[发明专利]一种高分子复合导电材料电线芯材及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高分子复合导电材料，尤其是一种高分子复合导电材料电线芯材。

背景技术

当前所使用的导电电线，绝大多数为铜、铝芯导电电线，成本高、重量大、易腐蚀。铜的导电率较高，但原材料费用昂贵；铝的重量较轻，但在需要高导电率条件下不能满足使用需求。近年来，也出现了一些导电复合材料，是把导电物质添加到高分子材料中形成的多相复合材料，通过层压复合、分散复合、表面导电膜等方式构成的一种功能高分子材料。层压复合法是将碳纤维毡、金属丝网等导电层与高分子塑料基体层叠和层压在一起，具有导电料分布均匀，机械强度不会下降、导电料不露出表面等优点，但加工制备困难，导电性能不易调整。分散复合法将导电填料与聚合物基体材料混合分散在基体材料中，用此方法制备的导电复合材料导电性能易于调整，加工制备工艺简单，同时也存在导电填料分布不均匀、导电填料与聚合物粘结性差、导电填料脱落导致环境污染等问题。表面导电膜方式制备导电高分子材料，本质上与层压复合法同为结构性导电高分子材料，具有类似的特点。

在聚合物基体中加入导电填料制备导电复合材料时，导电物质包括金属纤维、碳黑、碳纳米管等，如：中国专利200510055197.X中公开了一种金属纤维和一种低熔点金属作为符合填料制备导电复合材料的方法，该方法中作为导电填料的金属容易被氧化，经过一段时间后使导电材料的导电性能不稳定。无机填料性能较为稳定，如碳黑和金属氧化物，对于导电复合材料来说，意味着要加入更多的导电填料，致使体系熔体粘度增加，加工性能变差，材料冲击强度降低，力学性能受影响；高填充量的导电填料，还容易在使用过程中由于导电填料的脱离造成环境污染。

以现有技术研究开发出的导电高分子复合材料，要么材料的电阻率依然比较高，要么导电填料的含量依然比较高，要么材料的电阻率虽有所下降，但材料的机械性能也同样被大大地降低，难以获得导电率与机械加工性能兼具的导电材料，本发明就是为这一技术问题而提出。

发明内容

为了克服现有的金属电线和复合材料电线的不足，本发明提供一种导电性能良好、重量轻、成本低、原料来源广泛、耐腐蚀、易加工成型、颜色可调、具有类似轻金属的力学指标、用途广泛的高分子复合导电材料电线芯材，以及该材料的制备方法。

本发明高分子复合导电材料电线芯材为高分子与金属纤维复合材料，为挤出或注塑等工艺成型。其中：(1)高分子部分占总质量的30-95％，是用于金属纤维成型的载体材料，为无色透明或添加了不同颜色材料的并有较高机械强度的聚合物。为聚酯类，更具体来讲为聚碳酸酯或其它聚酯材料。依据工作性能要求，可以使用其它高分子材料如各种导电高分子材料等，比如导电聚苯胺类的其它本身具备一定电性能的高分子材料。(2)金属纤维和微粒占总质量的5-70％，金属纤维为直径1～50μm，单独或同时加入金属微粒时，微粒直径为50～700nm。本发明给出的金属纤维或微粒组成如下：Fe：25～90％；Ni：1～20％；Cr：1～40％；Mn：1～10％；其他为1～5％的Si、V、Ti等元素。

具体而言，本发明复合材料中金属纤维含量达到55％以上，加工性和机械性能可能有所下降，影响材料的实际使用性能。

优选地，本发明的高分子的含量优选为45％-85％，金属纤维及颗粒的含量为15％-55％。

本发明解决技术问题的技术方案是：

(1)选择聚合物母粒及金属纤维和微粒；(2)金属纤维预编织、整形；(3)聚合物熔融态共混；(4)添加金属成份；(5)挤出/注塑成型。

按此设计生产的电线芯材，与使用金属导体的电线芯相比，具有：

1)导电性能良好，导电率与理想导体银、铜、铝等合金的性能接近，能够替代目前使用的大部分电线芯材料。

2)实现了电线的结构功能一体化：新材料直接实现了结构功能一体化，其结构强度和电性能在微观、亚微观等各个层面均有机的结合一体。

3)减轻重量：高分子比重低，相对于金属材料，所制得电线芯比重是金属的1/3～1/2。

4)颜色可调：由于在聚合物中可以随意的添加成色因子材料，因此新天线可以是任何一种可调制的颜色，并且不易退色。

5)可以将电线芯制成任何的形状：由于材料本身的特性因此新材料可以随意制成各种简单的片、块、膜、板或各种不同的复杂形状。

6)制作成本低，与现在的同类电线芯相比只有其1/3～1/5：由于材料的各项基础原材料成本低，能耗不高，后加工虽然较多但工艺相对简单，可以大幅度降低制造成本。