聚合物材料大多是电的不良导体,易产生静电积聚,影响制品使用性能,严重的还会危害到人体健康和公共安全。中石化北京化工研究院塑料加工研究所科研人员 通过巧布填料和分子掺杂等技术手段, 制备的新型导电/抗静电材料不仅具有很高的经济价值,还在安全生产领域具有重要社会意义。
巧布填料
打造高效导电网络
制备导电/抗静电聚合物复合材料,常规方法是将聚合物和导电填料共混,目前采用的导电填料主要包括金属及其氧化物、石墨、炭黑等碳材料以及导电高分子粉末,如聚苯胺等。但上述导电填料普遍与聚合物相容性不好,添加量需求高,使加工过程更加困难,降低填料分散效率,并最终影响到聚合物导电能力,同时高含量填料也会显著增加制造成本。
针对这一难题,该院塑料加工研究所团队打破思维常规,从基础理论入手,以材料设计和结构调控为主线,首次选用一种新型低熔点金属为填料,在聚合物熔融塑化过程中形成均匀分散液滴。在此基础上,该团队提出以无机或有机纳米填料阻隔金属液滴凝并的新原理,再通过固相拉伸方法调控聚合物相结构,实现导电填料纤维化,由此在复合材料内部形成更高效导电网络。用这种方法得到的聚合物材料电阻率可下降1000倍,经检测完全达到抗静电级别要求,实现了低成本、高导电率抗静电聚合物材料的可控制备。
分子掺杂
开辟材料导体化新途径
为进一步实现聚合物材料近似导体的导电性能,同时适应多种热塑成型工艺要求,项目组又提出新思路:基于一种热塑性高分子材料,通过挤出、注塑、纺丝等工艺加工成型后,再利用导电高分子掺杂原理,经加成——脱除反应生成连续的共轭双键结构。此结构类似导电高分子,因此得到的片材、纤维等制品导电能力接近导体或半导体。此项技术为热塑性高分子向导电、导热等高性能化方向发展开辟了新途径,也解决了导电高分子加工成型方面的难题。
此外,项目组还在导电结构高分子合成、导电纳米复合粒子制备等方面深入探索,并取得较好进展,后续将在新型抗静电复合材料应用上开展研究。
自主研发
技术应用前景广阔
截至目前,该技术相关成果已在囯内外期刊上发表论文10篇,并被权威期刊综述报道。同时,此技术已申请中国发明专利20项,其中获得授权14项,另外申请PCT国际专利2项,进入国家地区包括美国、欧洲、日本、韩国、加拿大等。
采用该技术成果开发制备的新型抗静电聚合物材料有望在纺织品、电磁屏蔽材料、智能制造等领域得到应用。
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