[发明专利]一种超高分子量聚乙烯/镍导电复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料领域，具体是一种超高分子量聚乙烯/镍导电复合材料的制备方法。

背景技术

导电高分子复合材料是通过向高分子基体中加入一定量导电填料复合而成的，相比于本征型导电高分子材料来说，具有成本低、电导率可控、应用范围广泛等优点。导电高分子复合材料以其良好的导电性能及优异的加工性能，在航空航天、能源、电子、生物医学等领域具有广阔的应用前景。

碳系填料和金属粉末(纤维)是目前应用较广泛的两大类导电填料。其中，金属填料的导电性能和电磁屏蔽性能都明显优于碳系填料。以金属粉末或金属纤维为填料制备的导电高分子复合材料不仅具有优良的导电性能和电磁屏蔽性能，而且还具有良好的导热性能。AndrzejRybak等人[AndrzejRybak,etal.CompositesScienceandTechnology,2010,70:410-416]利用聚对苯二甲酸丁二醇酯-银(PBT–Ag)的混合物作为母料，制备具有两相结构的高密度聚乙烯(HDPE)/PBT–Ag导电复合材料，所制得复合材料的逾渗值为8.2vol％。常用的金属填料有银、铜、镍等。但由于金属填料价格昂贵，导致复合材料的成本较高，因此在制备导电高分子复合材料的过程中，降低填料用量，获得具有更低逾渗值的复合材料尤为重要。

为获得具有更低逾渗值的导电高分子复合材料，一方面要求导电填料具有较小的尺度，另一方面要求对导电网络进行形态控制[DengH,etal.ProgPolymSci,2014,39:627-655]。研究发现，填料在基体中的隔离分散能有效促进导电网络的形成[ZhangSM,etal.ACSApplMaterInterfac,2014,6:6835-6844]。与填料无规分散在整个基体中的传统复合材料相比，具有隔离网络结构的导电高分子复合材料是将导电填料用基体相隔离。这种具有隔离结构的复合材料相对于普通导电复合材料具有更低的逾渗值，且在较低填料含量下能够表现出优异的导电性能。因此，制备具有隔离结构的导电高分子复合材料是实现复合材料高导电、低成本的有效途径。

超高分子量聚乙烯是一种具有线型结构且综合性能优异的热塑性工程塑料，在高性能轻质复合材料方面显示出极大的优势，在航空航天、海域防御装备以及工业生产等领域发挥着重要作用。但是，超高分子量聚乙烯良好的绝缘特性也部分限制了它的使用。因此，对超高分子量聚乙烯进行导电功能化改性，制备得到具有高导电特性的复合材料可以极大地扩展其应用范围，因而具有重要的开发价值。

综上所述，制备具有低逾渗值和优异导电性能的超高分子量聚乙烯复合材料具有重要的研究意义及应用价值。

发明内容

本发明旨在扩展超高分子量聚乙烯的应用范围，提供了一种超高分子量聚乙烯/镍导电复合材料的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：超高分子量聚乙烯/镍导电复合材料的制备方法，其步骤为：将镀镍超高分子量聚乙烯粉末放入到模具中，在180～200℃、10～15MPa条件下热压5-10min成型，则得到具有隔离结构以及高导电、低逾渗特点的超高分子量聚乙烯/镍复合材料。

本发明以镀镍超高分子量聚乙烯粉末为原料，通过热压成型工艺制备超高分子量聚乙烯/镍导电复合材料，其中，具有核-壳结构的复合粒子实现了金属镍在超高分子量聚乙烯粉末表面的均匀包覆，在模压成型过程中，超高分子量聚乙烯在熔融状态下的高粘度限制了壳层金属镍的扩散，起到了良好的堆挤和隔离效果，最终获得电导率可控且具有隔离结构的超高分子量聚乙烯/镍导电复合材料。

另外，本发明进一步提供了所述镀镍超高分子量聚乙烯粉末，该粉末是由核层结构的超高分子量聚乙烯以及壳层结构的金属镍构成的，其中超高分子量聚乙烯的含量为97.42vol％～98.98vol％，金属镍的含量为1.02vol％～2.58vol％。本发明所制备的具有隔离结构的复合材料，在金属镍含量极低的情况下，能够显著提高复合材料的电导率，实现复合材料高导电、低逾渗的目标，同时，通过改变镍含量，可以调节复合材料的电导率，得到电导率稳定，重现性好的超高分子量聚乙烯/镍复合材料。

附图说明

图1为超高分子量聚乙烯/镍导电复合材料的电导率与镍含量的关系曲线图。从图中可以看出，随着镍含量的增加，复合材料的电导率随之升高，并表现出典型的导电逾渗行为。

图2为根据经典逾渗理论公式计算得到的导电逾渗值线性拟合曲线，计算得到复合材料的导电逾渗值为φ_c＝1.015vol％。