生物可降解的高分子导电复合材料及其制备方法
【专利摘要】生物可降解的高分子导电复合材料及其制备方法，本发明涉及高分子导电复合材料的制备【技术领域】，将聚己内酯、聚乳酸和碳纤维加入到密炼机中，在密炼机的转子剪切速率为25s-1～50s-1、温度为170℃的条件下密炼后，经模压定型。形成的复合材料中聚己内酯分散相焊接了碳纤维的搭接点，使碳纤维在聚乳酸基体中形成牢固的网络结构。本发明极大地提高了复合材料的导电性能，使其可以广泛应用于电子工业、通用领域及许多工程领域。
【专利说明】生物可降解的高分子导电复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及高分子导电复合材料的制备【技术领域】，特别是其中碳纤维呈网络结构 的导电复合材料生产【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 随着工业的迅速发展，对高分子材料有了更高性能的要求。新兴行业，例如航空， 及一些领头行业，比如电子工业，对聚合物的导电方面性能的要求与日俱增。此外，可持续 发展的理念让人们对环境的要求也越来越高，因此生物可降解的高分子如聚乳酸（PLA)、聚 己内酯（PCL)等作为一类新型的环境友好型材料日益受到关注。它们具有良好的热塑性、 生物相容性、生物可降解性及组织可吸收性，因此不仅在通用领域，在许多工程领域也具有 潜在的应用价值。
[0003] 不过单一的聚己内酯或聚乳酸在性能上都有各自的缺点，如聚己内酯虽然韧性 好，但硬度和强度差，且热变形温度相对较低；而聚乳酸则具有较快的降解速率和较好的拉 伸强度，但韧性较差极易弯曲变形。因此利用这种性能互补性，将聚乳酸与聚己内酯熔融共 混是获得新型的生物可降解材料的常见方法之一。虽然将聚乳酸与聚己内酯熔融共混可以 调控两者的性能，但却无法满足电子工业方面的要求，因为两者都是电绝缘体，所以添加导 电的填料如碳纤维是常见的增加聚乳酸或聚己内酯的电导率的方法。更有利于满足人们各 方面的需求。
[0004] 碳纤维填充后达到一定浓度会在高分子基体中形成网络结构，从而让电子能够有 效传递。不过聚合物基体中碳纤维的无序排布并不能最大程度发挥其应有的导电效果。不 过在聚乳酸和聚己内酯共混物中，两组分的热力学不相容会使它们形成基体-分散相结 构，基于此，如果利用流变学的方法，通过控制聚乳酸和聚己内酯两种基体的组分比以及加 工过程中在一定剪切速率范围内的粘度比，就有可能让与基体聚乳酸不相容的聚己内酯分 散相扩散至自由能比较大的碳纤维搭接点上，从而在成型过程中将碳纤维焊接成网络结 构，因而能更大程度的发挥碳纤维的导电能力和增强效应，从而制备出高强度、导电的基于 聚乳酸/聚己内酯不相容共混物的生物可降解复合材料。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出一种具有自焊接形态的碳纤维填充的基于聚乳酸/聚己 内酯不相容共混物的生物可降解导电复合材料。
[0006] 本发明所述复合材料中聚己内酯分散相焊接了碳纤维的搭接点，使碳纤维在聚乳 酸基体中形成牢固的网络结构；聚乳酸基体占复合材料总质量的40?50%，聚己内酯分散 相占复合材料总质量的10?20%，碳纤维填充相占复合材料总质量的30?40%。
[0007] 本发明选用可生物降解的聚乳酸作为基体，以可生物降解的聚己内酯作为分散 相，材料本身具有环境友好的特性；同时采用碳纤维作为填充填料，赋予了高分子共混物优 异的导电性能；尤为突出的特点是通过控制聚乳酸与聚己内酯组分比和粘度比的变化，使 得分散相聚己内酯焊接到碳纤维的搭接点上形成稳固完善的导电网络结构，极大地提高了 复合材料的导电性能，使其可以广泛应用于电子工业、通用领域及许多工程领域。
[0008] 本发明的另一目的在于提出上述生物可降解的高分子导电复合材料的制备方法。
[0009] 将聚己内酯、聚乳酸和碳纤维加入到密炼机中，在密炼机的转子剪切速率为25 f?50 s'温度为170°C的条件下密炼后，经模压定型。
[0010] 所述聚乳酸基体占复合材料总投料质量的40?50%，聚己内酯分散相占复合材料 总投料质量的10?20%，碳纤维填充相占复合材料总投料质量的30?40% 本发明通过熔融共混使低熔点的聚己内酯分散相扩散至碳纤维搭接点上，形成具有自 焊接形态的纤维网络结构的生物可降解的高分子导电复合材料。
[0011] 对于碳纤维填充的聚乳酸/聚己内酯不相容共混体系，并非所有共混比下制得的 复合材料都能充分发挥碳纤维的导电效果。本发明首先，必须以聚乳酸为基体，而粘度较 低的聚己内酯为分散相，因此需要控制聚乳酸基体、聚己内酯在复合材料总质量的用量；其 次，如碳纤维用量太少，则无法有效提高电导率；如碳纤维用量太多，会导致加工粘度过大 从而造成成型困难，因此也必须控制碳纤维用量；最重要的是控制聚乳酸与聚己内酯在转 矩流变仪的密炼腔中的剪切速率，在该剪切速率条件下保障密炼的粘度比范围为〇. 01? 1，这样才能保证在成型时低粘度的聚己内酯作为与聚乳酸基体不相容的分散相焊接至碳 纤维搭接点上，形成具有良好导电效果的网络结构。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1为对比例2制成的产品的扫描电镜照片。
[0013] 图2对比例3制成的产品的扫描电镜照片。
[0014] 图3为实施例1制成的产品的扫描电镜照片。
【具体实施方式】
[0015] 本发明以下各例中使用的聚己内酯为数均分子量为40,000?60,000 g/mol，熔 点为50?70°C的生物可降解高分子聚酯。聚乳酸为数均分子量为80, 000?120, 000 g/ mol，熔点为150?180°C的生物可降解高分子聚酯。本发明中使用的碳纤维密度约为1. 78 g · cm_3,平均直径约7 μ m，长径比约为350。
[0016] 一、对比例1 1、将干燥后的聚己内酯与碳纤维置于Haake转矩流变仪，于温度80°C下控制转子剪切 速率为25 s-1?50 s-1，熔融共混8min出料。
[0017] 2、将所得复合材料在液压成型机上，于80°C、压力IOMPa下模压5min，形成长、宽 为10 cmX 10 cm,且厚度为I mm的复合材料片材，而后在硫化仪上室温冷压5 min即得复 合材料样片。
[0018] 二、对比例2 1、将干燥后的聚乳酸与碳纤维置于Haake转矩流变仪，于温度170°C下控制转子剪切 速率为25 s-1?50 s-1，熔融共混8min出料。
[0019] 2、将所得复合材料在液压成型机上，于170°C、压力10 MPa下模压5min，形成长、 宽为10 cmX 10 cm,且厚度为I mm的复合材料片材，而后在硫化仪上室温冷压5 min即得 复合材料样片。
[0020] 三、对比例3 1、将干燥后的聚乳酸、聚己内酯与碳纤维(选用的聚乳酸与聚己内酯的粘度比为2)置 于Haake转矩流变仪，于温度170°C下控制转子剪切速率为25 s-1?50 s-1，熔融共混Smin 出料。
[0021] 2、将所得复合材料在液压成型机上，于170°C、压力10 MPa下模压5 min，形成长、 宽10 cmX 10 cm,且厚度为I mm的复合材料片材，而后在硫化仪上室温冷压5 min即得复 合材料样片。
[0022] 四、对比例4 1、将干燥后的聚乳酸、聚己内酯与碳纤维(选用的聚乳酸与聚己内酯的粘度比为7)置 于Haake转矩流变仪，于温度170°C下控制转子剪切速率为25 s-1?50 s-1，熔融共混Smin 出料。
[0023] 2、将所得复合材料在液压成型机上，于170°C、压力10 MPa下模压5 min，形成长、 宽10 cmX 10 cm,且厚度为I mm的复合材料片材，而后在硫化仪上室温冷压5 min即得复 合材料样片。
[0024] 表1为上述对比例1、2、3、4的原料配方。
[0025] 表 1
【权利要求】
1. 生物可降解的高分子导电复合材料，其特征在于所述复合材料中聚己内酯分散相焊 接了碳纤维的搭接点，使碳纤维在聚乳酸基体中形成牢固的网络结构；聚乳酸基体占复合 材料总质量的40?50%，聚己内酯分散相占复合材料总质量的10?20%，碳纤维填充相占 复合材料总质量的30?40%。
2. 如权利要求1所述生物可降解的高分子导电复合材料的制备方法，其特征在于将干 燥后的聚己内酯、聚乳酸和碳纤维加入到密炼机中，控制密炼机的转子施加的剪切速率为 25 S4?50 s'在温度为170°C的条件下密炼后，经模压定型；所述聚乳酸占总投料质量的 40?50%，聚己内酯占总投料质量的10?20%，碳纤维占总投料质量的30?40%。
3. 根据权利要求2所述方法，其特征在于所述的聚乳酸与聚己内酯的粘度比为0. 01? 1〇
【文档编号】C08L67/04GK104312116SQ201410532245
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月11日 优先权日:2014年10月11日
【发明者】吴德峰, 冯赛花, 魏能信, 周亚楠, 吕巧莲 申请人:扬州大学