一种填充型导电聚合物及其制备方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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】
[0005]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。
[0006]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。
[0007]所述的热固性树脂是酚醛树脂或环氧树脂。
[0008]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。
[0009]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°C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°C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°C，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°C，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。
[0010]所述的溶剂为无水乙醇或丙酮。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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】
[0017]图1为填充型导电聚合物制备方法示意图。