CN107573647B - 一种导电纳米复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导电纳米复合材料的制备方法，属于材料加工技术领域。本发明取硝酸盐晶体和氨水，加入去离子水中，搅拌得银氨溶液；取铜粉，倒入敏化液中浸泡，过滤后倒入盐酸溶液中洗涤后过滤，得滤渣；向滤渣中倒入银氨溶液，反应后滴加氨水调节pH，继续反应，过滤，倒入去离子水中，静置过滤，即得银包铜粉；取苯胺在室温下加入去离子水中，搅拌后，滴加铁氰化钾溶液，滴加完毕后将铜包银倒入其中并搅拌，得搅拌浆；将搅拌浆过滤，按顺序分别用去离子水、甲醇、乙醇洗涤滤渣，真空干燥，得铜包银聚苯胺中空微球；将铜包银聚苯胺中空微球和环氧树脂混合搅拌后，添加至密炼机进行混炼，出料，即得一种导电纳米复合材料。

Description

一种导电纳米复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种导电纳米复合材料的制备方法，属于材料加工技术领域。

背景技术

随着科技的快速发展，聚合物基功能复合材料在生活与工业中的应用越来越广泛，人们对复合材料的结构与性能的要求也不断增加。聚合物基功能复合材料是指通过化学或物理方法，向聚合物基体中引入一种或多种有机或无机填料，赋予复合材料不同的功能性，如导电性、导热性、介电性、顺磁性、阻尼性等。由于其具有质轻、可塑性强、成本低、易工业化生产等优点，受到越来越多研究者的关注。

复合材料的制备方法多种多样，其主要目的是将基体与填料混合均匀，从而获

得各方面性能俱佳的复合材料。不同的加工方法会影响填料在基体中的分布，同时也会影响填料的长径比和取向度，因此，选择合适的加工方法是获得性能优异的复合材料的关键。

随着现代科技的发展，电子电气产品越来越倾向于轻量化、微型化，聚合物基

导电复合材料在其中扮演着非常重要的角色，因而其需求日益增大。德国德固赛公司将碳纳米管添加到尼龙12中，制备了性能优异的抗静电复合材料，应用于汽车输油管，能够预防静电意外点燃输油管。现在，很多汽车零部件也逐渐使用聚合物基导电复合材料来取代传统的金属，相比较而言，聚合物基导电复合材料能够减轻汽车的重量，节省能源，同时还能够降低成本。

电子电气产品的轻量化、微型化不仅需要软件性能的提高，也需要硬件条件的

匹配，而聚合物基导热复合材料是这个进程中不可或缺的一部分。然而，大部分的聚合物本身是热的绝缘体，导热性非常差，为了提高它们的导热性能，主要通过添加一些导热填料来获得高导热的复合材料，从而拓宽了聚合物在导热领域的应用。一直以来，人们都使用金属材料进行导热散热，自从聚合物基导热复合材料的成功制备，由于其质轻、耐腐蚀、易加工等优点，成为了替代传统的金属导热材料的不二选择。聚合物基导热复合材料的应用范围非常广泛，如电子电气、换热工程、电磁屏蔽、电脑散热配件、光学组件、照明组件、机械组件等，随着聚合物基导热复合材料应用范围的不断扩大，人们对其的研究方兴未艾。特别是近些年大功率LED灯的兴起，国内外的研究焦点聚集在使用聚合物基导热复合材料代替传统的金属铝散热器，使得聚合物基导热复合材料的发展进入一个新的阶段。

随着工业的发展，高分子材料在生活与工业中的应用越来越广泛，这为高分子行业带来了新的契机，同时也带来了新的挑战。高分子材料本身是电和热的绝缘体，能够应用于很多的场合，但是随着电子电器产品的快速发展，高分子材料本身已经不能满足一些场合应用，因此发展功能高分子材料成为一个新的方向。作为功能高分子材料的成员，导电高分子复合材料是现在发展最为迅速同时也是应用最广泛的功能复合材料，因此，制备导电高分子复合材料是近年来的研究热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对聚合物基导电复合材料需要添加较高含量的导电填料，会增加复合材料加工成型的难度，同时还会损害材料的力学性能的问题，提供了一种导电纳米复合材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

制备步骤为：

（1）取3~4g硝酸银晶体和7~8g氨水加入至150~160mL的去离子水中，搅拌，得银氨溶液；

（2）取50~60g铜粉，倒入80~90mL的敏化液中浸泡，过滤，去离子洗涤，倒入盐酸溶液后，去离子水洗涤过滤，得滤渣；

（3）滤渣中倒入60~70g银氨溶液，用氨水调节pH，过滤后倒入至去离子水中静置，过滤，得银包铜粉；

（4）取15~20mmoL苯胺加入至150~200mL的去离子水中，搅拌后滴加铁氰化钾溶液并倒入银包铜粉，搅拌，得搅拌浆；

（5）将搅拌浆过滤洗涤，真空干燥后，得银包铜粉聚苯胺中空微球；

（6）将银包铜粉聚苯胺中空微球和环氧树脂混合搅拌后添加至密炼机混炼，出料得一种导电纳米复合材料。

步骤（3）所述的滤渣的pH为8.9~9.1。

步骤（4）所述的铁氰化钾溶液的浓度为0.75mol/L。

步骤（4）所述的铁氰化钾溶液的滴加速度为2~3mL/min。

步骤（4）所述的搅拌浆的搅拌温度为0~5℃。

步骤（5）所述的干燥温度为40~45℃。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

（1）本发明在制备一种导电纳米材料的过程中，以银包铜粉为填充物制得铜包银聚苯胺中空微球，有效解决了粒子沉降问题，使制得的复合材料加工成型的难度更小，工艺简单，节约了成本；

（2）本发明在制备一种导电纳米材料的过程中，用铜包银聚苯胺中空微球和环氧树脂制备复合材料，增强复合材料的导电性能的同时也加强了复合材料的力学强度。

具体实施方式

取3～4g硝酸银晶体和7～8g氨水，加入至150～160mL的去离子水中，置于磁力搅拌器上以180～200r/min的转速搅拌30～40min，得银氨溶液；取50～60g铜粉，倒入80～90mL的敏化液中浸泡10～15min，过滤得滤饼并用去离子水洗涤3～4次，随后倒入至70～80mL的质量分数50％二氯化铅-盐酸溶液中10～15min，用去离子水洗涤3～4次后过滤，得滤渣；向滤渣中倒入60～70g银氨溶液，反应10～15min后滴加质量分数5％氨水，调节pH至8.9～9.1，继续反应30～40min，离心分离并收集下层沉淀，于250～300mL的去离子水中，70～75℃的温度下静置3～4h，过滤，收集反应滤饼，即得银包铜粉；取15～20mmoL苯胺在室温下加入至150～200mL的去离子水中，以100～120r/min的转速搅拌30～40min后，以2～3mL/min的速度滴加0.75mol/L的铁氰化钾溶液，滴加完毕后将10～15g银包铜粉倒入其中并在0～5℃的温度下搅拌24～25h，得搅拌浆；将搅拌浆过滤，按顺序分别用去离子水、甲醇、乙醇各洗涤滤渣2～3次，在40～45℃的温度下真空干燥40～45h，得铜包银聚苯胺中空微球；将铜包银聚苯胺中空微球和70～80g环氧树脂混合搅拌后，添加至密炼机进行混炼，温度调节至160～180℃，在100～120r/min的转速下密炼30～40min，出料，即得一种导电纳米复合材料。所述的敏化液为每升含10～100g氯化亚锡和10～50mL盐酸的敏化液。

实例1

取3g硝酸银晶体和7g氨水，加入至150mL的去离子水中，置于磁力搅拌器上以180r/min的转速搅拌30min，得银氨溶液；取50g铜粉，倒入80mL的敏化液中浸泡10min，过滤得滤饼并用去离子水洗涤3次，随后倒入至70mL的质量分数50％二氯化铅-盐酸溶液中10min，用去离子水洗涤3次后过滤，得滤渣；向滤渣中倒入60g银氨溶液，反应10min后滴加质量分数5％氨水，调节pH至8.9，继续反应30min，离心分离并收集下层沉淀，于250mL的去离子水中，70℃的温度下静置3h，过滤，收集反应滤饼，即得银包铜粉；取15mmoL苯胺在室温下加入至150mL的去离子水中，以100r/min的转速搅拌30min后，以2mL/min的速度滴加0.75mol/L的铁氰化钾溶液，滴加完毕后将10g银包铜粉倒入其中并在0℃的温度下搅拌24h，得搅拌浆；将搅拌浆过滤，按顺序分别用去离子水、甲醇、乙醇各洗涤滤渣2次，在40℃的温度下真空干燥40h，得铜包银聚苯胺中空微球；将铜包银聚苯胺中空微球和70g环氧树脂混合搅拌后，添加至密炼机进行混炼，温度调节至160℃，在100r/min的转速下密炼3min，出料，即得一种导电纳米复合材料。所述的敏化液为每升含10g氯化亚锡和10mL盐酸的敏化液。

实例2

取3g硝酸银晶体和8g氨水，加入至155mL的去离子水中，置于磁力搅拌器上以190r/min的转速搅拌35min，得银氨溶液；取55g铜粉，倒入85mL的敏化液中浸泡12min，过滤得滤饼并用去离子水洗涤2次，随后倒入至75mL的质量分数50％二氯化铅-盐酸溶液中12min，用去离子水洗涤3次后过滤，得滤渣；向滤渣中倒入65g银氨溶液，反应12min后滴加质量分数5％氨水，调节pH至9.0，继续反应35min，离心分离并收集下层沉淀，于275mL的去离子水中，72℃的温度下静置4h，过滤，收集反应滤饼，即得银包铜粉；取17mmoL苯胺在室温下加入至175mL的去离子水中，以110r/min的转速搅拌35min后，以3mL/min的速度滴加0.75mol/L的铁氰化钾溶液，滴加完毕后将12g银包铜粉倒入其中并在2℃的温度下搅拌24h，得搅拌浆；将搅拌浆过滤，按顺序分别用去离子水、甲醇、乙醇各洗涤滤渣3次，在44℃的温度下真空干燥42h，得铜包银聚苯胺中空微球；将铜包银聚苯胺中空微球和75g环氧树脂混合搅拌后，添加至密炼机进行混炼，温度调节至170℃，在110r/min的转速下密炼35min，出料，即得一种导电纳米复合材料。所述的敏化液为每升含65g氯化亚锡和35mL盐酸的敏化液。

实例3

取4g硝酸银晶体和8g氨水，加入至160mL的去离子水中，置于磁力搅拌器上以200r/min的转速搅拌40min，得银氨溶液；取60g铜粉，倒入90mL的敏化液中浸泡15min，过滤得滤饼并用去离子水洗涤4次，随后倒入至80mL的质量分数50％二氯化铅-盐酸溶液中15min，用去离子水洗涤4次后过滤，得滤渣；向滤渣中倒入70g银氨溶液，反应15min后滴加质量分数5％氨水，调节pH至9.1，继续反应40min，离心分离并收集下层沉淀，于300mL的去离子水中，75℃的温度下静置4h，过滤，收集反应滤饼，即得银包铜粉；取20mmoL苯胺在室温下加入至200mL的去离子水中，以120r/min的转速搅拌40min后，以3mL/min的速度滴加0.75mol/L的铁氰化钾溶液，滴加完毕后将15g银包铜粉倒入其中并在5℃的温度下搅拌25h，得搅拌浆；将搅拌浆过滤，按顺序分别用去离子水、甲醇、乙醇各洗涤滤渣3次，在45℃的温度下真空干燥45h，得铜包银聚苯胺中空微球；将铜包银聚苯胺中空微球和80g环氧树脂混合搅拌后，添加至密炼机进行混炼，温度调节至180℃，在120r/min的转速下密炼40min，出料，即得一种导电纳米复合材料。所述的敏化液为每升含100g氯化亚锡和50mL盐酸的敏化液。

对照例：苏州某公司生产的导电纳米复合材料。

将实例及对照例的复合材料进行检测，具体检测如下：

动态力学性能：用美国TA公司的动态机械热分析仪（DMA，Q800）

缺口冲击强度：采用悬臂梁摆锤式冲击试验机XC-22

体积电导率：采用了两种仪器，当体积电导率高于10^-6S/m时，利用美国Keithley公司的四探针测试系统（4200-SCS）测量；当体积电导率低于10^-6S/m时，利用上海太欧电子有限公司的ZC-90C高绝缘电阻测量仪测定。

具体检测结果如表1。

表1

由表1可知，本发明制备的复合材料具有高导电性和良好的力学性能。

Claims (6)

1.一种导电纳米复合材料的制备方法，其特征在于制备步骤为：

（1）取3~4g硝酸银晶体和7~8g氨水加入至150~160mL的去离子水中，搅拌，得银氨溶液；

（2）取50~60g铜粉，倒入80~90mL的敏化液中浸泡，所述的敏化液为每升含10~100g氯化亚锡和10~50mL盐酸的敏化液；过滤，去离子水洗涤，倒入二氯化铅-盐酸溶液后，去离子水洗涤过滤，得滤渣；

（3）滤渣中倒入60~70g银氨溶液，用氨水调节pH，过滤后倒入至去离子水中静置，过滤，得银包铜粉；

（4）取15~20mmoL苯胺加入至150~200mL的去离子水中，搅拌后滴加铁氰化钾溶液并倒入银包铜粉，搅拌，得搅拌浆；

（5）将搅拌浆过滤洗涤，真空干燥后，得银包铜粉聚苯胺中空微球；

（6）将银包铜粉聚苯胺中空微球和环氧树脂混合搅拌后添加至密炼机混炼，出料得一种导电纳米复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种导电纳米复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述用氨水调节pH为8.9~9.1。

3.根据权利要求1所述的一种导电纳米复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的铁氰化钾溶液的浓度为0.75mol/L。

4.根据权利要求1所述的一种导电纳米复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的铁氰化钾溶液的滴加速度为2~3mL/min。

5.根据权利要求1所述的一种导电纳米复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的搅拌浆的搅拌温度为0~5℃。

6.根据权利要求1所述的一种导电纳米复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的干燥温度为40~45℃。