具有超低导电渝渗值的三元共混物基复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属高分子复合材料加工领域，特别是设及具有超低导电渝渗值的=元共混 物基复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚合物材料的高性能化是聚合物科学与工程领域长期W来关注的热点。由于航空 航天、电子信息、汽车工业、家用电器等技术领域的发展。对聚合物材料的机械性能、抗静 电、耐久性、导磁W及多功能化的要求越来越高。由于大多数聚合物材料是绝缘的，为了获 得导电的高分子材料，通常的方法是进行导电粒子填充或渗杂，通过纳米粒子填充的导电 聚合物不仅具有较高的电导率，而且具有光导电性质、非线性光学性质、发光和磁性能等， 它的柔初性好，生产成本低，能效高，相比传统金属导电材料有不可比拟的优势。但是纳米 粒子在聚合物基体中难分散的缺点也使得更多的研究关注于如何在保证导电性能的前提 下降低复合材料的导电渝渗值。
[0003] 在过去二十年，传统聚合物基导电复合材料仍主要集中在一元或二元聚合物基体 系中，其降低逾渗阀值的方法主要为双逾渗结构，隔离结构与导电粒子选择性分散在界面。 双渝渗结构的设计思想是在两相共连续体系中使导电粒子在一相中形成连续网络分布，从 而达到降低渝渗值的目的。然而由于二元体系共连续度区间比较窄，形成连续相需要的组 分含量至少也在40%左右，渝渗值降低程度有限。采用常规烙融共混，构建CB导电网络的 逾渗阀值一般为3-5wt % (主要针对高结构度CB而言，低结构度的甚至达到lOwt % W上）， 而CNTs的一般也在l-3wt%之间。隔离结构解决了导电粒子用量过高的问题，但是其加工 方法不适合大规模生产，而且二次成型之后隔离结构很难继续保存。近年来，复合材料的学 术研究与实际工业应用的核屯、发展思想为易加工，低成本和结构高性能化。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种具有超低导电渝渗值的=元共混物基复合材料及其制 备方法。该方法得到的复合材料导电性能优良，导电粒子填充量低，操作简单，成本低，适合 大规模生产。本发明通过多壁碳纳米管MWCNTs选择性填充分布于聚苯己締PS界面相，实 现了制备超低渝渗值聚合物导电复合材料，得到的=元共混物基复合材料的导电渝渗值只 有 0. 022vol%。
[0005] 本发明采用W下技术方案：
[0006] 具有超低导电渝渗值的=元共混物基复合材料，该复合材料是由40vol %~ 45vol %的聚偏氣己締，40vol %~55vol %的高密度聚己締，20vol %的聚苯己締和 0. 025vol%~0. 5vol%的多壁碳纳米管经过烙融共混制备得到；
[0007] 所述的=元共混物基复合材料的制备方法，包括W下步骤：
[0008] (1)先将预先在80°C烘箱中干燥2化的聚苯己締和多壁碳纳米管按体积比组成， 通过转矩流变仪烙融混合造粒，加工温度为200°C，转速为10化/min,混合时间为5min ; [000引 似将步骤（1)中所得的粒料在80°C烘箱中干燥2化，W得到多壁碳纳米管填充聚 苯己締母料；
[0010] (3)将步骤（2)中所得的多壁碳纳米管填充聚苯己締母料与聚偏氣己締和高密 度聚己締按体积比组成，通过转矩流变仪烙融混合造粒，加工温度为200°C，转速为10化/ min,混合时间为8min，通过转矩流变仪烙融共混，即得S元共混物基导电复合材料；
[0011] (4)将步骤（3)烙融混合均匀的复合材料粒料在平板硫化机中热压5min，模压温 度为200°C，压力为lOMPa ;然后将试样在相同的压力下缓慢冷却至室温。
[0012] 所述聚偏氣己締的重均分子量为20万~40万，高密度聚己締的重均分子量为30 万~40万，聚苯己締的重均分子量为20万~60万，多壁碳纳米管的直径为20nm，长度为 10 ~30 U m。
[0013] 通过先将聚苯己締和多壁碳纳米管进行烙融共混得到母料，得到的母料粒子与聚 偏氣己締和高密度聚己締再进行烙融共混，即完成了所述的=元共混物基导电复合材料制 备的要求，使得本发明有W下优点：
[0014] (1)本发明所采用的聚合物简单易得，结构形成效果显著，加工过程操作简单。
[0015] (2)先加入多壁碳管和聚苯己締共混可W使得多壁碳管有限分布于聚苯己締相 中，在形成S连续结构的过程中，在不改变共连续度前提下，利用减少聚苯己締相含量的方 式降低多壁碳管用量，使得导电网络在多壁碳管含量超低的情况下即可搭建成功，实现电 导性。
[001引 做相比二元共混物双渝渗结构，本发明得到的导电聚合物复合材料性能优异，导 电填料用量更少，工业化实现更加实际。
【附图说明】
[0017] 图1为PVDF/PS/皿阳-MWCNTs复合材料电导率和MWCNTs含量关系曲线；
【具体实施方式】
[0018] W下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
[001引 实施例1
[0020] (1)先将预先在80°C烘箱中干燥2化的聚苯己締PS和多壁碳纳米管MWCNTS按体 积比组成，通过转矩流变仪烙融混合造粒，加工温度为200°C，转速为l(K)r/min，混合时间 为 5min ;
[0021] 似将步骤（1)中所得的粒料在80°C烘箱中干燥2化，W得到MWCNTS填充PS母 料；
[002引 做将步骤似中所得的MWCNTS填充PS母料与聚偏氣己締PVDF和高密度聚己締 皿阳按体积比组成，通过转矩流变仪烙融混合造粒，加工温度为200°C，转速为10化/min， 混合时间为8min，通过转矩流变仪烙融共混，即得S元共混物基导电复合材料，其体积组成 比 PVDF : PS :皿阳：CNT = 44 : 20 : 36 : 0. 1。
[0023] (4)将步骤（3)烙融混合均匀的的复合材料粒料在平板硫化机中热压5min，模压 温度为200°C，压力为lOMPa。然后将试样在相同的压力下缓慢冷却至室温。
[0024] 复合材料的电性能按如下方法进行测试：
[0025] 把样片裁剪成31cmX IcmXO. 2cm的试样。由Keithley 6517B电阻计测量读取电 阻值，用公式（1)计算试样的体积电导率S(S.nTi); 1C
[0026] S=----- (1) pRxaxb
[0027] 式中，R为试样的电阻（Q)，a, b，c分别为试样的宽度，厚度和长度（m)。
[002引实施例2
[0029] (1)先将预先在80°C烘箱中干燥2化的PS和MWCNTS按体积比组成，通过转矩流 变仪烙融混合造粒，加工温度为200°C，转速为10化/min,混合时间为5min;
[0030] 0)将步骤（1)中所得的粒料在80°C烘箱中干燥24h，W得到MWCNTS填充PS母 料；
[0031] (3)将步骤（2)中所得的MWCNTS填充PS母料与PVDF和皿阳按体积比组 成，通过转矩流变仪烙融混合造粒，加工温度为200°C，转速为10化/min,混合时间 为8min，通过转矩流变仪烙融共混，即得S元共混物基导电复合材料，其体积组成比 PVDF : PS : HD阳：CNT = 44 : 20 : 36 : 0. 2。
[0032] (4)将步骤（3)烙融混合均匀的的复合材料粒料在平板硫化机中热压5min，模压 温度为200°C，压力为lOMPa。然后将试样在相同的压力下缓慢冷却至室温。
[0033] 电性能试样制备条件及性能测试方法均同实施例1。
[0034] 实施例3
[00巧](1)先将预先在80°C烘箱中干燥2化的PS和MWCN