一種各向異性導電材料制備方法技術

本發明專利技術涉及一種各向異性導電材料制備方法。本發明專利技術方法是在有機高分子單體中加入一定量的鐵磁性導電填料，在適當的溫度條件下機械攪拌均勻。如果有機物為熱固性聚合物，在體系分散均勻后，再加入適量的固化劑或交聯劑，繼續攪拌均勻。將彌散復合體系注入模具中，然后在模具處施加磁場，取向一定時間。將取向成型后的樣品置于烘箱內保溫固化一定時間，直至樣品完全固化。本發明專利技術制備各向異性導電材料的工藝簡單，實用。鐵磁性導電填料在外磁場的作用下呈鏈狀分布，材料在平行鏈狀方向的導電性遠遠高于垂直鏈狀方向。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，屬于材料制備領域。
技術介紹
導電復合材料目前主要是指復合型導電高分子材料，是將聚合物與各種導電物質通過一定的復合方式構成.長期以來，高分子材料通常是作為絕緣材料在電氣工業、安裝工程、通訊工程等方面廣泛使用。導電高分子材料按結構和制備方法不同可分為結構型和復合型兩大類。結構型導電高分子又稱本征型導電高分子，是指具有共軛結構經少量摻雜具有導電性的材料；復合型導電高分子材料是以高分子材料為基體，經物理或化學改性后具有導電性的材料，根據 在基體聚合物中所加入導電物質的種類不同又分為兩類填充復合型導電高分子材料和共混復合型導電高分子材料。填充復合型導電高分子材料通常是在基體聚合物中加入導電填料復合而成。導電填料主要有抗靜電材料、炭系材料(炭黑、石墨、碳纖維等)、金屬氧化物系材料(氧化錫、氧化鉛、氧化鋅、二氧化鈦等)、金屬系材料(銀、金、鎳、銅等)、各種導電金屬鹽以及復合填料(銀-銅、銀-玻璃、銀-碳、鎳-云母等)等。共混復合型導電高分子材料是在基體聚合物中加入結構型導電聚合物粉末或顆粒復合而成。填充復合型導電高分子材料的導電機理非常復雜，通?？蓮膶щ娡啡绾涡纬珊托纬蓪щ娡泛笕绾螌щ妰蓚€方面來研究。導電通路的形成研究的是加入基體聚合物中的導電填料在給定的加工工藝條件下，如何達到電接觸而在整體上自發形成導電通路這一宏觀自組織過程。實驗研究表明，當復合體系中導電填料的含量增加到某一臨界含量(滲流閥值)之后，體系電阻率突然下降，變化幅度在10個數量級左右，然后體系電阻率變化又回復平緩。為了解釋這種導電性能突變現象，人們提出了許多理論，最有代表性的是日本東京工業大學Miyasaka K等提出的導電高分子復合材料熱力學理論。此理論認為，基體聚合物與導電填料的界面效應直接影響體系的導電性能，它不僅很好的解釋了體系的導電滲流閾值與所用的聚合物和導電填料的種類有關，而且與實驗吻合。影響復合材料導電通路形成的因素很多，例如導電填料粒子的尺寸、形狀及在樹脂中的分布狀況，基體樹脂的種類、結晶性，導電填料粒子與基體樹脂的界面效應，以及復合材料加工工藝、固化條件等對導電網絡都有很大影響。在實際應用過程中，人們往往只需要導電復合材料在某個特定方向導電性良好，而在其余方向最好具有良好的絕緣性，是為各向異性導電材料。各向異性導電材料的導電填料往往通過定向排列的導電纖維來實現。在制備過程中，需要將導電纖維預先排布，再澆鑄聚合物。這種方法工藝復雜，并且只能通過導電纖維實現。本專利技術采用磁場對鐵磁性導電復合填料的磁驅動，實現導電填料在基體中的鏈狀排列，從而實現各向異性導電特性。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術的不足，提供。本專利技術方法的具體步驟為步驟I)顆粒復合體系制備該方法要求導電填料對磁場存在磁響應，因此填料必須具有鐵磁性。有些導電填料本身就是鐵磁性物質，而大部分導電填料不具備鐵磁性，則可以通過物理或化學方法在導電填料上復合磁性物質，從而賦予導電填料鐵磁特性。本專利技術的重點不在于導電鐵磁性填料的制備，相關制備技術很多物理氣相沉積、化學氣相沉積、電鍍、化學鍍、化學合成等。本專利技術是在鐵磁性導電填料的基礎上，通過磁場取向，進而獲得各向異性復合導電材料。在100份的熱固性或熱塑性有機物單體中加入5 200份平均尺寸為O. I 100 μ m的鐵磁性導電填料，在20 250°C條件下攪拌分散O. 5 IOh ;對于熱固性有機單體，還需在體系分散均勻后，再加入I 15份固化劑或交聯劑，繼續攪拌30s。所述的有機單體為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。所述的鐵磁性導電填料由導電功能團和鐵磁性功能團組成，其中導電功能團包括所有導電材料，主要為炭黑、碳纖維、石墨、金屬粉等，鐵磁性功能團包括所有鐵磁性材料，主要為 Fe、Co、Ni、Fe2O3' Fe3O4 等。所述的固化劑為聚酰胺、六次甲基四胺、間苯二甲二胺。所述的交聯劑為苯乙烯。步驟2)磁場中磁性顆粒取向將彌散復合體系注入模具中，然后在模具處施加磁場，磁場強度為O. 01 2. 0T,取向時間為I 60min。所述的磁場是由電磁鐵、電磁線圈或永磁體產生的磁場。步驟3)固化將取向成型后的樣品置于烘箱內固化，烘箱溫度20 200°C，保溫I 480h。本專利技術是將鐵磁性導電填料與有機單體組成的復合體系，在磁場中利用磁場對粒子的取向作用，使鐵磁性導電填料在有機物中形成鏈狀分布，經固化后獲得各向異性導電特性。本專利技術的優點是I)利用磁場改變聚合物基體中的導電填料分布，平行磁場方向形成鏈狀團簇。2)由于導電填料在聚合物基體中的各向異性分布，基體的導電性也具有各向異性。在平行鏈狀團簇的方向，材料導電性要遠遠大于垂直于鏈狀團簇的方向。3)通過外磁場，實現對導電材料顯微組織無接觸式調控，獲得各向異性導電性，克服了傳統方法中需預先排布導電纖維的缺點。附圖說明圖I是各向異性導電材料顯微組織示意。圖中，鐵磁性功能團I與導電功能團2分布在聚合物基體3中形成鏈狀團簇，并沿外磁場方向平行排列，從而呈現導電各向異性。具體實施例方式下面結合實施例對本專利技術進行詳細描述，以便更好地理解本專利技術的目的、特點和優點。雖然本專利技術是結合該具體的實施例進行描述，但并不意味著本專利技術局限于所描述的具體實施例。相反，對可以包括在本專利技術權利要求中所限定的保護范圍內的實施方式進行的替代、改進和等同的實施方式，都屬于本專利技術的保護范圍。本專利技術涉及，該方法包括以下步驟步驟I)顆粒復合體系制備在100份的熱固性或熱塑性有機物單體中加入5 200份平均尺寸為O. I 100 μ m的鐵磁性導電填料，在20 250°C條件下攪拌分散O. 5 IOh ;對于熱固性有機單體，還需在體系分散均勻后，再加入I 15份固化劑 或交聯劑，繼續攪拌30s。步驟2)磁場中磁性顆粒取向將彌散復合體系注入模具中，然后在模具處施加磁場，磁場強度為O. 01 2. 0T,取向時間為I 60min。步驟3)固化將取向成型后的樣品置于烘箱內固化，烘箱溫度20 200°C，保溫I 480h。所述的有機單體為不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。所述的鐵磁性導電填料由導電功能團和鐵磁性功能團組成其中導電功能團包括所有導電材料，主要為炭黑、碳纖維、石墨、金屬粉等；鐵磁性功能團包括所有鐵磁性材料，主要為Fe、CO、Ni、Fe203、Fe304等。所述的固化劑為聚酰胺、六次甲基四胺、間苯二甲二胺。所述的交聯劑為苯乙烯。所述的磁場是由電磁鐵、電磁線圈或永磁體產生的磁場。本專利技術將鐵磁性導電填料與有機單體組成的復合體系，在磁場中利用磁場對粒子的取向作用，使鐵磁性導電填料在有機物中形成鏈狀分布，經固化后獲得各向異性導電特性。所制備的樣品組織致密，孔隙率低，樣品表面比較平整。對制備的樣品進行金相觀察，發現聚合物基體中的鐵磁性導電填料沿外磁場方向呈鏈狀團簇分布。對材料進行電導率測試發現，材料的導電性呈各向異性，平行鏈狀方向電導率遠遠大于垂直鏈狀方向。實施例I :在100份的不飽和聚酯單體中加入10份平均顆粒尺寸為O. I μ m的炭黑/Fe2O3鐵磁性導電填料，在20°C水浴鍋中攪拌分散5h ;在體系分散均勻后，再加入5份交聯劑苯乙烯，繼續攪拌3本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種各向異性導電材料制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟1)顆粒復合體系制備在100份的熱固性或熱塑性有機物單體中加入5～200份平均尺寸為0.1～100μm的鐵磁性導電填料，在20～250℃條件下攪拌分散0.5～10h；對于熱固性有機單體，還需在體系分散均勻后，再加入1～15份固化劑或交聯劑，繼續攪拌30s。步驟2)磁場中磁性顆粒取向將彌散復合體系注入模具中，然后在模具處施加磁場，磁場強度為0.01～2.0T，取向時間為1～60min。步驟3)固化將取向成型后的樣品置于烘箱內固化，烘箱溫度20～200℃，保溫1～480h。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭曉領，金頂峰，洪波，金紅曉，王新慶，徐靖才，葛洪良，
申請(專利權)人：中國計量學院，
類型：發明
國別省市：