[发明专利]一种聚合物基导电弹性体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及设计聚合物基复合导电弹性体的新领域，具体涉及一种在聚合物基导电弹性体中采用原位交联的方法，构建具有界面增强作用的隔离结构的新方法。

背景技术

导电弹性体相比其他聚合物基导电复合材料来说，具有在外场作用下发生较大形变的能力。利用导电弹性体的电导率随外场刺激(例如，应力场、温度场、化学蒸汽/溶剂场)而发生的变化，能够制备各种功能丰富的传感器、可伸缩导体等，进而应用在可穿戴电子产品、电子皮肤、温控开关、柔性电极等等领域。因而近年来受到越来越广泛的关注。制备此类材料的主要方法是将导电填料与弹性聚合物基体复合制备复合导电弹性体。然而这种方法面临两个关键问题，一是如何降低导电弹性体的逾渗值，二是如何维持良好的力学性能。

目前最常用的降低导电复合材料的逾渗值的方法有以下几种：第一种是构建双逾渗结构；第二种是将填料分布在不相容共混物的相界面；前一种方法因为填料需要选择性分布在其中一相，因而降低逾渗值的效果有限，后一种方法需要考虑复杂的热力学和动力学因素，因此设计起来较有难度。迄今为止，最有效而简便的方法是在体系中构建隔离结构。制备隔离结构最常用固态下共混、乳液共混、熔融共混。常用具有较高粘度的聚合物制备隔离结构，例如超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、天然橡胶(NR)等。有许多学者研究了将聚合物粒子在固态下与填料共混后直接加压的方法构建具有隔离结构的复合材料，不幸的是，由于此类起隔离作用的聚合物粒子之间及其与填料之间的界面强度很差，因此此类复合材料的力学性能会因为隔离结构的加入而大幅度降低，极大地限制了此类复合材料的实际应用范围。

发明内容

本发明的目的就在于提供一种在聚合物基导电弹性体中构建具有界面增强作用的隔离结构的新方法。本发明在通过构建隔离结构制备导电聚合物复合材料的基础上，提出一种在聚合物基导电弹性体中发生原位交联反应，构建具有界面增强作用的隔离结构的新方法。与最常用的熔融共混方法所制备的聚合物基导电弹性体相比，本发明所制备的聚合物基导电弹性体，不仅具有非常低的逾渗值，而且其定伸强度得到较大的提高。

本发明的目的是提供一种制备兼具优良电性能和力学性能的聚合物基导电弹性体的新方法，该方法包括预包覆、硫化、原位交联、热压成型、冷却定型等工艺步骤。

本发明采用如下技术方案：

本发明首先提供一种聚合物基导电弹性体的制备方法，该方法包括如下步骤：

A)预包覆硫化剂：通过转速为10000～30000rpm的高速混合设备，将具有一定尺寸的聚合物弹性粒子与一定量的硫化剂混合均匀，所述硫化剂的含量为0.1～5wt.％；

B)预包覆导电填料：通过转速为10000～30000rpm的高速混合设备，将预包覆了硫化剂的粒子，与一定量的导电填料混合均匀；

C)原位交联反应：在一定温度和一定压力下，将上述预包覆了硫化剂和导电填料的聚合物弹性粒子进行静态原位交联反应，冷却成型，制得聚合物基导电弹性体或其制品；原位交联反应的条件为：静态交联反应，温度125～220℃，压力5～15Mpa，优选温度为160～170℃，优选压力为10MPa。

所述的制备方法，步骤A)和步骤B)中所述的高速混合设备是指高速搅拌机，高速混合机及其他高速混合设备。

所述的制备方法，步骤A)和步骤B)中所述的高速混合设备的优选转速为25000rpm。

所述的制备方法，步骤A)和步骤B)中所述的使用高速混合设备混合的时间为1～10min。

所述的制备方法，步骤A)中所述的聚合物弹性粒子是指乙烯辛烯无规共聚物、乙烯辛烯嵌段共聚物、天然橡胶、三元乙丙橡胶及其他可硫化的天然橡胶或合成橡胶之一或其任意比例混合物。

所述的制备方法，步骤A)中所述具有一定尺寸的聚合物弹性粒子中，一定尺寸是指直径为100～5000μm，其中优选直径为3000～5000μm。

所述的制备方法，步骤A)中所述的硫化剂为有机过氧化物、硫磺、酚醛树脂硫化体系及其复配体系；有机过氧化物是指过氧化二异丙苯(DCP)、过氧化苯甲酰、过氧苯甲酸叔丁脂、叔丁基异丙苯基过氧化物、正丁基-4，5-双(叔丁基过氧化)戊酸酯及可用于硫化橡胶的有机过氧化物。

所述的制备方法，步骤B)中所述的导电填料是指纳米石墨微片、碳纳米管、炭黑或其他导电碳材料；纳米石墨微片占复合弹性体的含量为0.1～20wt.％，碳纳米管占复合弹性体的含量为0.1～10wt.％，炭黑占复合弹性体的含量为0.1～30wt.％。