具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料及其制备方法。所述方法将聚苯乙烯纳米纤维薄膜置于乙醇溶液中超声分散，形成絮状悬浮液，然后将碳纳米管的乙醇溶液在超声作用下分散均匀，之后将两种溶液超声混合均匀，再真空抽滤，最后热压成型，得到导电复合材料。本发明专利技术的导电复合材料导电性好，在CNT浓度为1.5vol％时，电导率为83.3S/m，质量轻，逾渗值低至0.084vol％。

Polystyrene Fiber/Carbon Nanotube Conductive Composites with Isolated Structure and Their Preparation Method

The invention discloses a polystyrene fiber/carbon nanotube conductive composite material with an isolation structure and a preparation method thereof. In the method, polystyrene nanofibers film is ultrasonic dispersed in ethanol solution to form flocculent suspension, then the ethanol solution of carbon nanotubes is uniformly dispersed under the action of ultrasound, and then the two solutions are ultrasonic mixed evenly, then filtered in vacuum, and finally hot-pressed to form conductive composite materials. The conductive composite material has good conductivity. When the concentration of CNT is 1.5 vol%, the conductivity is 83.3 S/m, the weight is light, and the percolation value is as low as 0.084 vol%.

【技术实现步骤摘要】
具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料及其制备方法
本专利技术属于导电高分子复合材料
，涉及一种具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料及其制备方法。
技术介绍
导电高分子复合材料(ConductivePolymerComposites，CPC)是指含有导电功能填料的聚合物，其具有的多相结构一般是以聚合物为基体形成材料的连续相，以导电填料为分散相。导电高分子由于其重量轻、易加工以及电阻率可调等特点，在防静电、电磁屏蔽、微波吸收、气敏材料等领域得到广泛应用。但是导电高分子在生活中的实用化是一个相当困难的过程。它不仅涉及高分子材料本身的基础理论和研究的广泛度和深入度，而且还必须解决技术应用中涉及的工艺问题。首先必须解决高分子聚合物本身的稳定性、功能性、加工性以及纳米化等方面的问题。目前，脱掺杂是导电高分子电学性能和热稳定性普遍偏低的根本原因。因此，不经过掺杂实现导电高分子或是阻止导电高分子脱掺杂的发生是改善导电高分子的稳定性比较有效的途径。此外，技术上的应用常常要求导电高分子功能多元化，如电磁屏蔽和飞机隐身技术都要求导电高分子材料具备电磁特能。例如，为了把导电高分子运用在光电子器件上，往往要求导电高分子既有透明性又有导电性。因此，通过不同的方法使得导电高分子或复合物拥有多元化功能，来满足技术上的要求是对制备功能导电高分子的又一次严峻的挑战。还有导电高分子虽然具备聚合物结构多样化的特点，但是它在可溶解性、拉伸性、可塑性、成膜以及成纤等方面远不及普通的聚合物材料。所以，解决导电高分子的加工性并且满足绿色化学的理念是实现导电高分子在技术上实用化所面临的又一难题。由于尺寸和量子效应，纳米材料具有特殊的物理、化学性能从而又一次拓宽了材料的技术应用，从而使得纳米材料成为材料学的研究热点。与此同时,导电高分子也要面临着纳米化的严峻考验。所以虽然有研究人员都成功制备出CPC材料，但同时也都存在一些问题，例如材料的导电性不理想、制备过程复杂、低效、耗能高等。目前具有聚苯乙烯(PS)隔离结构的复合材料主要是用PS微球合成，如Long等人(Resolvingthedilemmaofgainingconductivitybutlosingenvironmentalfriendlinessinproducingpolystyrene/graphenecompositesviaoptimizingthematrix-fillerstructure.GreenChemistry,2013,15,821-828)通过静电相互作用将氧化石墨烯吸附到PS微球表面，再还原得到聚苯乙烯/还原氧化石墨烯，之后热压得到具有隔离结构的PS导电复合材料。Tu等人(Afacileapproachforpreparationofpolystyrene/graphenenanocompositeswithultra-lowpercolationthresholdthroughanelectrostaticassemblyprocess.CompositesScienceandTechnology,2016,134,49-56)通过预先处理的PS微球和氧化石墨烯纳米片混合，之后通过还原和热压得到聚苯乙烯/石墨烯纳米片(GNP)隔离结构的导电复合材料。虽然这些方法都能得到隔离结构的聚苯乙烯导电复合材料，但是都存在一些问题。前者得到的复合材料虽然具有较低的逾渗值(0.08vol％)，但是材料在较高的填料浓度具有的电导率很低(4.0vol％的填料浓度电导率仅为20.5S/m)。后者虽然得到更低的逾渗值(0.054vol％)，但是前期预处理步骤复杂，电导率相比之下也较低(1.53vol％的填料浓度电导率为46.32S/m)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料及其制备方法。该方法通过将碳纳米管(CNT)超声到静电纺PS纤维上，然后在适当的温度下热压来制备具有隔离结构的、导电性好、逾渗值低的导电PS/CNT复合材料。本专利技术的技术方案如下：具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料的制备方法，包括如下步骤：步骤1，将聚苯乙烯纳米纤维薄膜超声分散在乙醇中，得到的聚苯乙烯纳米纤维悬浮液与碳纳米管的乙醇分散液超声混合均匀，真空抽滤形成饼状材料，所述的碳纳米管的质量为聚苯乙烯质量的2.0～5.0％；步骤2，将饼状材料热压成型，热压温度为100℃～160℃，热压压力为5～15MPa，得到具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料。优选地，步骤1中，聚苯乙烯纳米纤维薄膜超声分散过程中，超声功率为280～350W，超声时间为3～8min。优选地，步骤1中，碳纳米管的乙醇分散液采用超声分散制备，超声功率为180～200W，超声时间为4～6min。优选地，步骤1中，聚苯乙烯纳米纤维悬浮液与碳纳米管的乙醇分散液超声混合过程中，超声功率为180～200W，时间为3～6min。优选地，步骤1中，所述的碳纳米管的质量为聚苯乙烯质量的2.0～3.0％。优选地，步骤1中，所述的热压温度为110～120℃，热压压力为8～12MPa。优选地，步骤2中，所述的热压成型时间为3～6min。本专利技术还提供上述制备方法得到的具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料。与现有技术相比，本专利技术的优点如下：(1)本专利技术制备简便快捷，易于操作；(2)本专利技术的导电复合材料导电性好，在CNT浓度为1.5vol％时，电导率为83.3S/m，质量轻，逾渗值低至0.084vol％，适用范围广。附图说明图1为本专利技术聚苯乙烯/CNTs复合材料制备流程图，其中(a)聚苯乙烯纤维悬浮液，(b)碳纳米管/乙醇溶液，(c)a与b溶液的混合液，(d-e)抽滤过后的饼状材料，(f)热压之后所得复合材料。图2为本专利技术聚苯乙烯/CNTs复合材料的扫描电镜图，其中CNTs浓度(a)0，(b)1wt％，(c)2wt％，(d)3wt％。图3为本专利技术所述的聚苯乙烯/CNTs复合材料的断面扫描电镜图，其中CNTs浓度(a)1wt％，(b)2wt％，(c)3wt％，透射电镜图(d)1wt％。图4为碳纳米管体积分数与聚苯乙烯/CNTs纳米复合材料的电导率关系图。图5为聚苯乙烯/CNTs纳米复合材料在100℃和160℃模压温度下的断面扫描电镜图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详述。实施例1(1)根据现有方法制备聚苯乙烯纳米纤维。称取聚苯乙烯2g，DMF4g，THF4g其中DMF与THF的比例为1：1，聚苯乙烯的质量分数为20％。聚苯乙烯分散在DMF与THF中，在60℃下磁力搅拌12个小时直到形成均匀溶液。当溶液搅拌均匀后利用静电纺丝技术制备共混物纳米纤维薄膜，制备的纤维膜扫面电镜图如图2a所示。将1g聚苯乙烯纤维膜分散在乙醇溶液中，超声分散均匀形成悬浮液，如图1a，功率为300W，时间为5min。然后称取纤维膜重量2％的碳纳米管0.02g置于乙醇溶液中超声，超声时间为5min，功率为190W，如图1b。之后将聚苯乙烯悬浮液与CNTs溶液混合再次超声，混合液超声功率为190W，时间为3min，混合液如图1c。(2)将超声之后得到的混合液进行抽滤得到饼状材本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将聚苯乙烯纳米纤维薄膜超声分散在乙醇中，得到的聚苯乙烯纳米纤维悬浮液与碳纳米管的乙醇分散液超声混合均匀，真空抽滤形成饼状材料，所述的碳纳米管的质量为聚苯乙烯质量的2.0～5.0％；步骤2，将饼状材料热压成型，热压温度为100℃～160℃，热压压力为5～15MPa，得到具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料。

【技术特征摘要】
1.具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将聚苯乙烯纳米纤维薄膜超声分散在乙醇中，得到的聚苯乙烯纳米纤维悬浮液与碳纳米管的乙醇分散液超声混合均匀，真空抽滤形成饼状材料，所述的碳纳米管的质量为聚苯乙烯质量的2.0～5.0％；步骤2，将饼状材料热压成型，热压温度为100℃～160℃，热压压力为5～15MPa，得到具有隔离结构的聚苯乙烯纤维/碳纳米管导电复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，聚苯乙烯纳米纤维薄膜超声分散过程中，超声功率为280～350W，超声时间为3～8min。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，碳纳米管的乙醇分散液采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：高杰峰，汪玲，王浩，黄学武，
申请(专利权)人：扬州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32