[发明专利]一种聚丙烯/镀镍玻璃纤维导电复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料及其制备方法，具体为一种聚丙烯/镀镍玻璃纤维导电复合材料及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的进步，高分子材料愈加广泛地应用于交通运输、电子电器及其他生产制造领域，在国民经济建设和人民生活中发挥着巨大的作用。通常高分子材料的体积电阻率在10¹⁰-10²⁰Ω·cm之间，是非常优秀的绝缘材料，而随着电子工业、信息技术的飞速发展，具有导电功能的高分子材料已成为高分子材料领域的重要研究方向[Wu GZ, et al. Polymer. 2010, 51:2077-2083]。聚丙烯（PP）是广泛使用的通用塑料之一，对其进行导电功能化改性后可作为抗静电材料、电磁屏蔽材料及吸波材料等，广泛应用于塑料芯片、太阳能电池、微电子工业、航空航天、军事通讯等领域。

添加导电填料是实现PP导电功能化的主要手段。其中，碳系填料和金属粉末（纤维）是当前应用较广的两大类导电填料。作为当前用量最大的一类碳系导电填料，炭黑由于具有较高的结构性、较大的比表面积以及低廉的价格而得到广泛应用。Dai等人[Dai K, et al. Composites: Part A. 2013, 55: 11-18]采用直径为30-50纳米的炭黑对聚丙烯进行导电功能化改性，通过热压成型方法制备厚度为0.1mm的炭黑/聚丙烯导电薄膜，当炭黑含量为7 vol%时，薄膜的体积电阻率由10¹⁷Ω·cm降低至10⁵Ω·cm，下降了12个数量级。但与金属填料相比，炭黑的导电性能并不突出，因此在聚合物中所需添加量较大且难以均匀分散，在追求聚合物电性能的同时往往会牺牲其宝贵的机械性能[Gulrez SKH, et al.polym composite. 2014, 35: 900-914]。

与碳系填料相比，金属填料具有更优的导电性能，因此在聚合物中所需添加量较少，避免了碳系填料添加量较大且难以均匀分散等问题。Boiteux等[Boiteux G, et al. MacromolSymp. 2006, 233: 246–253]通过熔融共混法将直径约为1 μm的银粒子与PP复合制备导电复合材料。当银粒子含量达到16vol%时，复合材料出现逾渗转变，体积电阻率由10¹⁵Ω·cm显著降低至10⁶Ω·cm。Park等[Park DH, et al. Macromol Res.2013, 21: 905-910]将镍包覆碳纤维（NCCF）作为导电填料，与PP熔融共混制备导电复合材料，当NCCF含量为15 wt%时复合材料电导率可达到8.7×10⁰S/cm。但由于金属导电填料比重较大且价格昂贵，其在聚合物导电功能化中的应用也受到一定限制。

为此，在较低导电填料含量下实现其对聚合物的功能化改性，在保证聚合物电性能的前提下实现填料在基体中的良好分散，同时有效降低成本，扩宽导电聚丙烯的应用范围，成为当前制备聚丙烯导电复合材料的研究重点与难点之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足提供一种低逾渗值导电且具有良好导电性能的聚丙烯/镀镍玻璃纤维导电复合材料及其制备方法。

本发明是采用如下的技术方案实现的：一种聚丙烯/镀镍玻璃纤维导电复合材料，包括聚丙烯和镀镍玻璃纤维，其中聚丙烯含量为73~90vol%，镀镍玻璃纤维含量为10~27vol%，所述聚丙烯为均聚聚丙烯，熔融指数为2~4 g/10min，电导率为10^-16~10^-18 S/cm，所述镀镍玻璃纤维的直径为11~17 μm，长径比为15~20，电导率为10²~10³ S/cm，镍层厚度为0.1~0.2 μm，镍层均匀包覆在玻璃纤维表面。

聚丙烯/镀镍玻璃纤维导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）先将聚丙烯与二甲苯按质量比1:8~1:10进行混合，在120~140 ℃条件下机械搅拌，使聚丙烯完全溶于二甲苯中并形成均匀的聚合物溶液；

（2）将镀镍玻璃纤维加入到步骤（1）所获得的聚合物溶液中，使聚丙烯与镀镍玻璃纤维的体积含量比为73：27~90：10，在温度不变的情况下继续机械搅拌10~30 min，使镀镍玻璃纤维均匀分散在聚合物溶液中，得到混合物；