[发明专利]具有连续隔离结构的导电高分子复合材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于导电高分子复合材料领域，具体涉及一种具有连续隔离结构的导电高分子复合材料及其制备方法。

背景技术：

近年来，导电高分子复合材料因为具有密度低、易加工成型、耐溶剂性和电导率可调控等优点在静电耗散、电磁屏蔽、电子传感器以及电容器等方面有着广泛的应用。然而为了获得高导电性能的导电高分子复合材料，通常需要添加大量的导电填料，而大量的导电填料会增加成型过程中的成本同时也会大大降低材料的机械性能。因此，目前在导电高分子复合材料的设计方面具有两个主要的问题：即如何降低材料的导电逾渗阈值以及如何保持甚至提高聚合物基体的机械性能。

有许多学者报道了大量关于降低导电高分子复合材料导电逾渗阈值的方法，而其中最有效、最简单的方法就是控制材料的结构使导电填料在聚合物基体中形成特殊导电网络结构。这些结构主要包括导电双逾渗结构、导电粒子选择性分布在相界面以及隔离结构等特殊结构，而这些方法中最有效、最简单的降低材料导电逾渗阈值的方法就是构建隔离结构。然而，由于很弱的界面粘合力和导电粒子与聚合物基体之间的缺陷等因素，这些方法得到的导电材料的机械性能都非常差，特别是具有隔离结构的材料，其刚性、韧性等力学性能都极差。这个问题极大地限制了导电高分子材料在工业上的应用，因此构建一种新型的具有低逾渗、高电率同时具有较好的力学性能的导电高分子复合材料是非常有必要的。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种导电高分子复合材料，其具有连续隔离结构，从而使得导电材料导电逾渗阈值低，同时该复合材料具有较强的机械性能。

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种导电高分子复合材料，其原料包括聚合物1和导电填料，该导电高分子复合材料具有连续隔离结构，所述连续隔离结构为：导电填料以粒子层构成的三维网络的形式规整地分布在聚合物1中，并且，聚合物1被导电填料粒子层分割，但同时聚合物1仍然保持连续结构。

所述聚合物1为热塑性聚合物；进一步，所述聚合物1选自聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氧化乙烯、聚烯烃弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯或热塑性硫化橡胶中的一种。所述导电填料选自炭黑、多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、碳纤维、石墨烯、金属粉末或其他导电粒子中的至少一种。

进一步，聚合物1为PP，导电填料为多壁碳纳米管或炭黑时，所述导电高分子复合材料的导电逾渗阈值分别为：PP/多壁碳纳米管0.26vol％(即多壁碳纳米管的体积占PP/多壁碳纳米管复合材料总体积的0.26％时即可构成导电网络结构)，PP/炭黑0.37vol％；或：

聚合物1为聚烯烃弹性体(POE)，导电填料为多壁碳纳米管或炭黑时，所述导电高分子复合材料的导电逾渗阈值分别为：聚烯烃弹性体/多壁碳纳米管0.39vol％，聚烯烃弹性体/炭黑0.42vol％。

本发明要解决的第二个技术问题是提供上述导电高分子复合材料的制备方法，包括步骤：

1)将聚合物1与导电填料载体熔融共混形成具有双逾渗结构的聚合物1/导电填料载体共混物，该共混物记为M1；其中，所述导电填料载体为聚合物2与导电填料共混形成的聚合物2/导电填料复合材料，聚合物2与聚合物1不相容；并且，M1中导电填料选择性分布在聚合物2中；本发明中，聚合物1与聚合物2的用量只要满足聚合物1与导电填料载体通过熔融共混聚合物1和聚合物2能够形成共连续相结构即可，导电填料的添加量根据实际使用用途和要求确定其添加量即可；

2)将M1采用溶剂浸泡法选择性地将其中的聚合物2相完全溶解，然后经干燥、去除溶剂，得到多孔的聚合物1/导电填料复合材料；

3)将步骤2)所得多孔的聚合物1/导电填料复合材料经过热压工艺制备出具有连续隔离结构的聚合物1/导电填料复合材料，即导电高分子复合材料。

所述聚合物2为热塑性聚合物；进一步，所述聚合物2选自聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氧化乙烯、聚烯烃弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯或热塑性硫化橡胶中的一种。

进一步，所述导电高分子材料的制备方法中，

所述聚合物1为聚丙烯，聚合物2为聚苯乙烯；或：

所述聚合物1为聚乙烯，聚合物2为聚苯乙烯；或：

所述聚合物1为聚烯烃弹性体，聚合物2为聚氧化乙烯；或：

所述聚合物1为聚丙烯，聚合物2为聚甲基丙烯酸甲酯；或：

所述聚合物1为聚丙烯，聚合物2为热塑性硫化橡胶。

优选的，步骤2)中，溶剂选择能将聚合物2溶解，而对聚合物1不溶解的溶剂。进一步，所述溶剂为二甲苯、去离子水、甲苯、二氯甲烷、氯仿、环己烷中的至少一种。