[发明专利]一种具有有序空间网络结构的导电塑料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有有序空间网络结构的导电塑料的制备方法，属于高分子复合材料深加工与应用领域。

背景技术

导电塑料被广泛应用于半导体、防静电材料、电磁屏蔽材料、导电性材料等领域，可分为结构型和填充性。结构型导电塑料是高聚物本身或掺杂后能够导电；填充型导电塑料通过导电填料（导电炭黑、金属粉末或纤维、碳纳米管等）的填充而具有导电性能。与填充型相比，结构型的导电塑料导电性能相对较低，成本较高。目前，90%的导电塑料都属于填充型。填充性导电塑料，因导电填料的大量填充，导致成本上升和力学性能的大幅下降，应用范围受到很大限制，如何在低填充量下制备出高性能的导电塑料是。

填充性导电塑料的导电机理主要有两个：一是导电通道理论；另一个是隧道效应学说。导电填料浓度较高时，起主要作用的导电机理是导电通道机理，它是指当填料含量达到渗滤阈值时，颗粒之间相互接触以至形成导电通道，载流子可以在体系内自由移动，从而使复合材料导电。而填料浓度较低时，隧道效应起主要作用，它是指当填料颗粒间存在一定的间距时，电子在热振动作用下发生迁移，从而形成导电网络，使复合材料导电。

影响导电塑料性能的主要因素有两个：填料的用量和填料的分散状况。填料用量越大，颗粒之间相互接触的几率越大，形成导电通路的可能性越大，导电性能就相应提高。导电填料在聚合物基体内的分散状况多为无序分散，有效接触较少，形成的导电网络没有取向性，多为无序导电网络，导致导电填料的作用不能充分发挥。

综上，若能改善填料在高分子复合材料基体内的分散状况，使颗粒在聚合物基体内有序排列，增加颗粒之间的有效接触，进而在聚合物基体形成有序的导电网络，就能在低填充量下充分发挥填料的导电性能，达到降低成本提高性能的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有有序空间导电网络结构的导电塑料的制备方法，可以有效解决导电塑料行业，因导电填料的加入导致复合材料性能下降和成本提高的问题，本发明提供一种在低填料用量下，制备高性能导电塑料的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

具有有序空间网络结构的导电塑料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

（1）将相当于树脂质量分数0.5%-1%的加工助剂、相当于树脂质量分数1-10%的导电填料与树脂颗粒在转速为500-3000rpm的高速混合机中预混合2-10min；

（2）将预混合后的颗粒投入到微纳米颗粒整形包覆系统，在500-5000rpm的转速下处理2-30min，出料2-15min，将超微细导电填料和加工助剂包覆在树脂颗粒表面上，形成具有“核-壳”结构的球形或近球形复合颗粒；

（3）将上述复合颗粒在150-300℃、5-25Mpa的压力下热压成形10-40min后，制得具有有序空间导电网络结构的导电塑料。

所述树脂颗粒为包括聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物和对苯二甲酸乙二醇酯在内的树脂颗粒。

所述导电填料为包括特异导电炭黑、纳米铜、碳纤维和不锈钢纤维在内的导电填料。

所述“核-壳”结构中微米级的树脂颗粒为“核”、 纳米或亚微米级的导电填料和加工助剂为“壳”。

本发明的有益效果：

（1）纳米或亚微米级导电粉体均匀包覆在树脂颗粒上，形成的球形复合颗粒能充分发挥传导相在复合颗粒的表面效应；

（2）经过包覆后实现了加工助剂在聚合物基体内的均匀分散，复合颗粒可直接热压成型，简化了工艺流程；

（3）经热压成型后导电填料颗粒在导电塑料基体内有序排列，形成有序的空间导电网络，在低填充量下充分发挥导电填料作用，实现了低填量高导电，提高了产品性能、简化了工艺流程、降低了成本并扩大了其使用范围。

鉴于目前微电子、电器等行业的迅速发展，对高性能导电塑料制品的需求剧增，采用该工艺生产的高性能导电塑料，其推广、应用具有极大的社会和经济效益。

具体实施方式

实施例1：

首先将质量分数为7克的特异导电炭黑（SCB）、7克加工助剂与聚乙烯（PE）颗粒700克用高速混合机混合3min；然后将混合后的颗粒714g投入微纳米颗粒整形包覆系统，在5000rpm的转速下处理8min，出料2min；最后将复合颗粒在210℃、14Mpa的压力下热压成形30min后，制得具有有序空间导电网络结构的导电塑料。

实施例2：