具有超低導電渝滲值的三元共混物基復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬高分子復合材料加工領域，特別是設及具有超低導電渝滲值的=元共混 物基復合材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚合物材料的高性能化是聚合物科學與工程領域長期W來關注的熱點。由于航空 航天、電子信息、汽車工業、家用電器等技術領域的發展。對聚合物材料的機械性能、抗靜 電、耐久性、導磁W及多功能化的要求越來越高。由于大多數聚合物材料是絕緣的，為了獲 得導電的高分子材料，通常的方法是進行導電粒子填充或滲雜，通過納米粒子填充的導電 聚合物不僅具有較高的電導率，而且具有光導電性質、非線性光學性質、發光和磁性能等， 它的柔初性好，生產成本低，能效高，相比傳統金屬導電材料有不可比擬的優勢。但是納米 粒子在聚合物基體中難分散的缺點也使得更多的研究關注于如何在保證導電性能的前提 下降低復合材料的導電渝滲值。
[0003] 在過去二十年，傳統聚合物基導電復合材料仍主要集中在一元或二元聚合物基體 系中，其降低逾滲閥值的方法主要為雙逾滲結構，隔離結構與導電粒子選擇性分散在界面。 雙渝滲結構的設計思想是在兩相共連續體系中使導電粒子在一相中形成連續網絡分布，從 而達到降低渝滲值的目的。然而由于二元體系共連續度區間比較窄，形成連續相需要的組 分含量至少也在40%左右，渝滲值降低程度有限。采用常規烙融共混，構建CB導電網絡的 逾滲閥值一般為3-5wt % (主要針對高結構度CB而言，低結構度的甚至達到lOwt % W上）， 而CNTs的一般也在l-3wt%之間。隔離結構解決了導電粒子用量過高的問題，但是其加工 方法不適合大規模生產，而且二次成型之后隔離結構很難繼續保存。近年來，復合材料的學 術研究與實際工業應用的核屯、發展思想為易加工，低成本和結構高性能化。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種具有超低導電渝滲值的=元共混物基復合材料及其制 備方法。該方法得到的復合材料導電性能優良，導電粒子填充量低，操作簡單，成本低，適合 大規模生產。本發明通過多壁碳納米管MWCNTs選擇性填充分布于聚苯己締PS界面相，實 現了制備超低渝滲值聚合物導電復合材料，得到的=元共混物基復合材料的導電渝滲值只 有 0. 022vol%。
[0005] 本發明采用W下技術方案：
[0006] 具有超低導電渝滲值的=元共混物基復合材料，該復合材料是由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%的多壁碳納米管經過烙融共混制備得到；
[0007] 所述的=元共混物基復合材料的制備方法，包括W下步驟：
[0008] (1)先將預先在80°C烘箱中干燥2化的聚苯己締和多壁碳納米管按體積比組成， 通過轉矩流變儀烙融混合造粒，加工溫度為200°C，轉速為10化/min,混合時間為5min ; [000引 似將步驟（1)中所得的粒料在80°C烘箱中干燥2化，W得到多壁碳納米管填充聚 苯己締母料；
[0010] (3)將步驟（2)中所得的多壁碳納米管填充聚苯己締母料與聚偏氣己締和高密 度聚己締按體積比組成，通過轉矩流變儀烙融混合造粒，加工溫度為200°C，轉速為10化/ min,混合時間為8min，通過轉矩流變儀烙融共混，即得S元共混物基導電復合材料；
[0011] (4)將步驟（3)烙融混合均勻的復合材料粒料在平板硫化機中熱壓5min，模壓溫 度為200°C，壓力為lOMPa ;然后將試樣在相同的壓力下緩慢冷卻至室溫。
[0012] 所述聚偏氣己締的重均分子量為20萬~40萬，高密度聚己締的重均分子量為30 萬~40萬，聚苯己締的重均分子量為20萬~60萬，多壁碳納米管的直徑為20nm，長度為 10 ~30 U m。
[0013] 通過先將聚苯己締和多壁碳納米管進行烙融共混得到母料，得到的母料粒子與聚 偏氣己締和高密度聚己締再進行烙融共混，即完成了所述的=元共混物基導電復合材料制 備的要求，使得本發明有W下優點：
[0014] (1)本發明所采用的聚合物簡單易得，結構形成效果顯著，加工過程操作簡單。
[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連續結構的過程中，在不改變共連續度前提下，利用減少聚苯己締相含量的方 式降低多壁碳管用量，使得導電網絡在多壁碳管含量超低的情況下即可搭建成功，實現電 導性。
[001引 做相比二元共混物雙渝滲結構，本發明得到的導電聚合物復合材料性能優異，導 電填料用量更少，工業化實現更加實際。
【附圖說明】
[0017] 圖1為PVDF/PS/皿陽-MWCNTs復合材料電導率和MWCNTs含量關系曲線；
【具體實施方式】
[0018] W下結合具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[001引 實施例1
[0020] (1)先將預先在80°C烘箱中干燥2化的聚苯己締PS和多壁碳納米管MWCNTS按體 積比組成，通過轉矩流變儀烙融混合造粒，加工溫度為200°C，轉速為l(K)r/min，混合時間 為 5min ;
[0021] 似將步驟（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 做將步驟似中所得的MWCNTS填充PS母料與聚偏氣己締PVDF和高密度聚己締 皿陽按體積比組成，通過轉矩流變儀烙融混合造粒，加工溫度為200°C，轉速為10化/min， 混合時間為8min，通過轉矩流變儀烙融共混，即得S元共混物基導電復合材料，其體積組成 比 PVDF : PS :皿陽：CNT = 44 : 20 : 36 : 0. 1。
[0023] (4)將步驟（3)烙融混合均勻的的復合材料粒料在平板硫化機中熱壓5min，模壓 溫度為200°C，壓力為lOMPa。然后將試樣在相同的壓力下緩慢冷卻至室溫。
[0024] 復合材料的電性能按如下方法進行測試：
[0025] 把樣片裁剪成31cmX IcmXO. 2cm的試樣。由Keithley 6517B電阻計測量讀取電 阻值，用公式（1)計算試樣的體積電導率S(S.nTi); 1C
[0026] S=----- (1) pRxaxb
[0027] 式中，R為試樣的電阻（Q)，a, b，c分別為試樣的寬度，厚度和長度（m)。
[002引實施例2
[0029] (1)先將預先在80°C烘箱中干燥2化的PS和MWCNTS按體積比組成，通過轉矩流 變儀烙融混合造粒，加工溫度為200°C，轉速為10化/min,混合時間為5min;
[0030] 0)將步驟（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)將步驟（2)中所得的MWCNTS填充PS母料與PVDF和皿陽按體積比組 成，通過轉矩流變儀烙融混合造粒，加工溫度為200°C，轉速為10化/min,混合時間 為8min，通過轉矩流變儀烙融共混，即得S元共混物基導電復合材料，其體積組成比 PVDF : PS : HD陽：CNT = 44 : 20 : 36 : 0. 2。
[0032] (4)將步驟（3)烙融混合均勻的的復合材料粒料在平板硫化機中熱壓5min，模壓 溫度為200°C，壓力為lOMPa。然后將試樣在相同的壓力下緩慢冷卻至室溫。
[0033] 電性能試樣制備條件及性能測試方法均同實施例1。
[0034] 實施例3
[00巧](1)先將預先在80°C烘箱中干燥2化的PS和MWCN