[发明专利]高电导性能组合物及其制备方法、成型制件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高电导性能组合物及其制备方法、高电导性能成型制件的制备方法，属于高分子材料领域。

背景技术

聚酰胺具有优良的机械性能、耐磨性、耐酸碱性、自润滑性等优点，居于五大工程塑料之首，被广泛用作注射及挤出成型材料，主要用于在机械、仪器仪表、汽车、纺织等方面，并将在轴承、齿轮、风扇叶片、汽车部件、医疗器材、油管、油箱、电子电器制品的制造方面发挥重要作用。由于酰胺极性基团存在极易吸水、尺寸稳定性差等缺点，使其应用受到了很大限制。

聚酰胺熔融纺丝后有很高的强度，主要做合成纤维并可作医疗用缝合线。尼龙中的主要品种是聚己内酰胺(即尼龙6，PA6)和聚己二酰己二胺(即尼龙66，PA66)。PA66，是由己二酸和己二胺通过缩聚反应而来，为半透明或不透明状的乳白色结晶聚合物。在聚酰胺材料中有较高的熔点，是一种半晶体-晶体材料，它在较高温度也能保持较强的强度和刚度。其表面的特点是韧性、角质、微黄、的材料，燃耗的特征是慢燃，离火后能熄灭，火焰呈蓝色而上端为黄色，燃烧时塑料熔融低落、起泡、有特殊的羊毛或指甲烧焦气味。PA66在成型后仍然具有吸湿性，其程度主要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。在产品设计时，一定要考虑吸湿性对几何稳定性的影响。为了提高PA66的机械特性，经常加入各种各样的改性剂，玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高PA66的机械特性还加入合成橡胶，如EPDM(乙丙胶)和SBR(丁苯胶)等。PA66的特性粘度低，因此流动性能好(但不如PA6)，这个性质可以用来加工很薄的元件，它的粘度对温度变化很敏感。PA66的收缩率在1％～2％之间，加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到0.2％～1％，收缩率在流程方向和与流程方向垂直方向上的相异是较大的。PA66对许多溶剂具有抗溶性，但对酸和其他一些氯化剂的抵抗力较弱。

在电性能方面，碳纳米管用作聚合物的填料具有独特的优势。加入少量碳纳米管即可大幅度提高材料的导电性。与以往为提高导电性而向树脂中加入的碳黑相比，碳纳米管有高的长径比，因此，其体积含量可比球状碳黑减少很多。多壁碳纳米管的平均长径比约为1000；同时，由于纳米管的本身长度极短而且柔曲性好，它们填入聚合物基体时不会断裂，因而能保持其高长径比。

碳纳米管在诸多方面的优异性能使其在复合材料中起到的多方面的作用。从力学性能角度来说，碳纳米管可以极大地改善复合材料的强度和韧性，起到明显的增强作用。从导电性能和光电性能来说，碳纳米管可以改善聚合物的电导率和制备新型的光电高分子复合材料，利用碳纳米管优异的导电性能可以制备抗静电材料，碳纳米管的纳米尺寸、优异的电导率，加之其极大的纵横比，相互之间容易形成网络结构，在较低含量时就可以极大地提高聚合物的电导率，使聚合物达到抗静电或导电的要求，而不影响聚合物的其它性能。

而从碳纳米管独特的结构来说，它可以用来制备金属或金属氧化物填充的一维纳米复合材料。由于碳纳米管主要由碳元素组成，与聚合物具有相近的结构，所以与聚合物复合制备各种带有高性能的复合材料这一构想是可行的。碳纳米管/高分子复合材料的研究已经成为碳纳米管复合材料研究的一个重要方面。

在以碳纳米管作为填充物的复合材料制备过程中，遇到的主要问题是CNTs(碳纳米管)的分散以及CNTs与基材的结合性。碳纳米管的表面能较高，容易发生团聚，使它在聚合物中难以实现均匀分散。碳纳米管要作为增强材料必须要与聚合物骨架紧密结合，这样才能使应力有效地转移到碳纳米管上。未改性的CNTs表面平滑，与高分子做出的复合材料在结合处很脆弱，若施以外力就很容易剥落。此外，因为范德华力的存在，碳纳米管很容易团聚缠绕在一起，形成复杂的网状结构等。这直接影响了碳纳米管在基材中的分散情况，若无法均匀地将CNTs分散在基材中，就基本上很难使制得的复合材料具有预先期望的良好特质。通过改性可使碳纳米管在聚合物中均匀分散借机产生量子点，并增强其与聚合物的结合力。若量子点按照特定图案排列，这种电子穿隧特性可以被用来制造纳米级的电子组件或光电组件，优点是体积更小、效率更高、且无须引线。如应用量子点制成的计算机，能发展出指令周期更快，体积更轻巧的量子点计算机，以取代目前的运算速率慢、笨重的计算机。量子点也可被制成启动电流低、温度稳定性高的量子点镭射，为光纤通讯提供新而省电的光源。