有：

○长度，在主延伸方向延伸，

○两个尺寸，所谓正交尺寸，沿着彼此正交的横向和与所述主延伸方向正交的两个方向上延伸，所述正交尺寸小于所述长度，而且小于500nm，和

○所谓形状系数，所述长度和两个正交尺寸中的每一个之间的两个比例，所述形状系数大于50，所述丝状纳米颗粒按体积计以小于10％，特别是小于5％的数量分散在固体基质的体积中。

更具体地说，按照本发明的材料有利的特征在于至少以下特征之一：

●丝状纳米颗粒的两个正交尺寸在50nm和300nm之间，特别是约为200nm，

●该丝状纳米颗粒的长度超过1μm，特别是在30μm和300μm之间，特别是约为50μm，

●丝状纳米颗粒的两个正交尺寸是丝状纳米颗粒的垂直横截面的直径，

●丝状纳米颗粒的两个形状系数大于50，特别是约为250，

●丝状纳米颗粒由处于非氧化物状态的金、银、镍、钴、铜及其合金组成的一组中选定的材料形成，

●该丝状纳米颗粒由非氧化物的金属材料形成，

●它包括丝状纳米颗粒的数量按体积计在0.5％和5％之间，

●该固体基质由聚合材料形成，

●该固体基质包括至少一种固体聚合材料，特别是选自热塑性材料、可交联材料，特别是热固性材料，

在本文全文中：

●“丝状纳米颗粒”在本发明的情况下，特别是纳米杆或纳米丝。特别地，丝状纳米颗粒的该两个正交尺寸是其垂直横截面的直径。另外，丝状纳米颗粒可以呈带状，其中该按照本发明的丝状纳米颗粒的两个正交尺寸是其宽度(第一正交尺寸)及其厚度(第二正交尺寸)