[发明专利]一种高密度聚乙烯基导电复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高密度聚乙烯基导电复合材料及其制备方法，制备方法包括以下步骤：(1)将导电填料、增强体填料和钛酸酯水合溶液混合后，进行高速剪切，使导电填料和增强体填料充分分散在钛酸酯水介子中，得到混合浆料；将混合浆料进行脱水，得到无机填料粉体；(2)将步骤(1)所得的无机填料粉体和高密度聚乙烯混合后密炼、造粒，得到颗粒物料；(3)将步骤(2)所得的颗粒物料热压成型，得到高密度聚乙烯基导电复合材料。本发明制得的复合材料导电板电导率＞100S/cm；弯曲强度为＞50MPa；电化学腐蚀速率＜10μA/cm²；与目前已有报道的导电复合材料相比，性能更优异，且工业化可行。

技术领域

本发明属于工程材料制备技术领域，涉及有关导电复合材料的制备技术，具体地说，是一种具有导电功能的高密度聚乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

导电复合材料因具有良好的导电性能，高的比强度、比模量等一系列优越的机械性能，在储能技术，如钠硫电池、全钒液流电池、甲基磺酸铅液流电池等氧化还原液流电池领域得到了广泛应用。但由于常时间持续暴露在酸性的工况条件下，会导致性能恶化，特别是导电性能，缩短其使用期限。首先，电极材料要具有高的抗氧化性、耐腐蚀性，从而保证了电极材料使用寿命；其次，电极材料具备优良的导电性，减少了电流在电极板传输时的能量损耗，这也是电极材料选择基本要素之一；最后，电极材料要有良好的致密性及综合力学性能，满足电池在装配过程中的强度要求。

目前，已报道导电复合材料的电极板电导率＜10S/cm；弯曲强度为＜40MPa；电化学腐蚀速率＞15μA/cm²。有必要进一步改善导电板的性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种具有优异的导电功能、机械性能和耐电化学腐蚀性的高密度聚乙烯复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高密度聚乙烯基导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将导电填料、增强体填料和钛酸酯水合溶液混合后，进行高速剪切，使导电填料和增强体填料充分分散在钛酸酯水介子中，得到混合浆料；将混合浆料进行脱水，得到无机填料粉体；

(2)将步骤(1)所得的无机填料粉体和高密度聚乙烯混合后密炼、造粒，得到颗粒物料；

(3)将步骤(2)所得的颗粒物料热压成型，得到高密度聚乙烯基导电复合材料。

优选的，所述钛酸酯水合溶液的制备过程为：将钛酸酯加入去离子水中，在在45-55℃下磁力搅拌8-12min，形成钛酸酯水合溶液。

优选的，所述钛酸酯为三异硬脂酰基钛酸异丙酯、三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯或二(二辛基焦磷酰氧基)烃乙酸钛酸酯中的一种或多种。

优选的，所述步骤(1)中，所述导电填料为鳞片石墨和导电炭黑的混合物；所述增强体填料为短切碳纤维；所述鳞片石墨的粒径为100-400目，所述导电炭黑的粒径为30-40nm，所述短切碳纤维的长度＜2mm。

优选的，所述鳞片石墨、导电炭黑、短切碳纤维、钛酸酯、去离子水和高密度聚乙烯的质量比为100∶15-25∶5.8∶2.4-2.6∶500∶40-55。

优选的，所述步骤(1)中，所述高速剪切的过程为：先在2500-3000r/min的转速下分散8-12min，使导电填料和增强体材料完全润湿；再在9000-11000r/min下高速剪切0.5-1.5小时。

优选的，所述脱水过程为：将混合浆料铺展至厚度＜5mm，再在80-120℃下进行真空抽提1-3h。

优选的，所述密炼温度为170-190℃，时间为1-3h。