：本發(fā)明屬于導(dǎo)電高分子復(fù)合材料領(lǐng)域，具體涉及一種具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料及其制備方法。

背景技術(shù)：
：近年來，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料因?yàn)榫哂忻芏鹊?、易加工成型、耐溶劑性和電?dǎo)率可調(diào)控等優(yōu)點(diǎn)在靜電耗散、電磁屏蔽、電子傳感器以及電容器等方面有著廣泛的應(yīng)用。然而為了獲得高導(dǎo)電性能的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，通常需要添加大量的導(dǎo)電填料，而大量的導(dǎo)電填料會增加成型過程中的成本同時也會大大降低材料的機(jī)械性能。因此，目前在導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的設(shè)計方面具有兩個主要的問題：即如何降低材料的導(dǎo)電逾滲閾值以及如何保持甚至提高聚合物基體的機(jī)械性能。有許多學(xué)者報道了大量關(guān)于降低導(dǎo)電高分子復(fù)合材料導(dǎo)電逾滲閾值的方法，而其中最有效、最簡單的方法就是控制材料的結(jié)構(gòu)使導(dǎo)電填料在聚合物基體中形成特殊導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)電雙逾滲結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電粒子選擇性分布在相界面以及隔離結(jié)構(gòu)等特殊結(jié)構(gòu)，而這些方法中最有效、最簡單的降低材料導(dǎo)電逾滲閾值的方法就是構(gòu)建隔離結(jié)構(gòu)。然而，由于很弱的界面粘合力和導(dǎo)電粒子與聚合物基體之間的缺陷等因素，這些方法得到的導(dǎo)電材料的機(jī)械性能都非常差，特別是具有隔離結(jié)構(gòu)的材料，其剛性、韌性等力學(xué)性能都極差。這個問題極大地限制了導(dǎo)電高分子材料在工業(yè)上的應(yīng)用，因此構(gòu)建一種新型的具有低逾滲、高電率同時具有較好的力學(xué)性能的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是非常有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
：本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，其具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)，從而使得導(dǎo)電材料導(dǎo)電逾滲閾值低，同時該復(fù)合材料具有較強(qiáng)的機(jī)械性能。本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，其原料包括聚合物1和導(dǎo)電填料，該導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)，所述連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)為：導(dǎo)電填料以粒子層構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)的形式規(guī)整地分布在聚合物1中，并且，聚合物1被導(dǎo)電填料粒子層分割，但同時聚合物1仍然保持連續(xù)結(jié)構(gòu)。所述聚合物1為熱塑性聚合物；進(jìn)一步，所述聚合物1選自聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氧化乙烯、聚烯烴彈性體、聚甲基丙烯酸甲酯或熱塑性硫化橡膠中的一種。所述導(dǎo)電填料選自炭黑、多壁碳納米管、單壁碳納米管、碳纖維、石墨烯、金屬粉末或其他導(dǎo)電粒子中的至少一種。進(jìn)一步，聚合物1為PP，導(dǎo)電填料為多壁碳納米管或炭黑時，所述導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲閾值分別為：PP/多壁碳納米管0.26vol％(即多壁碳納米管的體積占PP/多壁碳納米管復(fù)合材料總體積的0.26％時即可構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu))，PP/炭黑0.37vol％；或：聚合物1為聚烯烴彈性體(POE)，導(dǎo)電填料為多壁碳納米管或炭黑時，所述導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的導(dǎo)電逾滲閾值分別為：聚烯烴彈性體/多壁碳納米管0.39vol％，聚烯烴彈性體/炭黑0.42vol％。本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供上述導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，包括步驟：1)將聚合物1與導(dǎo)電填料載體熔融共混形成具有雙逾滲結(jié)構(gòu)的聚合物1/導(dǎo)電填料載體共混物，該共混物記為M1；其中，所述導(dǎo)電填料載體為聚合物2與導(dǎo)電填料共混形成的聚合物2/導(dǎo)電填料復(fù)合材料，聚合物2與聚合物1不相容；并且，M1中導(dǎo)電填料選擇性分布在聚合物2中；本發(fā)明中，聚合物1與聚合物2的用量只要滿足聚合物1與導(dǎo)電填料載體通過熔融共混聚合物1和聚合物2能夠形成共連續(xù)相結(jié)構(gòu)即可，導(dǎo)電填料的添加量根據(jù)實(shí)際使用用途和要求確定其添加量即可；2)將M1采用溶劑浸泡法選擇性地將其中的聚合物2相完全溶解，然后經(jīng)干燥、去除溶劑，得到多孔的聚合物1/導(dǎo)電填料復(fù)合材料；3)將步驟2)所得多孔的聚合物1/導(dǎo)電填料復(fù)合材料經(jīng)過熱壓工藝制備出具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的聚合物1/導(dǎo)電填料復(fù)合材料，即導(dǎo)電高分子復(fù)合材料。所述聚合物2為熱塑性聚合物；進(jìn)一步，所述聚合物2選自聚丙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚氧化乙烯、聚烯烴彈性體、聚甲基丙烯酸甲酯或熱塑性硫化橡膠中的一種。進(jìn)一步，所述導(dǎo)電高分子材料的制備方法中，所述聚合物1為聚丙烯，聚合物2為聚苯乙烯；或：所述聚合物1為聚乙烯，聚合物2為聚苯乙烯；或：所述聚合物1為聚烯烴彈性體，聚合物2為聚氧化乙烯；或：所述聚合物1為聚丙烯，聚合物2為聚甲基丙烯酸甲酯；或：所述聚合物1為聚丙烯，聚合物2為熱塑性硫化橡膠。優(yōu)選的，步驟2)中，溶劑選擇能將聚合物2溶解，而對聚合物1不溶解的溶劑。進(jìn)一步，所述溶劑為二甲苯、去離子水、甲苯、二氯甲烷、氯仿、環(huán)己烷中的至少一種。更進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電高分子材料的制備方法中，所述聚合物1為聚丙烯，聚合物2為聚苯乙烯，導(dǎo)電填料為多壁碳納米管或炭黑，溶劑為二甲苯，聚丙烯與聚苯乙烯的質(zhì)量比為50：50；或：所述聚合物1為聚烯烴彈性體(POE)，聚合物2為聚氧化乙烯(PEO)，導(dǎo)電填料為多壁碳納米管或炭黑，溶劑為去離子水，聚烯烴彈性體與聚氧化乙烯的質(zhì)量比為50：50。進(jìn)一步，步驟1)中，所述熔融共混即在聚合物1和導(dǎo)電填料載體的熔點(diǎn)之上熱分解溫度以下進(jìn)行機(jī)械共混。步驟1)中，所述導(dǎo)電填料載體的制備方法為：將聚合物2與導(dǎo)電填料于聚合物2的熔點(diǎn)之上熱分解溫度以下機(jī)械混勻即可。步驟3)中，所述熱壓工藝指：將步驟2)所得多孔的聚合物1/導(dǎo)電填料復(fù)合材料在一定溫度下利用一定壓力，壓制至使多孔的聚合物1/導(dǎo)電填料復(fù)合材料中的孔洞合并壓實(shí)即可；其中，一定溫度為保證聚合物1具有一定流動性但同時保持較大粘度的溫度，其確定方式為：結(jié)晶聚合物的起始熔融溫度以上熔點(diǎn)以下，非晶聚合物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度±30℃；一定壓力為不低于聚合物1在該溫度下能夠被壓實(shí)的最小壓力。本發(fā)明要解決的第三個技術(shù)問題是提供一種降低聚合物1/導(dǎo)電填料復(fù)合材料導(dǎo)電逾滲閾值同時保持其機(jī)械性能的方法，即選擇與聚合物1不相容的聚合物2，先將聚合物2與所述導(dǎo)電填料共混制得導(dǎo)電填料載體，再將導(dǎo)電填料載體與聚合物1熔融共混制得聚合物1/導(dǎo)電填料載體共混物；然后將聚合物1/導(dǎo)電填料載體共混物中的聚合物2相完全溶解除去，得多孔的聚合物1/導(dǎo)電填料共混物；最后將多孔的聚合物1/導(dǎo)電填料共混物通過熱壓工藝制得低導(dǎo)電逾滲閾值的聚合物1/導(dǎo)電填料復(fù)合材料；其中，聚合物1和聚合物2為熱塑性聚合物。本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明具有新型連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有極低的導(dǎo)電逾滲閾值，在導(dǎo)電填料含量很低的時候就能具有較高的電導(dǎo)率，同時還具有較高的模量、強(qiáng)度和韌性，具有良好的綜合性能。并且在相同的導(dǎo)電填料含量下，該新型導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的電導(dǎo)率相比傳統(tǒng)的導(dǎo)電復(fù)合材料高。這種特殊的連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的構(gòu)建至今未見報道。附圖說明：圖1(a)為實(shí)施例1步驟一所得PP/PS/CB三元共混物的掃描電子顯微鏡圖，圖1(b)為圖1(a)的局部放大圖。圖2(a)為實(shí)施例1步驟二所得多孔PP/CB復(fù)合材料的掃描電子顯微鏡圖，圖2(b)為圖2(a)的局部放大圖。圖3為實(shí)施例1步驟三所得具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的PP/CB復(fù)合材料的光學(xué)顯微鏡圖。圖4為實(shí)施例2步驟三所得具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的PP/MWCNT復(fù)合材料的光學(xué)顯微鏡圖。圖5為實(shí)施例3步驟三所得具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的POE/MWCNT復(fù)合材料光學(xué)顯微鏡圖。圖6為實(shí)施例4步驟三所得具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的POE/CB復(fù)合材料的光學(xué)顯微鏡圖。圖7為對比例2得到的具有雙逾滲結(jié)構(gòu)的PP/PS/CB三元共混物的掃描電子顯微鏡圖。圖7(a)為對比例2得到的具有雙逾滲結(jié)構(gòu)的PP/PS/CB三元共混物的掃描電子顯微鏡圖，圖7(b)為圖7(a)的局部放大圖。具體實(shí)施方式：本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是提供一種導(dǎo)電高分子復(fù)合材料，其原料包括聚合物1和導(dǎo)電填料，該導(dǎo)電高分子復(fù)合材料具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)，所述連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)為：導(dǎo)電填料粒子以粒子層構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)的形式規(guī)整地分布在聚合物1，同時聚合物1被填料粒子層分割但仍然保持連續(xù)結(jié)構(gòu)；其中聚合物1的連續(xù)結(jié)構(gòu)維持了材料的力學(xué)性能，導(dǎo)電填料構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)賦予了材料優(yōu)異的導(dǎo)電性能。本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供上述導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的制備方法，所述包括以下步驟：步驟一、利用能夠形成共連續(xù)結(jié)構(gòu)的兩種聚合物作為基體，以能夠選擇性分散在其中一種聚合物相中的導(dǎo)電粒子為填料，將三者進(jìn)行熔融共混，以獲得具有雙逾滲結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電復(fù)合材料樣品；步驟二、利用特定的溶劑將步驟一中所得的樣品中含有納米粒子的一相聚合物選擇性溶解掉，隨后以一定的速率除去溶劑，納米粒子在溶劑去除的過程中沉積在留下的孔洞表面，得到含有導(dǎo)電填料的多孔材料；步驟三、將步驟二中所得的多孔材料在一定的溫度下利用一定的壓力壓制一定時間，使材料中的孔洞合并壓實(shí)，得到具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電復(fù)合材料。本發(fā)明在構(gòu)建雙逾滲結(jié)構(gòu)和隔離結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出一種利用導(dǎo)電粒子在聚合物共混物中的選擇性分布，溶劑對聚合物共混物中某一組分的選擇性溶解以及聚合物基體的高粘度特征，構(gòu)建新型的導(dǎo)電連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的方法。本發(fā)明中，導(dǎo)電填料粒子構(gòu)成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的臨界含量定義為導(dǎo)電逾滲閾值。本發(fā)明中，所述雙逾滲結(jié)構(gòu)為：導(dǎo)電填料與兩種不相容聚合物熔融共混，兩種不相容的聚合物形成共連續(xù)結(jié)構(gòu)，導(dǎo)電填料選擇性分布在其中一種聚合物中所形成的結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做進(jìn)一步的描述，并不因此將本發(fā)明限制在所述的實(shí)施例范圍之中。實(shí)施例1PP/CB導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備聚合物1為PP，導(dǎo)電填料為炭黑，引入聚合物2為PS，PP與PS的質(zhì)量比為50:50；制備方法如下：步驟一、在190℃，50rpm條件下，在轉(zhuǎn)矩流變儀(XSS-300型，上海輕機(jī)模具廠生產(chǎn))中，先將PS與不同含量的CB(CB占PP/PS共混物體積分?jǐn)?shù)分別為0、0.05％、0.1％、0.2％、0.4％、1％、2％、3％、4％、5％、6％)共混3min，隨后加入PP繼續(xù)在相同條件下共混5min，得到具有雙逾滲結(jié)構(gòu)的PP/PS/CB三元共混物；所得三元共混物的SEM圖如圖1所示，由圖1可以看出，PP和PS兩相均為連續(xù)結(jié)構(gòu)，共混物呈現(xiàn)的共連續(xù)結(jié)構(gòu)，其中CB粒子選擇性分布在PS相中，PP中沒有CB粒子存在，這是典型的雙逾滲結(jié)構(gòu)。步驟二、利用將步驟一所得的PP/PS/CB三元共混物在二甲苯中浸泡一周，保證樣品中PS相被完全選擇性溶解，然后將樣品放入烘箱中在80℃下干燥24h，完全除去樣品中的二甲苯，同時CB沉積在留下的孔洞表面，得到多孔PP/CB復(fù)合材料；PP/CB復(fù)合材料的掃描電鏡圖如圖2所示，由2可以看出，經(jīng)過選擇性溶解后，PS相完全被二甲苯除去，余下的PP相保持著連續(xù)結(jié)構(gòu)，CB粒子沉積在PP相的表面，形成一層密實(shí)的CB粒子層。步驟三、將步驟二所得的多孔PP/CB復(fù)合材料在160℃、10MPa條件下壓制5min，冷卻后得到具有連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)的PP/CB復(fù)合材料，記為CS-PP/CB。所得PP/CB復(fù)合材料的光學(xué)顯微鏡圖如圖3所示，由圖3可以看出，經(jīng)過壓實(shí)處理后，成功地得到了連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)，其中PP基體保持著連續(xù)結(jié)構(gòu)，CB粒子形成導(dǎo)電層以連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形式分布在PP基體中。在這種連續(xù)隔離結(jié)構(gòu)當(dāng)中，PP基體的連續(xù)結(jié)構(gòu)可以保持材料的力學(xué)性能，CB粒子形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)則賦予了材料優(yōu)異的導(dǎo)電性能。實(shí)施例2PP/MWCNT導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備聚合物1為PP，導(dǎo)電填料為多壁碳納米管，引入聚合物2為PS，PP與PS的質(zhì)量比為50:50；制備方法如下：步驟一、在190℃，50rpm條件下，在轉(zhuǎn)矩流變儀(XSS-30...