本發(fā)明屬于材料制備領(lǐng)域，尤其涉及一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法。

背景技術(shù)：

導(dǎo)電高分子的出現(xiàn)不僅打破了傳統(tǒng)高分子僅為絕緣體的觀念，而且它的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展為低維固體電子學(xué)，乃至分子電子學(xué)的建立和完善做出了重要貢獻，也為分子電子學(xué)的建立打下基礎(chǔ)。導(dǎo)電高分子材料具有特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理、化學(xué)性能，使它在能源信息、光電子器件元件、生物傳感器、分子導(dǎo)線與器件、電磁屏蔽以及隱身技術(shù)上有很廣泛的前景，因而導(dǎo)電高分子不僅具有重大的理論研究價值，而且具有巨大的應(yīng)用價值。

導(dǎo)電高分子材料因其在能源、光電子器件、電磁屏蔽、抗靜電材料等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，而得到研究者的廣泛關(guān)注。目前常見的導(dǎo)電性材料有金屬、石墨、金屬氧化物等，這些材料或者由于化學(xué)性能不穩(wěn)定，如金屬材料在正常環(huán)境下容易氧化生銹，或者機械性能不佳，或者加工性能較差，如金屬加工需要高溫?？朔鲜鋈毕莸囊粋€重要方法是與性能優(yōu)異的高分子材料復(fù)合，構(gòu)成的復(fù)合材料一般同時具有導(dǎo)電材料的低電阻性質(zhì)和高分子材料良好的使用性能，這種復(fù)合材料稱為復(fù)合導(dǎo)電高分子材料。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在解決上述問題，提供一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與CB按質(zhì)量比為1:1的比例于50ml水熱反應(yīng)釜中混合，加入去離子水，勻速攪拌后移入烘箱中水熱反應(yīng)；完成后用微孔濾紙過濾反應(yīng)物并用去離子水多次沖洗去除未反應(yīng)的PVP，最后將得到物真空干燥12h；（2）聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與CNTs按質(zhì)量比為1:1的比例于50ml水熱反應(yīng)釜中混合，加入去離子水，勻速攪拌后移入烘箱中水熱反應(yīng)；完成后用微孔濾紙過濾反應(yīng)物并用去離子水多次沖洗去除未反應(yīng)的PVP，最后真空干燥12h；（3）將上述步驟所得和PC、EP于高速分散均質(zhì)機下以恒定速率攪拌5min，再減壓蒸餾除去TCM，澆注到模具中，于室溫30℃下固化，再轉(zhuǎn)入80℃烘箱內(nèi)6h后完成制備。

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述水熱反應(yīng)的溫度為200℃；反應(yīng)時間為6h。

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述真空干燥的溫度為80℃。

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述固化時間為5-6h。

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述勻速攪拌時間為5-10min。

本發(fā)明的技術(shù)效果在于：

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，采用溶液共混法制備導(dǎo)電納米粒子填充多元樹脂基復(fù)合材料的途徑，獲得具有較好導(dǎo)電性和高介電常數(shù)的導(dǎo)電復(fù)合材料，利于形成清晰的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有利于電性能的提高，介電性能明顯提升，且本發(fā)明所述制備方法工藝簡單，易于操作，適于推廣應(yīng)用。

具體實施方式

實施例1

一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：（1）聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與CB按質(zhì)量比為1:1的比例于50ml水熱反應(yīng)釜中混合，加入去離子水，勻速攪拌后移入烘箱中水熱反應(yīng)；完成后用微孔濾紙過濾反應(yīng)物并用去離子水多次沖洗去除未反應(yīng)的PVP，最后將得到物真空干燥12h；（2）聚乙烯吡咯烷酮（PVP）與CNTs按質(zhì)量比為1:1的比例于50ml水熱反應(yīng)釜中混合，加入去離子水，勻速攪拌后移入烘箱中水熱反應(yīng)；完成后用微孔濾紙過濾反應(yīng)物并用去離子水多次沖洗去除未反應(yīng)的PVP，最后真空干燥12h；（3）將上述步驟所得和PC、EP于高速分散均質(zhì)機下以恒定速率攪拌5min，再減壓蒸餾除去TCM，澆注到模具中，于室溫30℃下固化，再轉(zhuǎn)入80℃烘箱內(nèi)6h后完成制備。

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述水熱反應(yīng)的溫度為200℃；反應(yīng)時間為6h。

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述真空干燥的溫度為80℃。

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述固化時間為5h。

本發(fā)明所述的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述勻速攪拌時間為5min。

純CB沒有能在乙醇溶劑中達到單分散狀態(tài)，而都是以聚集態(tài)的形式存在，且團聚較嚴重，這是由于CB表面自由能較高，很容易發(fā)生團聚的現(xiàn)象。EP/PC斷面平整，沒有異相，而炭黑復(fù)合材料斷面較粗糙，而且出現(xiàn)較多白色顆?；蚬?。可能是因為PC對其相結(jié)構(gòu)的形成有一定的促進作用，從而讓CB粒子表面的活性官能團發(fā)生相對碰撞的機會降低，或是因為CB表面的活性基團與PC發(fā)生接枝作用使得CB粒子相對固定在一個穩(wěn)定的位置上，有選擇性地分布，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)也比較明顯。

PC的加入，PC的加入對其相結(jié)構(gòu)的形成有一定的促進作用，從而讓CB粒子表面的活性基團發(fā)生相對碰撞的機會降低，或者是因為CB表面的活性基團與PC發(fā)生接枝作用使得CB粒子相對固定在一個穩(wěn)定的位置上，有選擇性地分布，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)也比較明顯。

對于 EP/PC/CB復(fù)合材料而言，與EP/CB相比，CB相在基體中形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，具有較大的游離電子的遷移范圍，大量微電容的形成有利于其介電常數(shù)的提高。低頻時，復(fù)合材料的介電常數(shù)隨頻率變化非常敏感，尤其是在頻率小于106Hz時，介電常數(shù)隨頻率的增加快速下降，頻率超過這個值時，介電常數(shù)隨頻率的變化不再敏感。這是復(fù)合材料中導(dǎo)電填料超過滲流閾值時經(jīng)常遇到的實驗現(xiàn)象，這歸因于頻率變化時對材料微觀結(jié)構(gòu)的擾動以及復(fù)合材料極化發(fā)生相應(yīng)變化所致。

PC的加入對復(fù)合材料的介電損耗也都有不同程度的影響。一般認為復(fù)合材料的相對介電損耗來自于兩方面原因，一是由于填料在材料中形成的界面極化效應(yīng)，另一個則是較高導(dǎo)電率的填料在材料中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)引起的電路效應(yīng)。在高頻時，炭黑含量為2%-3%時所對應(yīng)材料的介電損耗最高，其中PC的加入能有效增大復(fù)合材料的介電損耗，相比EP/CB而言介電損耗提高了一倍，因此將這一結(jié)果主要歸咎于復(fù)合材料的良好導(dǎo)電性，也即電路效應(yīng)；其它種類的復(fù)合材料對應(yīng)的介電損耗的差異主要是由于界面極化效應(yīng)引起的。

PC可以和EP很好低互溶，PC的加入改變了EP/CB復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)形貌，顯著提高了CB粒子在復(fù)合材料基體中的分散，并有助于形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。與EP相比，PC更容易和CB兼容，在EP/PC/CB復(fù)合材料中，PC可以起到類似表面活性劑的作用，促進CB與EP相容。PC可以使EP/CB復(fù)合材料的導(dǎo)電性能提高2-3個數(shù)量級，在部分頻率范圍內(nèi)，可以使EP/CB復(fù)合材料的介電常數(shù)和介電損耗提高一倍以上。

對于EP/CB共混體系，在炭黑填充量為0-0.5%的范圍內(nèi)，復(fù)合材料的體積電阻率隨炭黑填充量的增加而急劇降低，而對于PEI含量為35wt%復(fù)合材料，隨炭黑含量的增加其對應(yīng)的體積電阻率下降并不如前兩種復(fù)合材料所示，這主要原因是由于體系中PEI含量的增加，對炭黑粒子的親和力作用增強，低含量CB粒子分散于PEI相中不足以形成完善的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，CB粒子相互之間仍然存在較大的間隙，體系中的自由電子需穿越較大的樹脂界面層所形成的勢壘才能形成隧道電流，炭黑含量的少量增加并不能改善體系的這種內(nèi)部條件。而在0.5-2.0%填充量范圍內(nèi)，體系的體積電阻率隨炭黑填充量的增加而下降緩慢甚至趨于穩(wěn)定。

由于CB通常是分布在無定型區(qū)域，與存在無定形區(qū)域的PEI極性基團相互作用，結(jié)晶度越高，無定形區(qū)域的CB粒子有效密度越高，導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)更密集，所以達到同樣的電阻率所需的CB粒子分數(shù)要少。高粘度誘發(fā)團聚斷裂，高粘度中CB分布更均勻，粒子尺寸更小，抑制CB粒子的移動，低粘度中CB粒子間移動或遷移更容易，所以易形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。