[发明专利]一种聚合物基导电弹性体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及设计导电聚合物复合材料的新领域，具体涉及一种在聚合物基导电弹性体中引入交联粒子，构建具有优良界面相互作用的隔离结构的新方法。

背景技术

具有隔离结构的导电聚合物复合材料由聚合物基体、良好分散的隔离结构、导电填料组成。在导电聚合物复合材料中引入隔离结构，能够极大地降低导电聚合物复合材料的逾渗值，因此在近几十年，具有隔离结构的导电聚合物复合材料引起了越来越广泛的关注。通常，使用具有较高粘度的聚合物构建这种隔离结构，例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、天然橡胶(NR)等。有许多学者研究了在与隔离粒子不同的聚合物中添加此类隔离粒子所得复合材料的性能，不幸的是，由于此类隔离粒子与聚合物基体的界面相互作用很差，因此此类复合材料的力学性能会因为隔离结构的加入而大幅度降低，极大地限制了此类复合材料的实际应用范围。

柔性导电材料在弯曲、拉伸、扭转或折叠作用下仍然具有良好的导电性，可以广泛地应用于压力传感器、能量转换器、机器人皮肤和关节等应用领域。制备此类材料的主要方法是将导电填料与弹性聚合物基体复合制备复合导电弹性体。然而这种方法面临两个关键问题，一是如何降低导电弹性体的逾渗值，二是如何维持良好的力学性能。

本发明的目的就在于解决上述两个关键问题，提供一种在聚合物基导电弹性体中构建具有优良界面相互作用的隔离结构的新方法。利用本发明方法在聚合物基导电弹性体中构建具有优良界面相互作用的隔离结构，可以极大改善聚合物基导电弹性体的电性能，提高定伸强度，改善弹性和回弹性能。构建这种具有优良界面相互作用的隔离结构至今未见报道。

发明内容

本发明在隔离导电聚合物复合材料的基础上，提出一种在聚合物基导电弹性体中引入交联粒子，构建具有优良界面相互作用的隔离结构的新方法。本发明所制备的聚合物基导电弹性体，不仅具有较低的逾渗值，定伸强度提高，而且其弹性和回弹性能都得到了改善。

本发明的目的是提供一种在聚合物基导电弹性体中构建具有优良界面相互作用的隔离结构的新方法，该方法包括硫化、粉碎、分筛、制备母料、共混和热压成型等工艺步骤。

本发明采用如下技术方案：

本发明首先提供一种聚合物基导电弹性体的制备方法，该方法包括如下步骤：

一、胶粒的制备

A)硫化：将聚合物弹性体与硫化剂混合，进行静态交联反应或者进行动态交联反应；

B)粉碎：将所得交联产物，通过转速为10000～30000rpm的高速机械粉碎、或者冷冻粉碎方法进行粉碎，制备交联粒子；

C)分筛：通过标准分样筛，分离得出0.5～1000μm范围内的交联粒子；优选为250～850μm范围内的交联粒子；更优选为250-420μm范围内的交联粒子；

二、制备聚合物基导电弹性体

D)制备母料：将导电填料与聚合物共混，制得母料；

E)共混：将所得交联粒子与所得母料共混；其中，交联粒子的优选含量为25～75wt.％：

F)成型：将所得共混物采用热压方法成型，制得聚合物基导电弹性体或其制品。

所述的制备方法中，步骤A)中，所述硫化剂在交联粒子中的含量为0.1～5wt.％。

所述的制备方法中，步骤A)中，静态交联反应的条件为：温度125～220℃，压力5～15Mpa，优选温度为170℃，优选压力为10MPa所述动态交联反应的条件为：温度125～220℃，转速50～100rpm，优选温度为140℃、200℃。

所述的制备方法中，步骤A)中所述的聚合物类弹性体是指乙烯辛烯共聚物、天然橡胶、三元乙丙橡胶及其他可硫化的天然橡胶或合成橡胶。

所述的制备方法中，步骤A)中所述用于交联的聚合物弹性体与步骤D)中所述的聚合物相同。

所述的制备方法中，步骤A)中所述的硫化剂为有机过氧化物、硫磺、酚醛树脂硫化体系及其复配体系；有机过氧化物是指过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰、过氧苯甲酸叔丁脂、叔丁基异丙苯基过氧化物、正丁基-4，5-双(叔丁基过氧化)戊酸酯及可用于硫化橡胶的有机过氧化物。

所述的制备方法中，步骤A)步骤D)、和步骤E)中所述的混合是指熔融共混、溶液共混；熔融共混条件为140℃-200℃，转速为50rpm-75rpm。

所述的制备方法中，步骤B)中所述的粉碎方法是指干法粉碎、湿法粉碎或冷冻粉碎；步骤F)中，热压成型温度为140℃-200℃，热压压力为10MPa。