一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法技术

本发明专利技术提供一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法，该导电复合材料可用于电热材料、柔性导体等领域。首先将交联固化的橡胶在溶剂中溶胀，随后将溶胀的硅橡胶置于碳纳米管(CNTs)或石墨烯的悬浮液中水浴加热超声处理，然后将复合材料取出超声清洗，最后将样品真空干燥。所述橡胶是聚二甲基硅氧烷，甲基乙烯基硅橡胶，甲基苯基乙烯基硅橡胶。橡胶溶胀的溶剂为甲苯或己烷，CNTs的悬浮液溶剂为N，N‑二甲基甲酰胺或1‑甲基‑2‑吡咯烷酮与水的混合溶剂。本发明专利技术制备的硅橡胶导体具有高导电性、低电阻率、填料含量低和对应力敏感的优点，其室温电阻率低至0.55Ω·m，CNTs或石墨烯的用量远低于0.1wt％，复合材料的断裂伸长率大于300％，相对电阻率变化达到1200％。

【技术实现步骤摘要】
一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法
本专利技术涉及聚合物基导电复合材料及其制备方法，具体涉及一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法，属于复合材料领域。
技术介绍
聚合物基导电复合材料具有柔性好、加工简易等特点，具有广泛的应用。其中目前广泛应用的聚合物基柔性导体。柔性导体是指材料在受到较大的应变时仍保持电学性能的一种新型智能电子材料，其电学性能随着应变发生变化，具有广泛的应用。制约聚合基达到复合材料和柔性导体制备和应用的因素包括：制备工艺复杂、填料用量多、柔性差。中国专利技术专利CN102374910A公开了一种碳纳米管/聚合物复合膜阵列式柔性力敏传感器的制备方法，首先制备碳纳米管/聚合物溶液，然后注入平行电极和保护层，去掉溶剂后再覆盖一层图形化的平行电极和绝缘层；其中聚合物为二甲基硅氧烷或苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，碳纳米管质量比为0.1～15％。中国专利技术专利CN105136375A公开了一种具有高灵敏度柔性压力传感器的制备方法，其通过溶液法将碳纳米管掺杂入二甲基硅氧烷中制备柔性导体，利用导电网络随着应变变化实现压力检测。在以上的制备方法中，均是通过溶液或熔融法将碳纳米管分散至聚合物基体内，碳纳米管含量高，严重影响其柔性和敏感性。因此开发出一种碳纳米管含量低柔性导体是当前亟待解决的问题。有鉴于此，本专利技术提出一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法，以解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有产品的不足，提供一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法，此种方法制备的柔性硅橡胶导体具有高导电性、低电阻率、填料含量低和对应力敏感的优点；此外，该方法简单，操作方便，成本低，易于工业化。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法，包括如下制备步骤：1)称取硅橡胶和交联剂，混合均匀后倒入四氟乙烯模具，同时抽真空除去气泡，真空度为0.06MPa，然后在100℃下交联2h，交联成型，然后将交联的硅橡胶在溶剂中溶胀15～180min达到溶胀平衡；所述硅橡胶是聚二甲基硅氧烷，甲基乙烯基硅橡胶或甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述溶剂是己烷或甲苯；所述交联剂是羟基硅油，2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷，过氧化二异丙苯或甲基三乙酸氧基硅烷；2)配制N，N-二甲基甲酰胺或者1-甲基-2-吡咯烷酮与水不同比例的混合溶液，再依据不同的碳纳米管的浓度0.3～1.5mg/mL加入一定质量的碳纳米管，并超声分散15min，得到碳纳米管悬浮液；3)步骤1)中硅橡胶和交联剂的重量比为：硅橡胶：交联剂＝10：0.05～2；4)将超声处理后的硅橡胶置于去离子水中超声清洗1h，再放入60℃烘箱完全干燥。进一步的，步骤1)中所述硅橡胶为聚二甲基硅氧烷。进一步的，步骤1)中将交联的硅橡胶在溶剂中达到溶胀平衡，所需时间为15～180min。进一步的，步骤2)中N，N-二甲基甲酰胺或者1-甲基-2-吡咯烷酮与水的摩尔比为：N，N-二甲基甲酰胺或者1-甲基-2-吡咯烷酮：水＝10：1～1：10。进一步的，步骤2)中所述碳纳米管的直径范围为2～30nm，长度为0.5～100μm。进一步的，可以用石墨烯或石墨烯和碳纳米管的混合物代替所述碳纳米管。进一步的，所述石墨烯的尺寸为10～200nm。本专利技术的有益效果是：1、利用溶胀渗透法可以实现低含量的碳纳米管或石墨烯等填料的填充，这是由于橡胶已经交联成型，利用溶胀形成的通路带入碳纳米管或石墨烯，此时填料用量低；2、由于渗透实验中碳纳米管或石墨烯等填料仅渗入表面层，内部几乎没有，这样表层提供导电性，中间层实现高柔性，并且导电层与中间层无明显界面层；3、该方法制备的复合材料中的碳纳米管或石墨烯等填料在聚合物中无团聚现象，由于溶胀法中，硅橡胶中形成的溶胀通路尺寸小，仅有利于均匀分散在分散液中碳纳米管或石墨烯进入橡胶内部，团聚体不能渗入，这进一步降低碳纳米管或石墨烯的用量；4、该方法制备的复合材料的导电性高、电阻率低，填料含量低，对应力敏感；5、该方法简单，操作方便，成本低，易于工业化。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本专利技术首先将交联固化的硅橡胶在溶剂中溶胀，然后将溶胀的硅橡胶置于碳纳米管或石墨烯的悬浮液中渗透处理，最后将上述复合材料在去离子水中超声清洗。具体操作步骤为：1)称取10g硅橡胶和0.05～2g交联剂，混合均匀后倒入四氟乙烯模具，同时抽真空20min除去气泡，真空度为0.06MPa，然后在100℃下交联2h，交联成型；然后将交联的硅橡胶在溶剂中溶胀一定时间15～180min达到溶胀平衡；所述硅橡胶是聚二甲基硅氧烷，甲基乙烯基硅橡胶或甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述溶剂是己烷或甲苯；所述交联剂是羟基硅油，2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷，过氧化二异丙苯或甲基三乙酸氧基硅烷；2)配制N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或1-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)与水不同比例的混合溶液，其中，DMF或NMP：水＝10：1～1：10；再依据不同的碳纳米管(CNTs)的浓度0.3～1.5mg/mL加入一定质量的CNTs，并超声分散15min，得到CNTs悬浮液；所述CNTs的直径范围为2～30nm，长度为0.5～100μm；所述石墨烯的尺寸为10～200nm；3)将达到溶胀平衡的橡胶置于CNTs悬浮液中，在在30～90℃的恒温水浴锅中，超声处理3～12h；4)将超声处理后的硅橡胶置于去离子水中超声清洗1h，再放入60℃烘箱完全干燥。所述碳纳米管可以用石墨烯或碳纳米管和石墨烯的混合物替换。其中，同时使用碳纳米管和石墨烯时，碳纳米管和石墨烯的质量比为1：1。下面用具体实施例详述本专利技术。实施例一称取10g聚二甲基硅氧烷和0.05g交联剂羟基硅油在100℃下固化2h，然后置于己烷中溶胀15min。配置DMF与水的混合溶液(重量比DMF：水＝10：1)，然后按照0.3mg/ml的浓度加入CNTs，超声分散制得悬浮液，其中CNTs直径为2nm，长度为0.5μm；将溶胀的橡胶置于CNTs的悬浮液中，30℃水浴加热超声12h；取出复合材料，采用去离子水超声清洗1h，然后放入60℃烘箱干燥12h至完全干燥。实施例二称取10g聚二甲基硅氧烷和2g交联剂2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷在100℃下固化2h，然后置于甲苯中溶胀180min。配置NMP与水的混合溶液(重量比NMP：水＝1：10)，然后按照1.5mg/ml的浓度加入CNTs，超声分散制得悬浮液，其中CNTs直径为30nm，长度为100μm；将溶胀的橡胶置于CNTs的悬浮液中，90℃水浴加热超声3h；取出复合材料，采用去离子水超声清洗1h，然后放入60℃烘箱干燥12h至完全干燥。实施例三称取10g甲基乙烯基硅橡胶和0.5g交联剂过氧化二异丙苯在100℃下固化2h，然后置于甲苯中溶胀60min。配置DMF与水的混合溶液(重量比DMF：水＝4：1)，然后按照1.5mg/ml的浓度加入CNTs，超声分散制得悬浮液，其中CNTs直径为20nm，长度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法，其特征在于，包括如下制备步骤：1)称取硅橡胶和交联剂，混合均匀后倒入四氟乙烯模具，同时抽真空除去气泡，真空度为0.06MPa，然后在100℃下交联2h，交联成型，然后将交联的硅橡胶在溶剂中溶胀15～180min达到溶胀平衡；所述交联剂是羟基硅油，2,5‑二甲基‑2,5‑二(叔丁基过氧化)己烷，过氧化二异丙苯或甲基三乙酸氧基硅烷；所述硅橡胶是聚二甲基硅氧烷，甲基乙烯基硅橡胶或甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述溶剂是己烷或甲苯；2)配制N，N‑二甲基甲酰胺或者1‑甲基‑2‑吡咯烷酮与水不同比例的混合溶液，再依据不同的碳纳米管的浓度0.3～1.5mg/mL加入一定质量的碳纳米管，并超声分散15min，得到碳纳米管悬浮液；3)将溶胀的硅橡胶置于碳纳米管悬浮液中，在30～90℃下，超声处理3～12h；4)将超声处理后的硅橡胶置于去离子水中超声清洗1h，再放入60℃烘箱完全干燥。

【技术特征摘要】
1.一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法，其特征在于，包括如下制备步骤：1)称取硅橡胶和交联剂，混合均匀后倒入四氟乙烯模具，同时抽真空除去气泡，真空度为0.06MPa，然后在100℃下交联2h，交联成型，然后将交联的硅橡胶在溶剂中溶胀15～180min达到溶胀平衡；所述交联剂是羟基硅油，2,5-二甲基-2,5-二(叔丁基过氧化)己烷，过氧化二异丙苯或甲基三乙酸氧基硅烷；所述硅橡胶是聚二甲基硅氧烷，甲基乙烯基硅橡胶或甲基苯基乙烯基硅橡胶；所述溶剂是己烷或甲苯；2)配制N，N-二甲基甲酰胺或者1-甲基-2-吡咯烷酮与水不同比例的混合溶液，再依据不同的碳纳米管的浓度0.3～1.5mg/mL加入一定质量的碳纳米管，并超声分散15min，得到碳纳米管悬浮液；3)将溶胀的硅橡胶置于碳纳米管悬浮液中，在30～90℃下，超声处理3～12h；4)将超声处理后的硅橡胶置于去离子水中超声清洗1h，再放入60℃烘箱完全干燥。2.根据权利要求1所述的一种基于溶胀渗透法制备低填料含量高导电的柔性复合材料的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张荣，胡圣飞，刘清亭，徐成成，高浩，王非，彭秋梅，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42