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1、导电聚合物复合材料高Z09刘瑞091464导电聚合物复合材料摘要：本文主要讲述了导电聚合物复合材料制备方法和应用领域。关键词：导电聚合物复合材料高分子1.前言近几年来,关于导电聚合物的研究一直受到普遍的重视。这类新的高分子材有可能在彩色显示、电化学、催化、抗静电及微波吸收等众多领域内得到使用。然而,由于导电高聚物的综合力学性能较差,严重地妨碍了它的广泛工业应用比幻。为了改善导电聚合物的性能,人们开展了导电聚合物复合材料的研究。例如将导电聚合物和基体聚合物(工程塑料)复合制成复合材料。这类复合材料的导电特性和纯导电聚合物相似,但力学性能
2、有明显的改善。它的制备可采用电化学或化学方法。到目前为止,除了使用工程塑料作复合材料支持体外,各种透膜,无机层状结构材料,橡胶粒子,粘土，聚合物固体电介质等均可用来制备导电聚合物复合材料。通过改变聚合条件以及原材料性能,可以控制复合材料的形态(孔隙率,微纤状)、导电性能、透光率以及电化学特性等。2.导电复合材料的分类及用途导电聚合物复合材料是一种既具有普通聚合物材料特性，又具有一定导电性能的新型功能材料。由于导电聚合物具有重量轻、易加工成各种复杂形状、尺寸稳定性好以及电阻率在较大范围内可调等特点，因此在防静电、微波吸收、电磁屏蔽及电化
3、学等领域被广泛采用。表1列出了导电聚合物复合材料的分类及用途。表1导电聚合物复合材料及其用途3.制备方法导电聚合物复合材料的制备方法主要有两种：一种是在基体聚合物中填充各种导电填料；另外一种则是将结构型导电聚合物或亲水性聚合物与基体聚合物进行共混。3.1填充型导电聚合物复合材料这种材料通常是将不同性能的无机导电填料掺入到基体聚合物中,经过分散复合或层积复合等成型加工方法而制得。导电填料的种类很多,常用的可分为炭系和金属系两大类。炭系填料包括炭黑、石墨和碳纤维等;金属系主要有铝、铜、镍、铁等金属粉末、金属片和金属纤维[1]。目前研究和应
4、用较多的是由炭黑颗粒和金属纤维填充制成的导电聚合物复合材料。3.1.1碳黑填充型导电复合材料[4]炭黑是一种天然的半导体材料,其体积电阻率约为0.1～10Ω.cm。它不仅原料丰富,导电性能持久稳定,而且可以大幅度调整复合材料的电阻率(100～108Ω·cm)。因此,由炭黑填充制成的导电聚合物复合材料是目前用途最广、用量最大的一种导电材料。炭黑填充型导电聚合物复合材料的导电机理比较复杂,通常包括导电通道、隧道效应和场致发射三种机理,复合材料的导电性能是这三种导电机理作用的竞争结果[2,3]。在炭黑填料用量少、外加电压较低时,由于炭黑粒子
5、间距较大,形成导电通道的几率较小,这时隧道效应起主要作用;在炭黑用量少、但外加电压较高时,场致发射机理变得显著;而随着炭黑填充量的增加,粒子间距相应缩小,则形成链状导电通道的几率增大,这时导电通道机理的作用更为明显。 近年来,围绕如何提高炭黑填充型导电复合材料的导电性能这一问题进行了大量的研究,主要表现在炭黑填料的改性以及新型导电炭黑的开发两个方面。目前最常用的改性方法是对炭黑进行高温热处理,这不仅可以增加炭黑的比表面积,而且可以改善其表面化学特性。用钛酸酯类偶联剂处理炭黑表面,在改善复合材料导电性能的同时,还能提高熔体流动性和材料的
6、力学性能。在填充复合过程中,添加适当的分散剂或表面活性剂,可以防止炭黑粒子的聚集,使其在基体聚合物中能够均匀分散。此外,将炭黑与陶土、滑石粉等惰性物质并用,改性效果也会有所提高;加入玻璃纤维或云母等增强剂还可改善复合材料的机械性能。炭黑与聚合物的化学接枝物作为母粒,再与其它基体聚合物进行复合,则可大幅度提高复合材料的导电性能,而且导电稳定性也得到改善[5]。3.1.2金属纤维填充型导电复合材料采用金属纤维作为填料,填充到基体聚合物中,经适当混炼分散和成型加工后,可以制成导电性能优异的复合材料,体积电阻率为10-3～100Ω·cm。由于
7、这类材料比传统的金属材料质量轻且易加工,因此被认为是最有发展前途的新型导电材料和电磁屏蔽材料.金属纤维的填充量对导电性能的影响规律与炭黑填充的情形相类似,但由于纤维填料形成链状导电通道的几率更大,因此在填充量很少的情况下便可获得较高的导电率。金属纤维的长径比对复合材料的导电性能影响较大,长径比越大,导电性和屏蔽效果就越好[6]。此外,选择合理的混炼工艺参数也很关键。在复合过程中,为避免金属纤维折断,注射时应降低螺杆转速和背压,提高机筒和模具温度。为提高均匀分散效果,有时还需添加适当的加工助剂。目前,国外开发和应用较多的金属纤维是黄铜纤
8、维,其次是不锈钢和铁纤维等。不锈钢纤维作填料不仅强度高,在成型过程中不易折断,能保持较大的长径比,而且抗氧化性好,能保持导电性能持久稳定。将直径为7μm的不锈钢纤维与PC、PS等基体聚合物复合,当填充量为6(wt)%时,
