一種超高分子量聚乙烯/鎳導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是一種超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材 料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是通過向高分子基體中加入一定量導(dǎo)電填料復(fù)合而成的，相 比于本征型導(dǎo)電高分子材料來說，具有成本低、電導(dǎo)率可控、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)。導(dǎo)電高 分子復(fù)合材料W其良好的導(dǎo)電性能及優(yōu)異的加工性能，在航空航天、能源、電子、生物醫(yī)學(xué) 等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0003] 碳系填料和金屬粉末（纖維）是目前應(yīng)用較廣泛的兩大類導(dǎo)電填料。其中，金 屬填料的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能都明顯優(yōu)于碳系填料。W金屬粉末或金屬纖維為填 料制備的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料不僅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽性能，而且還具有良 好的導(dǎo)熱性能。An化zejRybak等人[An化zejRybak,etal.CompositesScienceand Technology,2010, 70:410-416]利用聚對苯二甲酸下二醇醋-銀（PBT-Ag)的混合物作為 母料，制備具有兩相結(jié)構(gòu)的高密度聚乙締（皿PE)/PBT-Ag導(dǎo)電復(fù)合材料，所制得復(fù)合材料 的逾滲值為8.2V01%。常用的金屬填料有銀、銅、儀等。但由于金屬填料價(jià)格昂貴，導(dǎo)致復(fù) 合材料的成本較高，因此在制備導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的過程中，降低填料用量，獲得具有更 低逾滲值的復(fù)合材料尤為重要。
[0004] 為獲得具有更低逾滲值的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，一方面要求導(dǎo)電填料具有 較小的尺度，另一方面要求對導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行形態(tài)控制巧engH,etal.Pro評olymS Ci,2014, 39:627-655]。研究發(fā)現(xiàn)，填料在基體中的隔離分散能有效促進(jìn)導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的形成 [ZhangSM,etal.ACSApplMaterInte;rfac, 2014, 6:6835-6844]。與填料無規(guī)分散在整 個基體中的傳統(tǒng)復(fù)合材料相比，具有隔離網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是將導(dǎo)電填料用 基體相隔離。運(yùn)種具有隔離結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料相對于普通導(dǎo)電復(fù)合材料具有更低的逾滲值， 且在較低填料含量下能夠表現(xiàn)出優(yōu)異的導(dǎo)電性能。因此，制備具有隔離結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子 復(fù)合材料是實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料高導(dǎo)電、低成本的有效途徑。
[0005] 超高分子量聚乙締是一種具有線型結(jié)構(gòu)且綜合性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料，在高 性能輕質(zhì)復(fù)合材料方面顯示出極大的優(yōu)勢，在航空航天、海域防御裝備W及工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng) 域發(fā)揮著重要作用。但是，超高分子量聚乙締良好的絕緣特性也部分限制了它的使用。因 此，對超高分子量聚乙締進(jìn)行導(dǎo)電功能化改性，制備得到具有高導(dǎo)電特性的復(fù)合材料可W 極大地?cái)U(kuò)展其應(yīng)用范圍，因而具有重要的開發(fā)價(jià)值。
[0006]綜上所述，制備具有低逾滲值和優(yōu)異導(dǎo)電性能的超高分子量聚乙締復(fù)合材料具有 重要的研究意義及應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明旨在擴(kuò)展超高分子量聚乙締的應(yīng)用范圍，提供了一種超高分子量聚乙締/ 儀導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法。
[0008] 本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料的制備 方法，其步驟為：將鍛儀超高分子量聚乙締粉末放入到模具中，在180~200°C、10~15MPa 條件下熱壓5-lOmin成型，則得到具有隔離結(jié)構(gòu)W及高導(dǎo)電、低逾滲特點(diǎn)的超高分子量聚 乙締/儀復(fù)合材料。
[0009] 本發(fā)明W鍛儀超高分子量聚乙締粉末為原料，通過熱壓成型工藝制備超高分子量 聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料，其中，具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子實(shí)現(xiàn)了金屬儀在超高分子量聚 乙締粉末表面的均勻包覆，在模壓成型過程中，超高分子量聚乙締在烙融狀態(tài)下的高粘度 限制了殼層金屬儀的擴(kuò)散，起到了良好的堆擠和隔離效果，最終獲得電導(dǎo)率可控且具有隔 離結(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0010] 另外，本發(fā)明進(jìn)一步提供了所述鍛儀超高分子量聚乙締粉末，該粉末是由核層結(jié) 構(gòu)的超高分子量聚乙締W及殼層結(jié)構(gòu)的金屬儀構(gòu)成的，其中超高分子量聚乙締的含量為 97. 42vol%~98. 98vol%，金屬儀的含量為1. 02vol%~2. 58vol%。本發(fā)明所制備的具有 隔離結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，在金屬儀含量極低的情況下，能夠顯著提高復(fù)合材料的電導(dǎo)率，實(shí)現(xiàn) 復(fù)合材料高導(dǎo)電、低逾滲的目標(biāo)，同時(shí)，通過改變儀含量，可W調(diào)節(jié)復(fù)合材料的電導(dǎo)率，得到 電導(dǎo)率穩(wěn)定，重現(xiàn)性好的超高分子量聚乙締/儀復(fù)合材料。
【附圖說明】
[0011] 圖1為超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料的電導(dǎo)率與儀含量的關(guān)系曲線圖。從 圖中可W看出，隨著儀含量的增加，復(fù)合材料的電導(dǎo)率隨之升高，并表現(xiàn)出典型的導(dǎo)電逾滲 行為。
[001引圖2為根據(jù)經(jīng)典逾滲理論公式0=飾（(P-恥）H十算得到的導(dǎo)電逾滲值線性擬合曲 線，計(jì)算得到復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲值為4。= 1.015VO1%。
[0013] 圖3為所制備超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料（儀含量為1. 02vol% )的光 學(xué)顯微鏡照片。從圖中可W看出，黑色部分為金屬儀形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，由于超高分子量聚乙 締基體的排斥效應(yīng)限制了導(dǎo)電儀層的擴(kuò)散，使得金屬儀形成了均勻的網(wǎng)狀導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例一：
[0015] 將超高分子量聚乙締與儀的體積含量比為97. 42 :2. 58的鍛儀超高分子量聚乙締 粉末放入到模具中，在180°C、10MPa的條件下熱壓5min成型，得到具有隔離結(jié)構(gòu)、高電導(dǎo)率 的超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料。
[001引實(shí)施例二：
[0017] 將超高分子量聚乙締與儀的體積含量比為98. 32 :1. 68的鍛儀超高分子量聚乙締 粉末放入到模具中，在190°C、IOMPa條件下熱壓5min成型，得到具有隔離結(jié)構(gòu)W及高導(dǎo)電 特性的超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料。
[001引實(shí)施例S:
[0019] 將超高分子量聚乙締與儀的體積含量比為98. 83 :1. 17的鍛儀超高分子量聚乙締 粉末放入到模具中，在200°C、12MPa條件下熱壓5min成型，得到具有隔離結(jié)構(gòu)W及高導(dǎo)電 特性的超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0020] 實(shí)施例四；
[0021] 將超高分子量聚乙締與儀的體積含量比為98. 91 :1. 09的鍛儀超高分子量聚乙締 粉末放入到模具中，在185°C、15MPa條件下熱壓5min成型，得到具有隔離結(jié)構(gòu)W及高導(dǎo)電 特性的超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料。
[002引 實(shí)施例五：
[002引將超高分子量聚乙締與儀的體積含量比為98. 98 :1. 02的鍛儀超高分子量聚乙締 粉末放入到模具中，在190°C、llMPa條件下熱壓5min成型，得到具有隔離結(jié)構(gòu)W及高導(dǎo)電 特性的超高分子量聚乙締/儀導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0024] 表1實(shí)施例一到實(shí)施例五所制得復(fù)合材料的電導(dǎo)率
[00 巧]
[0026]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 超高分子量聚乙烯/鎳導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，其步驟為：將鍍鎳超 高分子量聚乙烯粉末放入到模具中，在180~200°c、10~15MPa條件下熱壓5-10min成型，則 得到具有隔離結(jié)構(gòu)以及高導(dǎo)電、低逾滲特點(diǎn)的超高分子量聚乙稀/鎳復(fù)合材料。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述超高分子量聚乙烯/鎳導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其特征在于， 其步驟為：所述鍍鎳超高分子量聚乙烯粉末是由核層結(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙烯以及殼層結(jié) 構(gòu)的金屬鎳構(gòu)成的，其中超高分子量聚乙烯的含量為97. 42vol%~98. 98vol%，金屬鎳的含 量為 1. 02νο1%~2· 58vol%〇
【專利摘要】本發(fā)明涉及聚合物復(fù)合材料領(lǐng)域，具體是一種超高分子量聚乙烯/鎳導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，其步驟為：將鍍鎳超高分子量聚乙烯粉末放入到模具中，在180~200℃、10~15MPa條件下熱壓5-10min成型，則得到具有隔離結(jié)構(gòu)以及高導(dǎo)電、低逾滲特點(diǎn)的超高分子量聚乙烯/鎳復(fù)合材料。本發(fā)明通過熱壓成型工藝制備超高分子量聚乙烯/鎳導(dǎo)電復(fù)合材料，其中，具有核-殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合粒子實(shí)現(xiàn)了金屬鎳在超高分子量聚乙烯粉末表面的均勻包覆，在模壓成型過程中，超高分子量聚乙烯在熔融狀態(tài)下的高粘度限制了殼層金屬鎳的擴(kuò)散，起到了良好的堆擠和隔離效果，最終獲得電導(dǎo)率可控且具有隔離結(jié)構(gòu)的超高分子量聚乙烯/鎳導(dǎo)電復(fù)合材料。
【IPC分類】C08K3/08, C08L23/06
【公開號】CN105295178
【申請?zhí)枴緾N201510869396
【發(fā)明人】段宏基, 許亞東, 劉亞青, 楊雅琦, 趙貴哲, 柳學(xué)義
【申請人】中北大學(xué)
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年12月1日