[发明专利]一种聚烯烃基导电和介电复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚烯烃基导电和介电复合材料的新领域，具体涉及一种聚烯烃基导电和介电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。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一般都非常差，特别是具有隔离结构的材料，其刚性、韧性等力学性能一般都极差；同时，构建特殊结构又势必会带来复杂加工工艺过程，这些问题极大地限制了导电高分子材料在工业上的生产和应用，因此如何简便地制备一种具有低逾渗、高电导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

本发明针对上述缺陷，提供一种聚烯烃基导电和介电复合材料，本发明所制得的聚烯烃基导电和介电复合材料导电逾渗较低，并兼具良好的介电性能和力学性能。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚烯烃基导电和介电复合材料，其原料成分及其重量份数包括：聚烯烃基体70～95份，乙烯-辛烯嵌段共聚物5～30份，导电填料0.1～15份。

进一步，所述聚烯烃基导电和介电复合材料的导电逾渗值为1～1.8wt％。

进一步，所述聚烯烃基导电和介电复合材料的断裂伸长率为930～1600％。

所述聚烯烃基体为聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯。

所述导电填料为炭黑、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一种或几种。

本发明要解决的第二个技术问题是提供上述聚烯烃基导电和介电复合材料的制备方法，即将聚烯烃基体、乙烯-辛烯嵌段共聚物和导电填料在各原料的熔点以上、热分解温度以下进行熔融共混，得到导电填料均匀分布的聚烯烃基体/乙烯-辛烯嵌段共聚物/导电填料复合材料，即聚烯烃基导电和介电复合材料。

本发明要解决的第三个技术问题是提供另一种上述聚烯烃基导电复合材料的制备方法，制备方法包括如下步骤：

1)将乙烯-辛烯嵌段共聚物和导电填料在乙烯-辛烯嵌段共聚物的熔点以上、热分解温度以下进行熔融共混，得到导电填料均匀分布的乙烯-辛烯嵌段共聚物/导电填料共混料；

2)然后将乙烯-辛烯嵌段共聚物/导电填料共混料与聚烯烃基体在原料的熔点以上、热分解温度以下进行熔融共混得聚烯烃基体/乙烯-辛烯嵌段共聚物/导电填料复合材料，即聚烯烃基导电和介电复合材料。

所述的制备方法，所述熔融共混条件为：温度125～220℃，优选温度为140℃-200℃。

本发明中，不管是三种原料一起共混，还是先将导电填料与乙烯-辛烯前段共聚物共混，均能使导电填料均匀分散在整个共混物中；即本发明复合材料制备时不受加料顺序的影响。

本发明要解决的第四个技术问题是提供一种促进聚烯烃材料中导电填料分散均匀的方法，即在聚烯烃材料和导电填料中引入乙烯-辛烯嵌段共聚物(OBC)，其中，聚烯烃基体、乙烯-辛烯嵌段共聚物和导电填料的比例为：聚烯烃基体70～95重量份，乙烯-辛烯嵌段共聚物5～30重量份，导电填料0.1～15重量份。

进一步，上述促进聚烯烃材料中导电填料分散均匀的方法为：将聚烯烃基体、乙烯-辛烯嵌段共聚物和导电填料在各原料的熔点以上、热分解温度以下进行熔融共混，得到导电填料均匀分散的聚烯烃基体/乙烯-辛烯嵌段共聚物/导电填料复合材料；或者：

所述促进聚烯烃材料中导电填料分散均匀的方法为：先将乙烯-辛烯嵌段共聚物和导电填料在乙烯-辛烯嵌段共聚物的熔点以上、热分解温度以下进行熔融共混，得到导电填料均匀分布的乙烯-辛烯嵌段共聚物/导电填料共混料；然后将乙烯-辛烯嵌段共聚物/导电填料共混料与聚烯烃基体在原料的熔点以上、热分解温度以下进行熔融共混得聚烯烃/乙烯-辛烯嵌段共聚物/导电填料复合材料。