[发明专利]一种导电聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物的改性材料，进一步的地说，本发明涉及一种聚合物材料与纳米导电填料及低熔点金属复合的导电聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

导电高分子材料（聚合物）已广泛应用于汽车、电子、化工及航空航天等领域，而复合型导电高分子材料由于其加工简单、成本低，更是得到了广泛的应用。但是复合型导电高分子材料制备时所采用的导电填充材料（导电填料）的种类和用量对复合型导电高分子材料的电性能和其他性能有很大的影响。在目前的研究中，导电填料主要有碳系和金属系两种，碳系导电填料包括炭黑、碳纤维、石墨粉、石墨纤维、碳纳米管纳米石墨微片、石墨烯等；金属导电填充材料主要有金属微粉和金属纤维，无论是碳系还是金属系，在这些导电填充材料中，如果其粒径不能达到纳米级，则需要很高的填充量才能够达到复合高分子材料的逾渗阈值，导致复合材料密度高、成本高、性能低、加工困难；纳米级的导电填充材料可以极大的降低复合材料的逾渗阈值，但是由于纳米级导电填料比表面积大，在使用过程中极易团聚，很难在高分子材料中达到高度分散，最终依然需要很高的填充量，特别是纳米级金属颗粒，表面原子具有极高的化学活性，在热和氧的作用下，极易氧化，从而失去导电性。而在高分子材料的熔融加工条件下可以转变为液态的低熔点金属在和高分子材料熔融共混的过程中可以原位生成不同粒径的导电金属颗粒，所以不易团聚和氧化，但是只采用低熔点金属无法得到性能好的导电高分子材料，在熔融共混过程中，低熔点金属在高分子材料基体中的填充量很小，分散粒径又很大，无法形成有效的导电网络，而要在熔融共混过程中使低熔点金属的分散粒径变小则十分困难。

本申请人在中国发明专利申请CN102653609A中公开了一种导电的全硫化热塑性弹性体及其制备方法，该导电全硫化热塑性弹性体，包括共混的以下组分：a.热塑性树脂；b.具有交联结构的橡胶粒子；c.导电填料；其中所述组分b的橡胶粒子的平均粒径为0.02-1μm，凝胶含量为60%重量或更高；所述组分c的导电填料为碳纳米管；所述导电全硫化热塑性弹性体的微观相态是：所述组分a的热塑性树脂为连续相，所述组分b的橡胶粒子为分散相，所述组分c的碳纳米管分散在连续相内并分布在橡胶粒子之间；该导电热塑性弹性体的制备方法是将所属的组分a热塑性树脂、组分b具有交联结构的橡胶粒子和作为导电填料的组分c的碳纳米管在内的组分一次熔融共混而得。由此制得的导电全硫化热塑性弹性体，由于全硫化粉末橡胶粒子在共混前已经硫化，在共混过程中一直是分散相，且可以在塑料基体中达到均匀分散，这时加入少量的导电材料如碳纳米管，所加入的碳纳米管将不会分散或被包裹在橡胶相中，而是分散在塑料连续相内并分布在橡胶分散相之间。这样只要加入少量的碳纳米管，就可以形成有效导电通路，从而使所制备的热塑性弹性体具有较好的导电性能，同时其原有的其他性能基本没有受到影响。可用通常的橡塑加工方法制得。可制作具有防静电、防电磁波干扰和无尘要求的电子生产设备、工具，电子仪器、仪表外壳和无尘生产车间的装饰材料。但是该发明专利所制备的热塑性弹性体不能满足更低的体积电阻率的使用要求，限制了其使用范围，不能满足更高要求导电聚合物材料的应用要求。

发明内容

本专利申请人在研究中发现，当热塑性树脂作为连续相、具有交联结构的橡胶粒子如全硫化粉末橡胶、交联型粉末橡胶等作为分散相和碳纳米管等导电填料作为导电材料，采用共混的方法制备导电高分子材料的时候，由于全硫化粉末橡胶和交联型粉末橡胶在共混前已经发生交联或硫化，在共混过程中一直是分散相，且可以在塑料基体中达到均匀分散，使碳纳米管等导电填料将不会分散或被包裹在橡胶相中，而是分散在塑料连续相内并分布在橡胶分散相之间，形成导电通路，这时加入少量的熔点比所使用的相应的热塑性树脂的加工温度还低的低熔点金属，该低熔点金属也将不会分散或被包裹在橡胶相中，而是和碳纳米管等导电填料一起分散在塑料连续相内并分布在橡胶分散相之间；而且在熔融共混过程中，由于具有交联结构的橡胶粒子的存在，共混体系的粘度提高很大，在相同剪切速率的条件之下，体系受到更大的剪切作用，从而使分散的低熔点金属颗粒粒径变得更小，另一方面，由于分散在塑料连续相内并分布在橡胶分散相之间的同时存在的碳纳米管等导电填料，也降低了低熔点金属颗粒碰撞后重新发生合并的概率，使低熔点金属颗粒的粒径变得更小，低熔点金属颗粒在塑料连续相内分布更加均匀，和碳纳米管等导电填料一起形成更加有效的导电通路，这样采用少量的碳纳米管等导电填料和低熔点金属，就可以使最终所制备的导电聚合物复合材料具有更加优异的导电性能，体积电阻率甚至可以达到10¹Ω·CM的数量级。