[发明专利]具有连续导电通道的聚合物基导电复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及导电复合材料领域，更具体地，本发明的实施方式涉及一种具有连续导电通道的聚合物基导电复合材料及其制备方法。

背景技术

金属与聚合物形成的导电复合材料结合了金属的高导电性和聚合物的低密度、耐腐蚀、易加工性，在导电、抗静电、电磁屏蔽等领域有着广泛应用。这类复合材料中所用的金属填料主要有银、铜、铁、铝、锌等，这些填料的形状常常为颗粒状、片状或纤维状。复合材料的导电性能与金属填料的含量有关。随着填料含量从零逐渐增加，复合材料的体积电阻率缓慢降低；当填料含量增加至复合材料的逾渗阈值(临界体积分数)时，复合材料由绝缘体转变为导体。随着填料含量进一步增加，复合材料的导电性能缓慢提高。在填料含量高于逾渗阈值的情况下，电流通道主要为基体中相互接触的金属粒子形成的网络，复合材料的电阻为导电通道中金属粒子的电阻与粒子之间的接触电阻之和。导电通道中存在大量粒子，而且粒子之间的接触常常为点接触，因而导电通道中必然存在极高的接触电阻。很明显，改善粒子之间的接触，特别是，建立物理连续的导电填料相，可以降低复合材料的电阻，即提高复合材料的导电性能。

美国专利US5869412A公开了一种获得连续金属导电相的方法。按照该方法，熔点低于复合材料成型温度的低熔点金属被制成短纤维构成的垫，后者再与聚合物片层合。再以该层状结构成型所需形状的制品，成型温度高于金属熔点。这样，在制品中形成了连续的导电填料相。这种复合材料制备工艺十分繁琐，且仅适合通过真空辅助成型制备形状简单的制品；不仅如此，由于金属垫两侧均为聚合物层，故材料至少在层的法线方向上是不导电的。

美国专利US4533685公开了一种制备具有连续金属导电相的复合材料的方法。按照该方法，先将粉状低共熔合金(熔点低于复合材料的成型温度)与粒状聚合物在固态下混合，然后将混合物在高于合金熔点和聚合物软化点的温度下模压或注塑成型。在成型温度下，体系中的合金处于液态并具有极高的流动性，且合金液体-聚合物熔体界面张力很大，所以该体系极不稳定，在成型过程中的压力或剪切应力作用下，金属液滴将发生聚集并从体系中分离，导致体系性能变坏。此外，美国专利US4557857公开了一种类似的方法，但该方法中采用的金属不是低共熔合金，而是具有熔融温度范围的合金。在温度介于固相线和液相线之间时，合金处于半固态，具有低于完全液态时的流动性。当合金体系与聚合物匹配恰当时，在成型温度下，合金流体与聚合物熔体具有相当的流动性，便可形成金属相连续的复合材料。然而，获得满足上述条件的合金-聚合物对是十分困难的。不仅如此，合金自身的固液比，从而流动性对温度十分敏感，而聚合物加工成型过程中的温度与加工条件等多种因素有关，从而增大了实现连续导电相的难度。

文献(H.Jiang,K.Moon,etal.Surfacefunctionalizedsilvernanoparticlesforultrahighconductivepolymercomposites.Chemicalmaterials,2006,18:2969-2973)报道，在制备银/环氧树脂复合材料时，除了片状银，在导电填料中还应用了表面功能化的纳米银粒子，通过加热固化过程中纳米银粒子的烧结作用减少了银粒子间接触点的数量，从而显著提高了复合材料的导电性能。但是，由于烧结过程的不可逆性，这种方法只能适用于热固性树脂的静态成型过程，不能应用于热塑性树脂的加工成型，因为加工过程中就可能发生烧结和烧结的破坏；同时，成型的复合材料不能循环再利用。

中国专利CN101747653B公开了一种具有导电性能但用于电磁屏蔽的复合材料，其中的导电填料为涂有导电材料的四脚状晶须和低熔点金属。四脚状晶须比颗粒填料或纤维状填料更容易形成导电网络，有助于降低逾渗阈值。在上述复合材料中，四脚状晶须是导电填料的主体，通过针脚的搭接在复合材料中形成导电网络，在此基础上通过低熔点金属改善针脚的接触，提高复合材料的导电性能和屏蔽能力。但是，正如该专利中提到，在加工过程中剪切流动作用下，针脚易被折断和磨损，从而大大降低复合材料的导电性能和屏蔽性能。而且，四脚状晶须的这种特殊结构会使复合材料的加工流动性能严重恶化。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种具有连续导电通道的聚合物基导电复合材料及其制备方法，以期望获得金属导电相连续、流动性高、导电性高和冲击强度高的导电复合材料。

为解决上述的技术问题，本发明的一种实施方式采用以下技术方案：