一種低逾滲閾值高熱穩(wěn)定性碳納米管三元復(fù)合材料及其制備方法
【專利摘要】一種低逾滲閾值高熱穩(wěn)定性的三元導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法，屬于高分子導(dǎo)電復(fù)合材料領(lǐng)域。是以聚醚醚酮和熱塑性聚酰亞胺的共混物為聚合物基體，兩種樹脂的質(zhì)量比為4：6～6：4；以碳納米管為導(dǎo)電填料，占復(fù)合材料總質(zhì)量的0.1％～3.0wt％。本發(fā)明制備的復(fù)合材料經(jīng)掃描電鏡測試表明碳納米管選擇性地分布在聚酰亞胺中，聚合物基體形成雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的逾滲閾值低至0.2～1.0wt％，103Hz頻率下的交流電導(dǎo)率為5.0×10‐10～2.0×10‐1S/m，同時(shí)該復(fù)合材料在200～240℃高溫區(qū)的儲能模量為740～900MPa，有很好的高溫使用性能，可廣泛應(yīng)用于航空航天的導(dǎo)電、抗靜電、電磁屏蔽材料等領(lǐng)域。
【專利說明】一種低逾滲閾值高熱穩(wěn)定性碳納米管三元復(fù)合材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種以聚醚醚酮和聚酰亞胺共混物為基體，以碳納米管為導(dǎo)電填料，具有低逾滲閾值高熱穩(wěn)定性的三元導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]導(dǎo)電材料因在電磁屏蔽、電致變色顯示器、光電轉(zhuǎn)換、抗靜電材料等領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值而引起人們廣泛的研究興趣。相比于傳統(tǒng)的金屬導(dǎo)電材料，聚合物基導(dǎo)電材料具有質(zhì)輕、耐腐蝕、易加工的優(yōu)勢。其中，特征工程塑料(聚醚醚酮、聚醚砜、聚酰亞胺等)因具有優(yōu)異的綜合性能而被認(rèn)為是航空航天領(lǐng)域中金屬材料的良好替代品。
[0003]聚醚醚酮(PEEK)是一種結(jié)晶型高性能熱塑性樹脂，是商業(yè)化聚芳醚酮類樹脂中最重要的品種之一。但PEEK的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)只有143°C，超過Tg后，其儲能模量有明顯的下降，這大大限制了 PEEK在高溫領(lǐng)域的應(yīng)用。南京岳子化工有限公司開發(fā)的新型熱塑性聚酰亞胺(TPI)是一種無定形的熱塑性樹脂，其Tg高達(dá)254°C，在250°C高溫下仍能保持很高的儲能模量，在耐高溫材料領(lǐng)域有明顯的競爭優(yōu)勢。但TPI的無定形結(jié)構(gòu)決定了其耐溶劑性較差，并且TPI的熔體粘度較高、加工流動(dòng)性不容樂觀。將PEEK和TPI共混，可以使其優(yōu)勢互補(bǔ)，開發(fā)高溫下綜合性能優(yōu)越的材料。需要注意的是，因PEEK與TPI的相容性較差，PEEK/TPI共混物的綜合性能不僅取決于PEEK和TPI的性質(zhì)，更取決于兩相的形貌。而具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的共 混物可大幅提高共混物的性能，包括彈性模量、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性等。因此，制備具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的PEEK/TPI共混物成為人們急需解決的問題。
[0004]在不相容聚合物中加入納米填料是調(diào)控共混物相形貌的有效方法。碳納米管因具有優(yōu)異的電學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性能和高長徑比而被認(rèn)為是聚合物基體的理想填料。碳納米管在不相容聚合物中的選擇性分布可以很好地誘導(dǎo)兩相結(jié)構(gòu)由海-島向雙連續(xù)轉(zhuǎn)變，得到具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的共混物。更重要的是，在具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的共混體系中，碳納米管選擇性地分布在其中一相中達(dá)到逾滲閾值(一級逾滲)，這一相又在整個(gè)共混體系中達(dá)到逾滲閾值(雙逾滲)，這叫做雙逾滲現(xiàn)象。由雙逾滲效應(yīng)，碳納米管在具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的不相容聚合物基體中的選擇性分布，可以有效降低逾滲閾值，提高復(fù)合材料導(dǎo)電性能。
[0005]因此，本專利選擇PEEK/TPI共混物為聚合物基體，碳納米管為導(dǎo)電填料，通過碳納米管的選擇性分布誘導(dǎo)共混物形成雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，開發(fā)一種具有低逾滲閾值高熱穩(wěn)定性的三元導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0006]在中國專利“CN102875819A”中介紹了 PEEK/TPI共混物的制備方法，此發(fā)明側(cè)重于制備一種嵌段共聚物，來提高PEEK/TPI共混物的相容性；在中國專利“CN103374198A”中介紹了一種用玄武巖纖維做增強(qiáng)填料，提高PEEK/TPI共混物機(jī)械性能的制備方法；而本發(fā)明側(cè)重于制備一種聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料，用碳納米管作為導(dǎo)電填料，誘導(dǎo)PEEK/TPI共混物形成雙連續(xù)結(jié)構(gòu)，開發(fā)具有低逾滲閾值的導(dǎo)電復(fù)合材料。[0007]在中國專利“CN102321338A”中介紹了 PEEK基復(fù)合電磁屏蔽材料的制備方法，此發(fā)明以PEEK單一聚合物為基體，聚醚砜作為導(dǎo)電填料的分散劑，使導(dǎo)電填料均勻分散在PEEK基體中，制備電磁屏蔽材料；在中國專利“CN102942780A”中介紹了聚醚醚酮導(dǎo)電薄膜的制備方法，此發(fā)明以PEEK單一聚合物為基體，通過拉伸、熱壓等方式使導(dǎo)電填料均勻分散在PEEK基體中，制備導(dǎo)電薄膜；而本發(fā)明以PEEK/TPI共混物為基體，由碳納米管選擇性地分布在PEEK/TPI共混物基體中，得到具有雙連續(xù)結(jié)構(gòu)的三元導(dǎo)電復(fù)合材料。
[0008]在中國專利“CN102190830A”中介紹了一種低炭黑含量聚合物基PTC材料的制備方法，此發(fā)明以聚丙烯/聚偏氟乙烯為聚合物基體，屬于通用塑料和工程塑料領(lǐng)域，材料使用溫度低于150°C ;而本發(fā)明旨在開發(fā)一種高熱穩(wěn)定性的導(dǎo)電材料，以PEEK/TPI共混物為聚合物基體，屬于特種工程塑料領(lǐng)域，材料使用溫度在200°C以上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種低逾滲閾值、高熱穩(wěn)定性的碳納米管三元導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。
[0010]本發(fā)明的一種低逾滲閾值高熱穩(wěn)定性碳納米管復(fù)合材料，其特征在于:由聚醚醚酮(PEEK)和熱塑性聚酰亞胺(TPI)的物理共混物為聚合物基體，兩種聚合物的質(zhì)量比為4:6~6:4 ;碳納米管選擇性地分布在聚酰亞胺中，所述的碳納米管為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或幾種，碳納米管(碳納米管與聚合物基體間也是物理共混)占復(fù)合材料總質(zhì)量的0.1 %~3.0wt%。復(fù)合材料在IO3Hz頻率下的交流電導(dǎo)率為
5.0 X 10-1(1~2.0 X 1(T 1SAi (安捷倫4294Α型精密阻抗分析儀，室溫測試)，其逾滲閾值為
0.2wt%~ 1.200~240°C高溫區(qū)的儲能模量為740MPa~900MPa(美國TA公司Q800型動(dòng)態(tài)機(jī)械性能分析儀)。
[0011]本發(fā)明所述的聚醚醚酮樹脂的熔融指數(shù)為80~120g/10min(熔融指數(shù)測試條件:測試溫度400°C，載荷為5kg)，對數(shù)比濃粘度為0.66~0.60 (測試條件:25°C，溶劑為濃硫酸，溶液濃度0.01g/min)，其結(jié)構(gòu)式如I所示，η表示聚合度，η≥I的整數(shù)。(聚醚醚酮樹脂的具體制備方法見發(fā)明專利“含氟聚醚醚酮類三元共聚物及其合成方法”，專利號:ZL200710055849.9)
[0012]
【權(quán)利要求】
1.一種低逾滲值高熱穩(wěn)定性碳納米管三元復(fù)合材料，其特征在于:以聚醚醚酮和熱塑性聚酰亞胺的共混物為聚合物基體，兩種聚合物的質(zhì)量比為4:6~6:4 ;導(dǎo)電填料為單壁碳納米管、雙壁碳納米管、多壁碳納米管中的一種或幾種，碳納米管選擇性地分布在聚酰亞胺中，碳納米管占復(fù)合材料總質(zhì)量的0.1 %~3.0wt %。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低逾滲值高熱穩(wěn)定性碳納米管三元復(fù)合材料，其特征在于:聚醚醚酮樹脂的熔融指數(shù)為80~120g/10min，對數(shù)比濃粘度為0.66~0.60。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低逾滲值高熱穩(wěn)定性碳納米管三元復(fù)合材料，其特征在于:在IO3Hz頻率下的交流電導(dǎo)率為5.0X 10_1°~2.0X 10_1S/m，其逾滲閾值為0.2wt%~1.0wt%，復(fù)合材料在200~240°C高溫區(qū)的儲能模量為740MPa~900MPa。
4.權(quán)利要求1所述的低逾滲值高熱穩(wěn)定性碳納米管三元復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:將聚醚醚酮和熱塑性聚酰亞胺在120~240°C下干燥2~4小時(shí)，然后將干燥后的聚合物與碳納米管預(yù)混，得到含導(dǎo) 電填料的復(fù)合材料粉料；然后將預(yù)混的粉料加入到擠出機(jī)內(nèi)并于340~400°C熔融共混，擠出后造粒；最后將粒料烘干后采用注塑成型或熱壓成型的方式，得到三元復(fù)合導(dǎo)電材料。
5.權(quán)利要求1~3任何一項(xiàng)所述的低逾滲值高熱穩(wěn)定性碳納米管三元復(fù)合材料在導(dǎo)電、抗靜電或電磁屏蔽材料中的應(yīng)用。
【文檔編號】C08K3/04GK103992616SQ201410222650
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】姜振華, 高聰, 張淑玲, 林宇津, 韓冰, 王貴賓 申請人:吉林大學(xué)