具有双网络结构的聚合物复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有双网络结构的聚合物复合材料及其制备方法，该复合材料中含有填料A和填料B，其中填料A的尺寸为30～500μm，填料B的尺寸为1.0～20μm，填料A与填料B的尺寸之比至少为20，二者均匀分布在聚合物基体材料中并相互搭接贯穿形成交错网络结构的导电、导热通路，且尺寸较小的填料B是分布在大尺寸的填料A形成的疏松网络结构的网格中并相互搭接形成贯穿其中的一种相对致密的网络，使获得的复合材料内部具有有利于电子的移动和降低界面热阻的双网络结构，从而同时大幅提高其导电和导热性能。本发明专利技术提供的利用两种填料的尺寸差异来构建双网络的方法不仅构思巧妙，且操作方法简单，采用现有的高分子材料改性加工设备即可实现生产，成本低，有利于推广应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于网络结构聚合物复合材料及其制备
，特别涉及一种具有双网络结构的聚合物复合材料及其制备方法。
技术介绍
智能手机、笔记本电脑等电子产品已经完全走进了人们的日常生活中，与人们的生活息息相关。但这些产品往往存在着散热性能不好以及产生电磁污染的问题，因而要求用于这些电子产品的聚合物复合材料具备优异的导热性能来促进散热，具备优良的导电性能来屏蔽电磁波。一般来说，聚合物复合材料的导热性能是随着其中填料含量的增加而线性的提高，不会在某一填料含量附近发生突变，而聚合物复合材料的导电性能通常也只会在填料的逾渗阈值附近发生数量级的突变，但是在导电性发生突变后，继续增加填料含量，复合材料的导电性能变化趋势将趋于平缓，因此要满足高导电性的要求势必要添加更高含量的填料，这样不可避免的要造成材料力学性能的下降和生产成本的提高。为了在较低填料含量下获得更优异的导电和/或导热性能，学者们做了很多研究，并认为利用两种填料之间的协同作用是一种非常有效的方式，可在单一填料的基础上进一步提高复合材料导电、导热性能。例如，AipingYu等公开了一种通过在环氧树脂基体中添加纳米石墨片和单壁碳纳米管两种填料来提高环氧树脂复合材料导热性能的方法(Yu,Rameshetal.Adv.Mater.2008,20,4740-4744)，该方法采用的纳米石墨片的尺寸约为1μm，单壁碳纳米管的长度约为0.5～1μm。虽然在制得的环氧树脂复合材料中，一维的单壁碳纳米管将离散分布的二维的纳米石墨片联系起来形成了单网络结构，且当两种填料的总添加量为环氧树脂基体的5～25wt％时，复合材料的导热性能优于单独添加等量纳米石墨片的情况，如当两种填料的总添加量为20wt％时，导热性能由2.6Wm-1K-1提升至3.35Wm-1K-1，提升了大约28％。但没想到的此时复合材料的电导率与单独使用等量纳米石墨片的情况相比反而降低了约两个数量级，也就是说该方法是无法同时大幅提升复合材料的导热和导电性能的。此外，该方法中，当两种填料的总添加量超过25wt％后，复合材料的导热性能的增加趋势变得平缓且不再优于单独添加等量纳米石墨片了。这种现象说明这种单网络结构虽能在一定程度上提升环氧树脂的导热性能，但提升的效果也较为有限。因此，开发出能同时有效提升聚合物复合材料的导热和导电性能的方法，制备出导电和导热性能更优异的聚合物复合材料，对于聚合物复合材料的推广应用将产生重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，首先是提供一种具有双网络结构的聚合物复合材料的制备方法，本专利技术的另一目的是提供一种由前述方法制备的具有双网络结构的聚合物复合材料。本专利技术提供的具有双网络结构的聚合物复合材料的制备方法，该方法工艺步骤为：将热塑性聚合物基体材料、填料A和填料B充分预混后，在热塑性聚合物基体材料熔点以上进行熔融共混，即可得到具有双网络结构的聚合物复合材料，或者将填料A和填料B先加入溶剂中形成均匀分散液，然后将热塑性聚合物基体材料充分溶解在分散液中，再除去溶剂，即可得到具有双网络结构的聚合物复合材料，或者将填料A和填料B先加入溶剂中形成均匀分散液，然后将热固性聚合物单体或预聚体充分溶解在分散液中，除去溶剂，再加入固化剂，混合均匀后固化，即可得到具有双网络结构的聚合物复合材料，其中填料A和填料B均为具有导电性和导热性的填料，填料A的尺寸为30～500μm，填料B的尺寸为1～20μm，且填料A与填料B的尺寸之比至少为20，填料A的用量和填料B的用量为使其在聚合物基体材料中均匀分布后能形成网络结构的导电、导热通路。上述方法中，填料A的用量为热塑性聚合物基体材料或者热固性聚合物单体或预聚物质量的5～40％，优选15～25％。上述方法中，填料B的用量为热塑性聚合物基体材料或者热固性聚合物单体或预聚物质量的2～10％，优选2～5％。上述方法中，填料A的尺寸优选30～300μm，填料B的尺寸优选1.5～20μm；填料A与填料B的尺寸之比优选20～200。上述方法中，填料A为石墨、膨胀石墨或石墨烯中的任一种；填料B为石墨、膨胀石墨、石墨烯、炭黑或碳纳米管中的任一种。上述方法中，热塑性聚合物基体材料为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚苯硫醚(PPS)、尼龙6(PA-6)、尼龙66(PA-66)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物(ABS)、聚乳酸(PLA)、聚氨酯(TPU)、苯乙烯-丁二烯的嵌段共聚物(SBS)或者乙烯辛烯的嵌段共聚物(OBC)；所述热固性聚合物单体或预聚体为环氧树脂或者酚醛树脂单体或预聚体。本专利技术还提供了一种由上述方法制备的具有双网络结构的聚合物复合材料，该复合材料中含有填料A和填料B，其中填料A的尺寸为30～500μm，填料B的尺寸为1～20μm，填料A与填料B的尺寸之比至少为20，二者均匀分布在聚合物基体材料中并相互搭接贯穿形成交错网络结构的导电、导热通路，且尺寸较小的填料B是分布在大尺寸的填料A形成的疏松网络结构的网格中并相互搭接形成贯穿其中的一种相对致密的网络，使获得的聚合物复合材料内部具有双网络结构。上述复合材料中，填料A的用量为聚合物基体材料质量的5～40％，优选15～25％。上述复合材料中，填料B的用量为聚合物基体材料质量的2～10％，优选2～5％。上述复合材料中，填料A的尺寸优选30～300μm，填料B的尺寸优选1.5～20μm；填料A与填料B的尺寸之比优选20～200。上述复合材料中，填料A为石墨、膨胀石墨或石墨烯中的任一种；填料B为石墨、膨胀石墨、石墨烯、炭黑或碳纳米管中的任一种。上述复合材料中，聚合物基体材料为热塑性树脂、热固性树脂或者热塑性弹性体中的任一种。其中所述热塑性树脂为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚苯硫醚(PPS)、尼龙6(PA-6)、尼龙66(PA-66)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物(ABS)或者聚乳酸(PLA)；所述热固性树脂为环氧树脂或者酚醛树脂；所述热塑性弹性体为聚氨酯(TPU)、苯乙烯-丁二烯的嵌段共聚物(SBS)或者乙烯辛烯的嵌段共聚物(OBC)。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1.由于本专利技术提供的制备方法是在聚合物基体材料中添加了尺寸差异较大的填料A和填料B，并且使二者的尺寸比和添加量搭配得当，因而能够既使二者均匀分布在聚合物基体材料中并相互搭接贯穿形成交错网络结构的导电、导热通路，且尺寸较小的填料B更多的分布在大尺寸疏松网络结构的网格中本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有双网络结构的聚合物复合材料的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤为：将热塑性聚合物基体材料、填料A和填料B充分预混后，在热塑性聚合物基体材料熔点以上进行熔融共混，即可得到具有双网络结构的聚合物复合材料，或者将填料A和填料B先加入溶剂中形成均匀分散液，然后将热塑性聚合物基体材料充分溶解在分散液中，再除去溶剂，即可得到具有双网络结构的聚合物复合材料，或者将填料A和填料B先加入溶剂中形成均匀分散液，然后将热固性聚合物单体或预聚物充分溶解在分散液中，除去溶剂，再加入固化剂，混合均匀后固化，即可得到具有双网络结构的聚合物复合材料，其中填料A和填料B均为具有导电性和导热性的填料，填料A的尺寸为30～500μm，填料B的尺寸为1.0～20μm，且填料A与填料B的尺寸之比至少为20，填料A的用量和填料B的用量为使其在聚合物基体材料中均匀分布后能形成网络结构的导电、导热通路。

【技术特征摘要】
1.具有双网络结构的聚合物复合材料的制备方法，其特征在于该方法的工艺步骤为：
将热塑性聚合物基体材料、填料A和填料B充分预混后，在热塑性聚合物基体材料熔点
以上进行熔融共混，即可得到具有双网络结构的聚合物复合材料，或者
将填料A和填料B先加入溶剂中形成均匀分散液，然后将热塑性聚合物基体材料充分溶
解在分散液中，再除去溶剂，即可得到具有双网络结构的聚合物复合材料，或者
将填料A和填料B先加入溶剂中形成均匀分散液，然后将热固性聚合物单体或预聚物充
分溶解在分散液中，除去溶剂，再加入固化剂，混合均匀后固化，即可得到具有双网络结构
的聚合物复合材料，
其中填料A和填料B均为具有导电性和导热性的填料，填料A的尺寸为30～500μm，填
料B的尺寸为1.0～20μm，且填料A与填料B的尺寸之比至少为20，填料A的用量和填料B
的用量为使其在聚合物基体材料中均匀分布后能形成网络结构的导电、导热通路。
2.根据权利要求1所述具有双网络结构的聚合物复合材料的制备方法，其特征在于填料
A的用量为热塑性聚合物基体材料或者热固性聚合物单体或预聚物重量的5～40％，填料B的
用量为热塑性聚合物基体材料或者热固性聚合物单体或预聚物重量的2～10％。
3.根据权利要求1所述具有双网络结构的聚合物复合材料的制备方法，其特征在于填料
A的用量为热塑性聚合物基体材料或者热固性聚合物单体或预聚物重量的15～25％，填料B
的用量为聚合物基体材料或者聚合物单体重量的2～5％。
4.根据权利要求1至3中任一项所述具有双网络结构的聚合物复合材料的制备方法，其
特征在于填料A的尺寸为30～300μm，填料B的尺寸为1.5～20μm；填料A与填料B的尺寸
之比为20～200。
5.根据权利要求1至3中任一项所述具有双网络结构的聚合物复合材料的制备方法，其
特征在于所述填料A为石墨、膨胀石墨或石墨烯中的任一种；所述填料B为石墨、膨胀石墨、
石墨烯、炭黑或碳纳米管中的任一种。
6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅强，吴凯，陈枫，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51