CN105400129B - 一种填充型导电聚合物及其制备方法 - Google Patents

一种填充型导电聚合物及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105400129B
CN105400129B CN201510718673.5A CN201510718673A CN105400129B CN 105400129 B CN105400129 B CN 105400129B CN 201510718673 A CN201510718673 A CN 201510718673A CN 105400129 B CN105400129 B CN 105400129B
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphite
filled conductive
conductive composites
thermosetting resin
matrix
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510718673.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105400129A (zh
Inventor
吴海华
董小阳
柳宁
肖林楠
魏正英
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Three Gorges University CTGU
Original Assignee
China Three Gorges University CTGU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Three Gorges University CTGU filed Critical China Three Gorges University CTGU
Priority to CN201510718673.5A priority Critical patent/CN105400129B/zh
Publication of CN105400129A publication Critical patent/CN105400129A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105400129B publication Critical patent/CN105400129B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)

Abstract

本发明涉及了一种填充型导电聚合物及其制备方法。该填充型导电聚合物由热固性树脂基体与石墨浆料两部分组成，石墨浆料在有机物基体内部形成三维有序网络结构。制备时，完成层单元制备、多层组装和多层压合成型，获得所需填充型导电聚合物。与传统的制备方法相比，该方法可用于制备内嵌有三维有序网络结构的填充型导电聚合物，有利于实现填充型导电聚合物的导电性能、力学性能等多功能目标协同，降低石墨用量和成本，具有广阔的工业应用前景。

Description

一种填充型导电聚合物及其制备方法
技术领域
本发明公开了基于一种填充型导电聚合物及其制备方法，属于导电聚合物制备技术领域，适用于需要较高的电导率和良好的力学性能的场所。
背景技术
以石墨为导电填料制备填充型导电聚合物材料时，导电聚合物的性能（导电性能、力学性能）优越与否，取决于石墨的种类、数量、尺寸大小、排列组合方式以及其与聚合物基体的相互作用。传统的干混或湿混的方法制备过程中，由于石墨粉末只是随机、无规则地分散在基体相中，当其加入量较少时，在聚合物基体中石墨粉末互相接触较少，导电通路数量少，故电导率低，只有当石墨粉末加入量超过某一渗滤阀值，在聚合物基体中自发形成导电网络，此时导电聚合物电导率快速上升。然而，过多的石墨粉末导致聚合物的力学性能下降。因此，如何协调聚合物力学性能与导电性能一直是困扰人们的技术难题。
为了解决以上难题，本发明提出了一种填充型导电聚合物及其制备方法。首先设计填充型导电聚合物内部的导电网络，然后对其进行空间分解，制备带有特征孔洞的聚合物薄膜，将制备好的导电浆料填充到预留导电路径的聚合物薄膜基体中，层层叠加后热压成型，最终形成具有三维网络的石墨填充型导电聚合物。在制造过程中采用热模压成型的方法使多层的聚合物薄膜压合成一块致密的聚合物复合板，保证了导电聚合物良好的力学性能。基于一种填充型导电聚合物及其制备方法中，运用3D打印的思想，将三维导电通路空间分解获得单层结构的导电路径。导电填料以相对集中的方式离散分布在每层聚合物基体相中，其层单元内的导电填充区是孤立、有序的，在层单元内未形成相互连通的网络结构，但当多个单元层组装在一起时，层间的导电微粒填充区达到电接触而形成三维有序导电网络结构。
在有序三维网络结构中，导电网络通路的数量、长度以及连接点可以通过改变导电微粒的分散范围、分散状态（即填充区域大小和分布）及层间结合方式而主动调整。减轻了对聚合物基体的割裂作用，在导电聚合物中用局部高浓度的石墨填料保证了整块板材导电性，并且提高了石墨利用率，新型三维有序网络结构最大的特点是导电填料的填充范围可控，导电网络通路的数量、层间连接区域、填充区域形状可以根据导电聚合物的功能需求调整。制造过程中能够主动控制石墨浆料填充区域形状、大小、分布、密集化程度以及不同的层间连接区域以及整个导电路径形成的过程，实现填充型导电聚合物导电性能、力学性能协同。
发明内容
本发明的目的在于提供一种填充型导电聚合物，实现填充型导电聚合物的导电性能、力学性能等多功能目标协同，降低石墨用量和成本。
本发明是这样实现上述目的的：一种填充型导电聚合物，由有机物基体与石墨浆料两部分组成，其中石墨浆料在有机物基体内部形成三维有序网络结构。所述的三维有序网络结构是将二维结构（如蜂窝结构）沿着垂直上进行离散化处理，获得的具有多个点、线、面几何形状的结构，所述的点、线、面几何形状的结构在同一高度上弥散性地分布在不同的区域，未相互连通，而在不同的高度，相邻的点、线、面彼此连接形成三维有序导电网络结构。
所述的热固性树脂是酚醛树脂或环氧树脂。
所述的石墨浆料是纳米石墨片、鳞片石墨片或球形石墨中的一种或几种与热固性树脂、溶剂的混合物。
本发明的另一目的在于提供一种填充型导电聚合物制备方法：
（1）有机物基体：将聚乙烯缩丁醛溶解于溶剂后加入热固性树脂，采取刮平方式制备聚合物薄膜，在50~70℃下干燥15~60min，得0.1~2.0mm厚度的聚合物薄膜基体，对聚合物薄膜基体进行冲孔去除材料，获得0.1~2.0mm厚度的带有不同尺寸孔洞的聚合物基体，即有机物基体；
（2）石墨浆料层单元制备：将纳米石墨片、鳞片石墨片或球形石墨中的一种或几种与热固性树脂、溶剂混合均匀，制备石墨浆料，将石墨浆料经注射填充到上述步骤中的有机物基体的孔洞中，在30~60℃下干燥10~50min后获得层单元，重复该步骤，得多个层单元；
（3）多层组装：将上述步骤中的多个层单元按序铺叠进行组装；
（4）多层压合成型：将组装好的多个层单元预压、终压两次热压成型，预压工艺参数为：温度高于热固性树脂玻璃化温度10~20℃，压力0.5~3MPa，保压时间10~60min；终压工艺参数为：温度高于热固性树脂固化温度10~20℃，压力5~10MPa，保压时间5~30min，冷却至室温后得到填充型导电聚合物，该填充型导电聚合物为石墨料浆可控填充型导电聚合物。
所述的溶剂为无水乙醇或丙酮。
步骤（2）中，有机物基体的原料，按重量份计，热固性树脂为30~50份，溶剂为30~45份，聚乙烯缩丁醛5~20份。
步骤（3）中，石墨浆料层单元的原料，按重量份计，纳米石墨片、鳞片石墨或球形石墨10~60份，热固性树脂30~80份，溶剂10份。
本发明提供一种填充型导电聚合物及其制备方法， 具有以下优点 ：
1．节省材料用量：通过对石墨填料的可控分布，不仅保证了填充型导电聚合物的导电性能，同时减少了石墨使用量，提高了石墨利用率。
2．力学性能好：在每个层单元石墨填料分布是不连续的，减轻了石墨填料对聚合物基体的割裂作用，从而保证了导电聚合物良好的力学性能。
3．导电性能好：石墨填料在上下层单元之间相互连接，形成多个导电通路，保证了填充型导电聚合物的导电性能。
4．导电聚合物内部导电网络可控：石墨浆料填充在薄膜基体的孔洞中，因此，在导电聚合物制备过程中能够实现对石墨浆料填充区域或层间连通区域形状、大小、分布、密集化程度的主动控制，导电网络通路的数量也可以根据导电聚合物的功能需求调整。
附图说明
图1为填充型导电聚合物制备方法示意图。
图2为实施例1一种蜂窝结构分解成五层导电网络结构示意图。
图3为实施例2一种蜂窝结构分解成五层Y字型导电网络结构示意图。
具体实施方案
实施例1
将6份聚乙烯醇缩丁醛溶入20份无水乙醇中，搅拌充分待其溶解半小时，加入液态酚醛树脂30份，搅拌均匀，获得聚合物溶液，采取刮刀刮平制备聚合物薄膜（0.4~0.8mm），放入50℃的烘箱中干燥50min，获得单层聚合物薄膜基体（0.2~0.4mm），将烘干的聚合物薄膜按照图2进行冲孔，获得单层带孔洞的薄膜基体。
将6份纳米石墨片与6份酚醛树脂混合，加入1份无水乙醇，搅拌5min，获得石墨浆料；将石墨浆料注射填充到聚合物薄膜孔洞中，放入50℃的烘箱中干燥20min，获得层单元。重复上述过程，获得5块层单元。
将上述层板单元按照一定顺序铺叠在一起，先在80℃、1Mpa压力的条件下模压35min进行预压成型，然后在155℃、5Mpa压力下进行终压成型，时间为15min，然后随机冷却至室温，获得一种石墨浆料可控填充的导电聚合物。
图2空间分解方式制备的一种石墨浆料可控填充的导电聚合物抗弯强度达到60Mpa，电导率达到4.5×10-3s/cm。
实施例2
将6份聚乙烯醇缩丁醛溶入30份无水乙醇中，搅拌充分待其溶解半小时，加入液态环氧树脂30份，搅拌均匀，获得聚合物溶液，利用板刮平制备聚合物薄膜（0.8~1.2mm），放入60℃的烘箱中干燥50min，获得聚合物薄膜基体（0.4~0.6mm）；将烘干的聚合物薄膜按照图3进行冲孔，获得单层带孔洞的薄膜基体。
将4份纳米石墨片与6份酚醛树脂混合，加入1份无水乙醇，搅拌10min，获得石墨浆料；将石墨浆料注射填充到聚合物薄膜孔洞中，放入50℃的烘箱中干燥30min，获得层单元。重复上述过程，获得5块层单元。
将上述层板单元按照一定顺序铺叠在一起，先在85℃、1.5Mpa压力的条件下模压30min进行预压成型，然后在160℃、6Mpa压强下终压成型，时间为10min，然后随机冷却至室温，获得所需填充型导电聚合物。
图3空间分解方式制备的一种石墨浆料可控填充的导电聚合物抗弯强度达到55Mpa，电导率达到3.8×10-2s/cm。

Claims (5)

1.一种填充型导电聚合物，其特征在于，所述的填充型导电聚合物由有机物基体与石墨浆料两部分组成，其中石墨浆料在有机物基体内部形成三维有序网络结构；所述的有机物基体为热固性树脂、聚乙烯缩丁醛、溶剂的混合物；所述的石墨浆料是纳米石墨片、鳞片石墨片或球形石墨中的一种或几种与热固性树脂、溶剂的混合物；所述的热固性树脂为酚醛树脂或环氧树脂；
所述的制备步骤包括：
（1）有机物基体：将聚乙烯缩丁醛溶解于溶剂后加入热固性树脂，采取刮平方式制备聚合物薄膜，在50~70℃下干燥15~60min，得0.1~2.0mm厚度的聚合物薄膜基体，对聚合物薄膜基体进行冲孔去除材料，获得0.1~2.0mm厚度的带有不同尺寸孔洞的聚合物基体，即有机物基体；
（2）石墨浆料层单元制备：将纳米石墨片、鳞片石墨片或球形石墨中的一种或几种与热固性树脂、溶剂混合均匀，制备石墨浆料，将石墨浆料经注射填充到上述步骤中的有机物基体的孔洞中，在30~60℃下干燥10~50min后获得层单元，重复该步骤，得多个层单元；
（3）多层组装：将上述步骤中的多个层单元按序铺叠进行组装；
（4）多层压合成型：将组装好的多个层单元预压、终压两次热压成型，预压工艺参数为：温度高于热固性树脂玻璃化温度10~20℃，压力0.5~3MPa，保压时间10~60min；终压工艺参数为：温度高于热固性树脂固化温度10~20℃，压力5~10MPa，保压时间5~30min，冷却至室温后得到填充型导电聚合物，该填充型导电聚合物为石墨料浆可控填充型导电聚合物。
2.根据权利要求1所述填充型导电聚合物，其特征在于：所述的三维有序网络结构是将二维结构沿着垂直方向上进行离散化处理，获得的具有多个点、线、面几何形状的结构，所述的点、线、面几何形状的结构在同一高度上弥散性地分布在不同的区域，未相互连通，而在不同的高度，相邻的点、线、面彼此连接形成三维有序导电网络结构。
3.根据权利要求1所述填充型导电聚合物，其特征在于：所述的溶剂为无水乙醇或丙酮。
4.根据权利要求1所述填充型导电聚合物，其特征在于：步骤（1）中，有机物基体的原料，按重量份计，热固性树脂为30~50份，溶剂为30~45份，聚乙烯缩丁醛5~20份。
5.根据权利要求1所述填充型导电聚合物，其特征在于：步骤（2）中，石墨浆料层单元的原料，按重量份计，纳米石墨片、鳞片石墨或球形石墨10~60份，热固性树脂30~80份，溶剂10份。
CN201510718673.5A 2015-10-30 2015-10-30 一种填充型导电聚合物及其制备方法 Active CN105400129B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510718673.5A CN105400129B (zh) 2015-10-30 2015-10-30 一种填充型导电聚合物及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510718673.5A CN105400129B (zh) 2015-10-30 2015-10-30 一种填充型导电聚合物及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105400129A CN105400129A (zh) 2016-03-16
CN105400129B true CN105400129B (zh) 2017-09-22

Family

ID=55465908

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510718673.5A Active CN105400129B (zh) 2015-10-30 2015-10-30 一种填充型导电聚合物及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105400129B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105647136B (zh) * 2016-04-07 2018-03-09 广东聚航新材料研究院有限公司 一种基于振动成型的微纳复合填充型导热塑料及其制备方法
CN106671438B (zh) * 2016-12-06 2018-12-07 北京大学 一种层层组装三维功能复合材料及其制备方法
CN112566290B (zh) * 2020-12-31 2021-07-13 深圳市德龙电器有限公司 一种柔性电发热膜发热层及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990015776A1 (en) * 1989-06-14 1990-12-27 Temple University Process for production of graphite flakes and films via low temperature pyrolysis
CA2530818A1 (en) * 2003-07-02 2005-01-13 Polyplastics Co., Ltd. Electroconductive resin composition
CN1620845A (zh) * 2002-02-19 2005-05-25 S&K聚合物技术株式会社 高聚物微孔泡沫导电衬垫及其制造方法
CN203858874U (zh) * 2014-05-12 2014-10-01 三峡大学 一种具有分形导电通路的石墨复合板

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990015776A1 (en) * 1989-06-14 1990-12-27 Temple University Process for production of graphite flakes and films via low temperature pyrolysis
CN1620845A (zh) * 2002-02-19 2005-05-25 S&K聚合物技术株式会社 高聚物微孔泡沫导电衬垫及其制造方法
CA2530818A1 (en) * 2003-07-02 2005-01-13 Polyplastics Co., Ltd. Electroconductive resin composition
CN203858874U (zh) * 2014-05-12 2014-10-01 三峡大学 一种具有分形导电通路的石墨复合板

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
聚乙烯醇缩甲乙醛改性酚醛树脂的热稳定性研究;朱春山等;《热固性树脂》;20100131;第25卷(第1期);第23-25页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN105400129A (zh) 2016-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105400129B (zh) 一种填充型导电聚合物及其制备方法
CN103296437B (zh) 超材料板材的制造方法、超材料天线罩及其制造方法
CN103057221B (zh) 一种三维骨架石墨烯泡沫改性的叠层复合材料及制备方法
Xiong et al. Recent advances in non-biomass and biomass-based electromagnetic shielding materials
CN109206961A (zh) 一种石墨烯导电导热涂料及其制备方法
CN104119627A (zh) 一种高体积分数导热复合材料及其制备方法
CN110712400B (zh) 三维碳/四氧化三铁科赫分形层用于制备层状碳纤维电磁屏蔽复合材料的方法
CN111584151A (zh) 一种碳纤维/碳/石墨复合碳毡及其增强聚合物复合材料导热导电性能的方法
CN108084484B (zh) 一种轻量化导电隔热复合材料及其制备方法、系统
CN109097864B (zh) 一种多孔压电阻尼复合材料的制备方法
CN106025521B (zh) 一种碳纤维复合材料天线及其制备方法
CN103978524A (zh) 具有电磁屏蔽功能的人造板及其制造方法
CN102206371A (zh) 一种具有电磁屏蔽性能的再生橡胶复合材料及其制备方法
CN108440824A (zh) 一种由废弃铝塑包装材料制备的高导热绝缘材料及其方法
CN105255154A (zh) 一种热固性树脂物基导热复合材料的制备方法
CN104589667A (zh) 覆铜板用粘结片的制备方法及其应用
CN109788728A (zh) 一种轻质吸波暗室尖锥材料及其制备方法
CN106476404A (zh) 一种采用复合材料制备汽车中通道隔音垫的方法
CN105647167A (zh) 一种抗静电纤维复合材料的制备方法
CN115763861A (zh) 一种具有3d金属骨架的石墨复合材料双极板及其制备方法
CN203858874U (zh) 一种具有分形导电通路的石墨复合板
CN109825029A (zh) 一种三聚氰胺泡沫树脂复合材料基板及其制备方法
CN201067285Y (zh) 一种具有刨花木糠材质的茶盘
CN106373792A (zh) 一种高分子材料和金属的复合材料及其制备工艺
CN102290901A (zh) 一种电机转子用复合槽楔及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant