專利名稱：：一種聚合物基抗靜電和導電復合材料及其制備方法
技術領域：
：本發明涉及一種聚合物基抗靜電和導電復合材料及其制備方法。尤其是一種以多元聚合物共混物為基體的填充型抗靜電和導電復合材料。
背景技術：
：聚合物基導電復合材料是一類將導電填料(如各種金屬粉末、金屬纖維、炭黑、碳纖維等)以一定的方式和加工工藝填充到聚合物基體中而制成的一種功能復合材料。這類材料在抗靜電、電磁屏蔽、電路電子元器件、傳感器等領域有諸多應用。同時，隨著應用的發展，對材料的要求越來越高。一個主要的方面就是如何降低材料中的填料含量同時又能得到優良的導電性能。因為高的導電填料添加量不僅會增加生產成本(導電填料的成本一般遠高于聚合物)，更會使材料的加工性能和力學性能劣化。從而限制聚合物基導電復合材料在許多領域的應用。以往的聚合物基導電復合材料材料中，以單一聚合物為基體的復合體系，所需的填料含量一般較高，尤其是在要求電阻率較低時，例如中國專利CN93110575.7的公開了一種以聚乙烯或聚乙烯-丙烯酸共聚物為基體的聚合物基導電復合材料，其需要的導電填料含量體積分數為20-30%。中國專利CN98122016.9的公開了一種制備聚合物基導電復合材料的方法，其需要的導電填料含量重量分數為34-60%。
發明內容本發明的目的是提供一種聚合物基抗靜電和導電復合材料及其制備方法。該材料在保持良好的體積電導率同時能有效降低所需填料含量，并且體積電導率可在較大范圍內可調。同時，本材料可以制成導電性和透明度都較好的薄膜，改變了一般導電填料填充聚合物體系由于所需填料含量較高而材料不透明的缺點。本發明的聚合物基抗靜電和導電復合材料，按體積百分數計，含有聚丙烯3555%，聚甲基丙烯酸甲酯3555%乙烯基共聚物525%導電填料0.15%。本發明中，所說的乙烯基共聚物可以是乙烯丙稀酸共聚物(EAA)、乙烯丙稀酸酯共聚物(EEA)、乙烯乙酸乙烯酯共聚物(EVA)或乙烯甲基丙烯酸酯共聚物(EMMA)。本發明所使用的導電填料可以是炭黑，石墨，碳納米管和納米導電金屬顆粒(例如銅、鎳、鋁)中的至少一種。聚合物基抗靜電和導電復合材料的制備方法，其步驟如下按體積百分數計量取各組分，將各組分投入密煉機或擠出機中，在18021(TC下混煉520min;或者先將乙烯基共聚物和導電填料投入密煉機或擠出機，于100130°C下混煉520min制成母料，再將聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和制成的母料在密煉機或擠出機中，于180210。C下混煉520min。本發明所依據的理論原理如下在剪切混合過程中，三種聚合物A、B、C組分之間所能形成的相形態主要由鋪展系數所決定。在一定比例范圍之內，當鋪展系數A滿足ABAC>0，AABC<0，AACB〈0的條件時，龍自發形成B、C雙連續相，A相呈鋪展狀分布于BC界面的形態。本發明中聚丙烯(PP)和聚甲基丙烯酸甲酯(P匿A)分別為B、C相，乙烯基共聚物為A相，三者之間的表面張力滿足上述條件。另一方面，導電填料在兩相聚合物基體的選擇性分布也主要由表面張力所決定。根據公式Ci).a:^-~'"''■其中y為界面張力，"a為潤濕系數。當"a>1時，分布于A相，當-1<"a<1時，分布于兩相界面，當"a〈-l時，分布于B相。在本發明中，分別對PP-乙烯基共聚物和PMMA-乙烯基共聚物體系進行計算，得出在PP-乙烯基共聚物和PMMA-乙烯基共聚物體系中，填料均分布于乙烯基共聚物中。最終形成以PP和PMMA為不相容雙連續相，乙烯基共聚物呈連續狀分布于PP和PMMA相界面，導電填料則會自發地分布于乙烯基共聚物中的自組裝導電網絡結構。本發明制備工藝簡單；本發明的聚合物基抗靜電和導電復合材料在很低的填料含量下就有良好的體積電導率，并且體積電導率可在較大范圍內可調。同時，本發明的復合材料可以制成導電性和透明度都較好的薄膜，改變了一般導電填料填充聚合物體系由于所需填料含量較高而材料不透明的缺點。圖1是聚合物基抗靜電和導電復合材料中PMMA被刻蝕后的掃描電鏡照片；圖2是聚合物基抗靜電和導電復合材料斷面切片的光學顯微鏡照片。具體實施例方式以下結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，這些實施例及附圖僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。實施例110:均按照以下具體步驟制備聚合物基抗靜電和導電復合材料并進行性能測試。制備工藝在13(TC的加工溫度下，先將乙烯基共聚物和導電填料混煉加工10min制成母料。再在18(TC的加工溫度下，將聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和制成的母料按比例投入密煉機混煉加工6min，得到聚合物基抗靜電和導電復合材料。在平板硫化機中180。C熱壓15min，壓力15Mpa，得到35X12X1.4mm的測試樣品，放置6h后測試電性能。其中低電阻用智能萬用表(3146A，ESCORT)測試。高阻用ZC36型超高電阻測試儀測定。測透光率時，樣品壓成50ym的薄膜。透光率用紫外分光光度計測量。表1給出了各實施例中使用的各組分原料、投料量及性能。表l各實施例中使用的各組分原料、投料量及性能。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>對比例18:均按照以下具體步驟制備聚合物基抗靜電和導電復合材料并進行性能測試，組分中不含乙烯基共聚物。制備工藝在18(TC的加工溫度下，將聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和導電填料按比例投入密煉機混煉加工6min得到。在平板硫化機中180。C熱壓15min，壓力15Mpa，得到35X12X1.4mm的測試樣品，放置6h后測試電性能。其中低電阻用智能萬用表(3146A，ESCORT)測試。高阻用ZC36型超高電阻測試儀測定。測透光率時，樣品壓成50ym的薄膜。透光率用紫外分光光度計測量。表2給出了各例中使用的各組分原料、投料量及性能。表2各對比例中使用的各組分原料、投料量及性能。<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例15與對比例14相比，在以高結構炭黑為導電填料時，實施例在更低的填料添加量下就能到達更低的室溫電阻率，尤其是與單基體體系(對比例1、2)相比而言。同時，由于實施例15中填料含量較低，復合材料的透光性能也較好，可以制得兼具有導電性和透明性的薄膜。而對比例中由于填料含量較高，材料喪失了透明性。將實施例610與對比例58相比，在以多壁碳納米管為導電填料時，也得到類似的結果。為了對本發明作進一步說明，幫助人們進一步理解本發明。我們還對實施例3中的材料的導電網絡結構形態進行了表征。見圖l和圖2，從圖l掃描電鏡照片可以看到，PMMA被刻蝕后留下了大量空腔結構且空腔結構呈連續狀分布，剩下的聚合物基體PP也呈連續相分布，整個復合材料是典型的雙滲流導電網絡結構。同時，PMMA被刻蝕后留下空腔壁上，都存在著一層管狀的聚合物層，證實了EAA分布于PP和PMMA界面。從圖2光學顯微鏡照片可以看到，填料是選擇性分布于復合材料相界面。這種導電網絡的形貌結構完全與預期的一致。上述實例表明，與單基體體系和一般的雙基體體系相比，采用本發明由于形成了自組裝的獨特導電網絡結構，能在更低的填料含量下就有良好的體積電導率，并且體積電導率可在較大范圍內可調。同時，本發明復合材料可以制成導電性和透明度都較好的薄膜，能夠改變一般導電填料填充聚合物體系由于所需填料含量較高而材料不透明的缺點。權利要求一種聚合物基抗靜電和導電復合材料，其特征在于按體積百分數計，含有聚丙烯35～55％，聚甲基丙烯酸甲酯35～55％乙烯基共聚物5～25％導電填料0.1～5％。2.按照權利要求1所述的聚合物基抗靜電和導電復合材料，其特征在于所述的乙烯基共聚物是乙烯丙稀酸共聚物、乙烯丙稀酸酯共聚物、乙烯乙酸乙烯酯共聚物或乙烯甲基丙烯酸酯共聚物。3.按照權利要求1所述的聚合物基抗靜電和導電復合材料，其特征在于所述的導電填料是炭黑，石墨，碳納米管和納米導電金屬顆粒中的至少一種。4.制備權利要求1所述的聚合物基抗靜電和導電復合材料的方法，其特征在于按體積百分數計量取各組分，將各組分投入密煉機或擠出機中，在18021(TC下混煉520min;或者先將乙烯基共聚物和導電填料投入密煉機或擠出機，于10013(TC下混煉520min制成母料，再將聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和制成的母料在密煉機或擠出機中，于180210。C下混煉520min。全文摘要本發明公開的聚合物基抗靜電和導電復合材料，按體積百分數計，含有聚丙烯35～55％，聚甲基丙烯酸甲酯35～55％，乙烯基共聚物5～25％，導電填料0.1～5％。采用在密煉機或擠出機中混煉制備而成。本發明的聚合物基抗靜電和導電復合材料在很低的填料含量下就有良好的體積電導率，并且體積電導率可在較大范圍內可調。同時，本發明的復合材料可以制成導電性和透明度都較好的薄膜，改變了一般導電填料填充聚合物體系由于所需填料含量較高而材料不透明的缺點。文檔編號C08L33/12GK101735510SQ200910156959公開日2010年6月16日申請日期2009年12月24日優先權日2009年12月24日發明者楊輝,沈烈,王方權,賈偉燦申請人:浙江大學