[发明专利]一种导电的结构胶接材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于结构胶接技术领域，涉及一种导电且高性能的结构胶接材料及其制备方法。

背景技术

基于高分子的粘结剂材料，结构胶接技术在机械制造、航空航天、电器电子以及能源装备等领域有着广泛的应用，这即包括金属材料之间的胶接，也包括非金属材料的胶接，特别是异质材料之间的胶接等，还包括一些特殊结构的胶接例如蜂窝结构的胶接等。对胶接接头的基本技术要求是胶接牢固、可靠，即良好的连接力学使用性质，这主要指接头的强度、韧性及其持久性能，在一些特定的场合，也会要求接头在力学使用性能良好的同时具有一定的导电功能。

为了使胶接接头导电，通常的办法是在高分子基胶粘剂材料中添加导电的金属粒子，形成填充导电的粘结剂材料，其导电原理在于高分子粘结剂材料中分散相的金属粒子的相互接触，当金属粒子的含量达到所谓“渗流阈值”，即在胶接材料内部形成所谓“渗流”导电网络的时候，胶接接头才会出现较高的导电性，对此，《复合导电高分子材料的功能原理》(益小苏。国防工业出版社，2004，北京)一书及其引用的大量文献和参考专利进行了深入的理论分析和应用示例。

如这些文献所述，大量填充导电金属粒子带来一系列负面问题。其一，这些金属粒子通常对粘结剂材料的结构性能(即内聚力学性能)以及特征性的粘结性能(界面粘附性能)没有什么帮助，因此，大量添加金属粒子降低了粘结剂材料自身的力学性能；其二，大量添加金属粒子导致粘结剂材料的黏度增加，结构胶接的工艺和施工特性劣化；其三，大量填充金属粒子增加了材料的成本；其四，对一些重量敏感的场合如航空航天，大量的金属粒子的存在增加了胶接接头的质量，尽管这种增加在绝对值上不算太大。由于以上这些问题，现行的导电粘结剂材料一般被局限在一些特定的品种和一些特定的应用场合，它们价格昂贵，并且通常与高性能的结构胶接技术无缘。

发明内容

本发明的目的是，针对现行导电粘结剂材料及其制备技术中存在的问题，本发明提出一种导电结构胶接材料及其制备方法。

本发明的技术解决方案是，

导电结构胶结材料至少由导电的增强织物和浸渍充满其中的结构胶结剂组成，导电的增强织物层数为1～5层，结构胶结剂至少充分填充织物孔隙并覆盖织物表面；其中导电的增强织物由高孔隙率的织物和附载在其表面的小尺寸、低维导电网络构成，或由高孔隙率的织物和附着在表面的金属镀层构成，构成增强织物的纤维直径为20～100μm，织物的孔隙率为70％～95％，表观厚度为50～200μm；其中，小尺寸、低维导电网络是银纳米线，或银纳米线和碳纳米管、石墨烯、气相生长碳纤维(VGCF)中的一种或几种的混合物，附着于织物纤维表面形成，附着的量为1～10g/m²；其中金属镀层是银、镍、铜材质，镀层厚度为100nm～3μm；浸渍充满其中的结构胶结剂是热固性的环氧树脂、不饱和聚酯、苯并噁嗪树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂，或热塑性的EVA、EAA热熔胶、尼龙、聚醚砜(PES)、聚乙烯(LDPE和HDPE)、聚酯酰胺(PEA)、聚氨酯(TPU)热熔胶。

织物材质包括尼龙、聚酯、聚氨酯、聚芳醚酮、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚醚砜、聚醚醚酮、芳纶纤维、聚苯硫醚、玻璃纤维，编织形态为织造或非织造的织物，其织造方式可以为单向、平纹、斜纹、缎纹，其非织造方式主要是无纺布。

制备导电的结构粘结材料的方法，(1)选取增强织物，其中构成增强织物的纤维直径为20～100μm，织物的孔隙率为70％～95％，表观厚度为50～200μm；(2)再将导电介质附载到增强织物表面，附载方法为：将导电介质分散到不破坏和不溶解连续纤维增强织物且不破坏导电介质的溶剂中形成分散液，将分散液直接喷涂在织物载体上，或将增强织物直接浸泡在分散液中并取出，或将分散液在负压下通过增强织物，附载量的控制通过分散液的浓度或喷涂的次数来实现，控制为1～10g/m²，最后，将附载了导电介质的织物干燥，得到导电化改性的增强织物；(3)将粘接剂和数层的导电的增强织物复合，根据所需最终胶膜厚度和增强织物厚度，将层数控制在1～5层，复合方法为热熔法或溶液浸渍法，粘剂剂的用量至少保证充分填充织物孔隙并覆盖织物表面，冷却或溶剂挥发后得到导电的结构粘结材料。