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东纶科技聚合物纤维基导电复合材料及其制备方法pdf

来源:东纶科技   发布日期:2023-12-06   浏览次数:1

  本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种聚合物纤维基导电复合材料及其制备方法。本发明提供一种聚合物纤维基导电复合材料,所述复合材料具有核壳结构,壳为金属粒子,核为聚合物α和聚合物β按照一定质量比制成的复合纤维,聚合物α与聚合物β的质量比为100:20~100:5;其中,所述聚合物α为聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚己内酯、聚苯硫醚砜、聚醚砜或聚丙烯腈,所述聚合物β为聚乙烯醇、聚多巴胺或聚酰胺66。本发明所得复合材料的电性能得到显著改善,复合材料的电阻率从109Ω/cm降低到104‑105Ω/cm。

  1.聚合物纤维基导电复合材料,其特征在于,所述复合材料具有核壳结构,壳为金属粒

  子,核为聚合物α和聚合物β按照一定质量比制成的复合纤维,聚合物α与聚合物β的质量

  比为100:20~100:5;其中,所述聚合物α为聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、

  聚苯乙烯、聚甲醛、聚己内酯、聚苯硫醚砜、聚醚砜或聚丙烯腈,所述聚合物β为聚乙烯醇、

  2.根据权利要求1所述聚合物纤维基导电复合材料,其特征在于,所述金属粒子为:金

  3.根据权利要求1或2所述聚合物纤维基导电复合材料,其特征在于,所述复合纤维为

  4.根据权利要求1~3任一项所述聚合物纤维基导电复合材料,其特征在于,所述聚合物

  5.权利要求1~4任一项所述聚合物纤维基导电复合材料的制备方法,其特征在于,所述

  1)基体纤维表面金属化:将纳微米基体纤维置于金属离子水溶液中,升温到40~100℃,

  向溶液中加入还原剂,反应10~15小时,然后干燥即得表面金属化的纳微米纤维;其中,纳

  微米基体纤维与金属离子水溶液的比例为每L金属离子水溶液中添加4~8g基体纤维;金属

  离子水溶液中金属离子的浓度为1~10wt%,金属离子水溶液的pH值控制在6~11;其中,

  纳微米基体纤维由聚合物α和聚合物β按照一定质量比制成的复合纤维,聚合物α与聚合物

  β的质量比为100:20~100:5;所述聚合物α为聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸

  酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚己内酯、聚苯硫醚砜、聚醚砜或聚丙烯腈,所述聚合物β为聚乙

  2)固定金属粒子:将步骤1)制得的金属化的纳微米纤维置于Tris-多巴胺缓冲溶液中3~

  5h,使得金属粒子牢牢固定于纳微米基体纤维的表面,即得聚合物纤维基导电复合材料;其

  中,金属化的纳微米纤维与Tris-多巴胺缓冲溶液的比例为:每L缓冲溶液中放置20~50g金

  属化的纳微米纤维;Tris-多巴胺缓冲溶液中多巴胺的浓度为1~5g/L,控制Tris-多巴胺缓冲溶

  6.根据权利要求5所述聚合物纤维基导电复合材料的制备方法,其特征在于,步骤1)中,

  7.根据权利要求5或6所述聚合物纤维基导电复合材料的制备方法,其特征在于,步骤

  本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种聚合物纤维基导电复合材料及其制备方

  高分子材料具有密度小、强度大、易于成型加工等优点,在很多运用领域如航空航天、

  电子电器等能够与传统金属材料相媲美,发挥重要作用。与大部分传统金属材料相比,高分

  子材料的显著弱点是导电性能差,限制了其在很多领域的应用,特别是在电子电器、电磁屏

  通常提高高分子复合材料导电性的方法可分为两种:一是基体填充法,即在基体中掺杂

  导电性能优异的第二组分,使其在基体材料内部形成微观的导电网络;二是表面涂敷法,即

  在材料表面涂覆导电性能优异的第二组分,从而在材料表面形成宏观的导电网络。其中以掺

  杂的方式提高导电性能的方法,因为要在整个基体内形成微观导电网络,所以其掺杂量要达

  到一定临界值才能有效地提高材料整体的导电性能,而且这个临界值通常还比较大,而导电

  性能优异的导电载流子价格都比较高,同时大量的掺杂第二组分对基体材料的性能势必有较

  大的影响,因此不管是从经济方面还是从对材料性能影响方面考虑,掺杂法都不是最佳的改

  性方法。涂覆法,因为通用性比较强,操作简单,而且用量比较少,对基体材料性能的影响

  较小,是一种提高材料导电性能很有前景的方法。但涂覆法得到的导电层通常是在外的,

  本发明针对上述缺陷,提供一种聚合物纤维基导电复合材料,所得复合材料的电性能得到

  显著改善,复合材料的电阻率从109Ω/cm降低到104-105Ω/cm。

  本发明要解决的第一个技术问题是提供一种聚合物纤维基导电复合材料,所述复合材料具

  有核壳结构,壳为金属粒子,核为聚合物α和聚合物β按照一定质量比制成的复合纤维,聚

  合物α与聚合物β的质量比为100:20~100:5;其中,所述聚合物α为聚乙烯、聚丙烯、聚甲

  基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚己内酯、聚苯硫醚砜、聚醚砜或聚丙烯腈,

  所述聚合物β为聚乙烯醇、聚多巴胺或聚酰胺66(PA66)。本发明中,金属粒子在复合纤维表

  面的沉积量根据实际应用需求而定,只要金属粒子均匀连续地分散在复合纤维表面即可。

  所述金属粒子为:金粒子、银粒子或铜粒子。所述金属粒子均匀连续地分散在复合纤维表

  本发明中,选择聚合物α与聚合物β两种聚合物得到复合纤维,其中聚合物β的作用是促

  进金属粒子在纤维表面的沉积,若只有聚合物α,则金属粒子不能均匀而连续地沉积在纤维

  另外,限定聚合物α与聚合物β的质量比为100:20~100:5的原因是在这个范围内得到的

  复合纤维的尺寸在纳微米级,且在这个质量比范围内得到的最终材料的电性能最优。

  本发明要解决的第二个技术问题是提供一种聚合物纤维基导电复合材料的制备方法,所述

  1)基体纤维表面金属化:将纳微米基体纤维置于金属离子水溶液中,升温到40~100℃,

  向溶液中加入还原剂,反应10~15小时后,然后干燥即得表面金属化的纳微米纤维;其中,

  纳微米基体纤维与金属离子水溶液的比例为每L金属离子水溶液中添加4~8g基体纤维;金

  属离子水溶液中金属离子的浓度为1~10wt%,金属离子水溶液的pH值控制在6~11;其中,

  纳微米基体纤维由聚合物α和聚合物β按照一定质量比制成的复合纤维,聚合物α与聚合物

  β的质量比为100:20~100:5;其中,所述聚合物α为聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、

  聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚己内酯、聚苯硫醚砜、聚醚砜或聚丙烯腈,所述聚合物β

  2)固定金属粒子:将步骤1)制得的金属化的纳微米纤维置于Tris-多巴胺缓冲溶液中3~

  5h,使得金属粒子牢牢固定于纳微米基体纤维的表面,即得聚合物纤维基导电复合材料;其

  中,金属化的纳微米纤维与Tris-多巴胺缓冲溶液的比例为:每L缓冲溶液中放置20~50g金

  属化的纳微米纤维;Tris-多巴胺缓冲溶液中多巴胺的浓度为1~5g/L,控制Tris-多巴胺缓冲溶

  步骤1)中,所述还原剂为柠檬酸钠、甲醛、冰醋酸、乙二醇、葡萄糖、双氧水或水合肼。

  本发明中,步骤1)中限定金属离子水溶液中金属离子的浓度为1~10wt%的作用保证溶液

  中金属离子的含量充分,且其易于在纤维表面还原沉淀,若金属离子浓度过低则纤维表面的

  金属粒子含量过低不足以得到导电性能优异的复合材料;若金属离子浓度过高则其容易在水

  溶液中形成沉淀影响金属粒子在纤维表面的还原沉积。金属离子水溶液pH值控制在6-11的

  作用是:使纤维表面带上与金属离子相反的电荷,溶液pH值过小则纤维表面的电荷与金属离

  本发明在纳微米聚合物纤维表面生成导电金属粒子,并将通过聚多巴胺的优异的粘附作

  用将导电金属粒子牢固地固定在纤维表面,从而达到改善纤维表面电性能的目的。

  本发明通过调整金属离子溶液的浓度、pH值和反应温度能够得到表面密集连续沉积金属

  粒子的纤维;然后将聚多巴胺粘附在金属化的纤维表面后使得金属粒子得以固定。所得聚合

  物纤维基导电复合材料的表面电性能改善显著,纤维表面电阻率从109Ω/cm降低到104-105

  本发明首先通过调整金属离子水溶液的pH值、金属粒子浓度和反应温度在还原剂的作用

  下在聚合物纤维表面生成导电性能良好且密集连续的金属粒子层;然后在上述纤维的表面包

  覆上具有优异粘附性的聚多巴胺层,从而达到改善纤维表面电性能和固定金属粒子。从而提

  以下实施例仅为了进一步说明本发明,并不因此将本发明作限制在所述的实施例范围之

  本发明中,Tris-多巴胺缓冲溶液的制备方法为:在1L的容量瓶中加入0.01mol三羟甲基

  氨基甲烷和1~5.0g多巴胺并加入去离子水定容到刻度线配置成多巴胺缓冲液。

  制备金属离子水溶液:将一定量的硝酸银溶于超纯水中,配置金属离子水溶液,其中银离

  基体纤维表面金属化:将纳微米基体纤维置于上述银离子水溶液中,纤维的添加量为4g/L

  (即每L银离子水溶液中加入4g纤维),然后升高水溶液的温度到50~75℃并往溶液中加入还

  原剂柠檬酸钠,10h后取出纤维,并进行干燥得金属化的纤维;其中,纳微米基体纤维为聚

  固定金属粒子:首先配置0.01mol/LTris-多巴胺缓冲溶液,缓冲溶液中多巴胺浓度为2g/L,

  控制缓冲溶液的pH值在7~11;然后将上述制得的金属化纤维置于缓冲溶液中3~5h,使得

  金属粒子牢牢固定于纳微米基体纤维的表面;其中,金属化纤维与缓冲溶液的比例为:每L

  缓冲溶液中放置20g金属化的纳微米级纤维。最终所得聚合物纤维基导电复合材料的电阻率

  基体纤维表面金属化:将纳微米基体纤维置于上述银离子水溶液中,纤维的添加量为6g/L

  (即每L银离子水溶液中加入6g纤维),然后升高水溶液的温度到40-60℃并往溶液中加入还

  原剂葡萄糖,12h后取出纤维,并进行干燥得金属化的纤维;其中,纳微米基体纤维为聚醚

  固定金属粒子:首先配置0.01mol/L的Tris-多巴胺缓冲溶液,缓冲溶液中多巴胺浓度为

  2g/L,控制缓冲溶液的pH值在7~11;然后将上述制得的金属化纤维置于缓冲溶液中3~5h

  使得金属粒子牢牢固定于纳微米基体纤维的表面;其中,金属化纤维与缓冲溶液的比例为:

  每L缓冲溶液中放置35g金属化的纳微米级纤维。最终所得聚合物纤维基导电复合材料的电

  制备银离子浓度在8%的水溶液,用氢氧化钠或者氯化氢调整该溶液pH值在7~10;

  基体纤维表面金属化:将纳微米基体纤维置于上述银离子浓度在1~5%的水溶液中,纤维

  的添加量为8g/L(即每L银离子水溶液中加入8g纤维),然后升高水溶液的温度到70-85℃并

  往溶液中加入还原剂甲醛,10h后取出纤维,并进行干燥得金属化的纤维;其中,纳微米基

  体纤维为聚醚砜+聚乙烯醇制成的纤维,聚醚砜与聚乙烯醇的质量比为100:20;

  固定金属粒子:首先配置0.01mol/L Tris-多巴胺缓冲溶液,缓冲溶液中多巴胺浓度为2g/L,

  控制缓冲溶液的pH值在7~11;然后将上述制得的金属化纤维置于缓冲溶液中3~5h使得金

  属粒子牢牢固定于纳微米基体纤维的表面;其中,金属化纤维与缓冲溶液的比例为:每L缓

  冲溶液中放置50g金属化的纳微米级纤维。最终所得聚合物纤维基导电复合材料的电阻率从

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  本发明属于高分子材料技术领域,具体涉及一种聚合物纤维基导电复合材料及其制备方法。本发明提供一种聚合物纤维基导电复合材料,所述复合材料具有核壳结构,壳为金属粒子,核为聚合物和聚合物按照一定质量比制成的复合纤维,聚合物与聚合物的质量比为100:20100:5;其中,所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚己内酯、聚苯硫醚砜、聚醚砜或聚丙烯腈,所述聚合物为聚乙烯醇、聚。


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