[发明专利]一种三明治结构柔性镀铜功能粒子导电膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及柔性导电材料领域，具体是一种三明治结构柔性镀铜功能粒子导电膜的制备方法。

背景技术

近年来，随着柔性导电功能材料的发展，传统金属粉末由于密度大、成本高等缺点无法满足当前科学技术发展的需求，而新型的碳纳米管、石墨烯等材料制备工艺复杂、造价昂贵且在工业化的发展中并没有凸显其优异的高导电性能，因此，研发轻质、高导电、低成本且适合大批量生产的导电填料是工业发展的迫切需求。玻璃微珠和玻璃纤维的主要成分是二氧化硅、氧化铝、氧化钙、氧化硼、氧化镁和氧化钠等，是性能优异的无机非金属材料，具有密度小、绝缘性好、耐热性优、耐腐蚀性好、机械强度高等优点，通常用作复合材料中的增强材料，电绝缘材料和绝热保温材料，电路基板等。

化学镀是一种简单易行、成本低廉、实用性较广的方法。近年来，采用化学镀方法在金属、聚合物和无机粉末等基体上镀金属的研究较多，不管是片材、棒材、形状复杂的异型材还是粉末状材料，都可以得到镀层光滑而致密的复合材料。M.Jagannatham等[M.Jagannatham,etal.,Mat.Sci.Eng.A,2015,638:197-207.]采用化学镀铜的方法对碳纳米管表面进行金属化，成功制备出一种壳-核结构复合材料，与铝粉通过放电等离子烧结得到了具有较高压缩强度的铝基复合材料。H.Zhao等[H.Zhao,etal.,Fiber.Polym.,2015,16:593-598.]以硼氢化钠为还原剂在棉织物表面成功镀铜，测试结果显示该材料具有很好的电磁屏蔽效能。

发明内容

本发明旨在提供一种可拉伸、可弯曲并可穿戴的三明治结构柔性镀铜功能粒子导电膜的制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种三明治结构柔性镀铜功能粒子导电膜的制备方法，其步骤为：

(1)底层纯硅胶膜的制备：

液体硅橡胶中滴加溶剂至其充分溶解，然后滴加固化剂，搅拌均匀后将液体硅橡胶溶液在模具中流延成型，室温下固化20～40min，得到表面微固化的底层纯硅胶膜；

(2)柔性镀铜功能粒子导电膜的制备：

液体硅橡胶中滴加溶剂至其充分溶解，然后滴加固化剂，搅拌均匀后加入镀铜玻璃微珠或镀铜玻璃纤维功能粒子并混匀，在底层纯硅胶膜上流延成型，室温下固化24h；固化过程中，镀铜玻璃微珠或镀铜玻璃纤维功能粒子逐渐沉积下去，夹持于上下两层硅胶膜之间，形成0.4～1mm厚的三明治结构柔性镀铜功能粒子导电膜；

所述底层纯硅胶膜与上层硅胶膜中液体硅橡胶的质量比为3～5:6，上层硅胶膜中液体硅橡胶与镀铜玻璃微珠或镀铜玻璃纤维功能粒子的质量比为3:1～3，液体硅橡胶的基料为二甲基硅氧烷。

特别需要说明的是，若柔性镀铜功能粒子导电膜的厚度低于0.4mm，采用的液体硅橡胶用量过少，上下两层硅胶膜包覆不完整；若柔性镀铜功能粒子导电膜的厚度高于1mm，则影响导电膜的导电性以及拉伸性能。

另外，固化剂优选的采用正硅酸乙酯；优选的，液体硅橡胶与固化剂的质量比为100:2～7；优选的，溶剂为二甲苯、环己烷、乙酸乙酯或丙酮。

为了更进一步的说明上述制备方法，本发明提供了所述镀铜玻璃微珠或镀铜玻璃纤维功能粒子的制备方法：称取金属盐硫酸铜以及络合剂，依次加入到蒸馏水中，搅拌均匀后加入氨水，然后采用蒸馏水定容使得pH为9～13，之后将与金属盐硫酸铜质量比为3:1.5～9的玻璃微珠或玻璃纤维加入到上述配制的溶液中，加热至60～90℃，搅拌均匀后缓慢滴加还原剂水合肼溶液，持续搅拌20～100min后，洗涤、抽滤、烘干，获得镀铜玻璃微珠或镀铜玻璃纤维功能粒子。

通过上述制备方法获得的镀铜玻璃微珠或镀铜玻璃纤维功能粒子相对于现有技术制备获得的功能粒子，其体积电阻率可达10^-4Ω·cm。优化的络合剂采用柠檬酸钠、乙二胺四乙酸二钠或酒石酸钾钠。

进一步，本发明提供了玻璃微珠或玻璃纤维的表面预处理方法，(a)粗化：玻璃微珠或玻璃纤维加入到粗化液中，30℃恒温匀速搅拌15min后，蒸馏水洗涤，备用；(b)敏化：经粗化处理后的玻璃微珠或玻璃纤维加入到敏化液中，30℃恒温匀速搅拌15min后，蒸馏水洗涤，备用；(c)活化：将敏化处理后的玻璃微珠或玻璃纤维加入到活化液中，30℃恒温匀速搅拌15min后，蒸馏水洗涤，获得表面预处理后的玻璃微珠或玻璃纤维。经过表面预处理后的玻璃微珠或玻璃纤维，可赋予其表面一定的催化活性，能够使得更多单质铜沉积在活化后的玻璃微珠或玻璃纤维表面，降低功能粒子的电阻率。