一种电阻率宽分布导电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电阻率宽分布导电复合材料及其制备方法。该材料由短切碳纤维、短切玻璃纤维与热固性树脂基体三者复合而成，该材料的体积电阻率为0.1‑10000Ω·cm。该材料的制备方法是：通过预先调节短切碳纤维与短切玻璃纤维的比例，短切碳纤维的长度以及复合材料中树脂基体的含量来实现复合材料体积电阻率的宽分布，具体包括纤维的配比称量、纤维的分散与混合、混杂纤维与热固性树脂复合成型步骤。本发明专利技术方法尤其适合批量大，结构形状较复杂导电复合材料制品的生产，所提供的材料可广泛用于制备电磁屏蔽材料、吸波材料、电热材料、电磁辐射体材料等。

A conductive composite material with wide resistivity and its preparation method

The invention discloses a conductive composite material with wide resistivity and a preparation method thereof. The material is composed of chopped carbon fiber, chopped glass fiber and thermosetting resin matrix. The volume resistivity of the material is 0.1_10 000_ cm. The preparation method of the material is to realize the wide distribution of the volume resistivity of the composite material by pre-adjusting the ratio of the chopped carbon fiber to the chopped glass fiber, the length of the chopped carbon fiber and the content of the resin matrix in the composite material, including the proportion of the fiber, the dispersion and mixing of the fiber, the hybrid fiber and the thermosetting. Resin composite molding steps. The method of the invention is especially suitable for the production of conductive composite materials with large batches and complex structure shapes, and the materials provided can be widely used for preparing electromagnetic shielding materials, absorbing materials, electrothermal materials, electromagnetic radiator materials, etc.

【技术实现步骤摘要】
一种电阻率宽分布导电复合材料及其制备方法
本专利技术涉及功能复合材料领域，特别是一种电阻率宽分布导电复合材料及其制备方法。其具有体积电阻率分布范围宽、轻质高强、耐热耐腐蚀、易成型，加工性能良好等优点。可用于电磁屏蔽材料、吸波材料、电热材料、电磁辐射体等。
技术介绍
一般导电材料的体积电阻率都是固定的，不会在很大的范围内变化。例如金属材料、导电高分子材料、碳材料以及半导体材料等。而且一般的导电材料存在明显的不足，例如金属材料不耐腐蚀，密度较大；导电高分子材料力学性能较差；碳材料具有优异的导电性能，但其各方面性能受材料的形态影响较大；半导体材料的导电性受杂质含量的影响极大，同时也受外界条件(如热，光等)的影响很大。本专利技术中将短切玻璃纤维与短切碳纤维预先分散混合后，再与热固性树脂复合，通过调整体系中短切碳纤维的含量，短切碳纤维的长度以及树脂基体的含量等参数，能够方便灵活地对材料的体积电阻率进行调控。复合材料的体积电阻率可在0.1-10000Ω·cm的范围内分布，这是一般单一材料不能实现的。玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，其优点是绝缘性好、耐热性强、机械强度高、抗腐蚀性好。当前，玻璃纤维通常以连续纤维纱和纤维织物等形式作为增强材料应用于复合材料中，而短切玻璃纤维的使用则较少。碳纤维是一种由有机纤维经碳化及石墨化处理而得到的微晶石墨材料，其含碳量达到90％以上。碳纤维具有高强度、高模量、低密度等特性，因此其常被作为高强结构材料应用于军用和民用行业。碳纤维具有良好的导电性，常被作为功能填料运用于各种功能复合材料中。目前将碳纤维与高分子材料或无机非金属材料直接共混制备功能复合材料的实施例很多，将短切玻璃纤维和短切碳纤维混合均匀后作为填料运用在功能复合材料中的实施例未见报道。短切碳纤维具有优良的导电性，理论上少量的添加量就可以达到很好的效果。但是短切碳纤维直接加入到高分子材料或无机非金属材料中却很难实现理论上的效果。由于碳纤维生产过程中的上胶步骤以及团聚效应，因此短切碳纤维在基体中仍是以纤维束出现。短切碳纤维在基体中不能完全分散开，不能相互搭接形成导电网络，因此很难达到预期的效果。而将短切玻璃纤维与短切碳纤维预先分散混合后，短切碳纤维就会在短切玻璃纤维中形成导电网络，短切玻璃纤维则对导电网络起到支撑和稳固作用。将分散好的混杂纤维再与热固性树脂混合制备成复合材料。控制体系中碳纤维含量，碳纤维长度，树脂基体含量等参数，就能实现体积电阻率的宽分布。短切碳纤维和短切玻璃纤维的使用，实现了复合材料的轻质高强。而热固性树脂的使用，在保证强度的同时，大大增加了体系的耐热和耐腐蚀性。同时混杂纤维与树脂基体混合后形成一种易成型的预混料，具有良好的工艺性能。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种电阻率宽分布导电复合材料及其制备方法。所提供的复合材料的具有轻质高强的特点和0.1-10000Ω·cm体积电阻率；所提供的复合材料的制备方法能够方便灵活地对材料的体积电阻率进行调控。本专利技术解决其技术问题采用以下技术方案：本专利技术提供的电阻率宽分布导电复合材料，是由短切碳纤维、短切玻璃纤维与热固性树脂基体三者复合而成，该材料的体积电阻率为0.1-10000Ω·cm。所用短切碳纤维长度为1-20mm，短切玻璃纤维长度为1-20mm；短切碳纤维与短切玻璃纤维的质量比为1:99-1:1。由短切碳纤维与短切玻璃纤维分散混合后形成混杂纤维，其与热固性树脂基体的质量比例为1:9-9:1。使用的热固性树脂可以为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂中的一种，或多种。本专利技术提供的电阻率宽分布导电复合材料的制备方法，是通过预先调节短切碳纤维与短切玻璃纤维的比例，短切碳纤维的长度以及复合材料中树脂基体的含量来实现复合材料体积电阻率的宽分布，具体包括以下步骤：步骤一、纤维的配比称量：称取干燥的短切碳纤维、短切玻璃纤维，二者质量比为1:99-1:1，二者长度分别为1-20mm、1-20mm；步骤二、纤维的分散与混合：将短切纤维在分散介质中分散成单丝状态，先分散短切玻璃纤维1-40min，再混入短切碳纤维分散1-20min，得到混杂纤维；具体的分散时间需要根据相应的分散条件即纤维长度、纤维用量、分散设备来确定，如果以液态的树脂为分散介质，则分散后的树脂纤维混合物可直接用于下一步骤；如果以溶剂作为分散介质，则需要除去混杂纤维中相应的溶剂后再进行下一步骤；步骤三、混杂纤维与热固性树脂复合成型：将混杂纤维与热固性树脂基体以质量比例为1:9-9:1进行混合，通过复合材料成型工艺制备导电复合材料。上述方法步骤二中，采用打浆机、行星搅拌机、非介入式材料均质机或超声分散仪，将短切纤维在分散介质中进行分散。上述方法步骤二中，树脂为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂中的一种或多种；溶剂为水、甲苯、乙醇、丙酮的一种或多种。上述方法步骤三中，成型工艺可以包括模压成型、袋压成型、真空导入成型或热压罐成型。本专利技术方法制备的电阻率宽分布导电复合材料，其体积电阻率为0.1-10000Ω·cm，用于制备电磁屏蔽材料、吸波材料、电热材料或电磁辐射体材料。本专利技术与现有技术相比，具有以下主要的优点：1.本专利技术中，材料中将短切碳纤维与短切玻璃纤维混杂使用，用量大的绝缘性玻璃纤维能对用量小的导电性碳纤维起到稀释和固定作用。通过调整混杂纤维中短切玻璃纤维和短切碳纤维的比例，短切碳纤维长度，以及复合材料中树脂基体的含量来实现导电复合材料体积电阻率的宽分布和可调性。三个因素每一个都会对复合材料的体积电阻率产生较大影响，控制这三个因素，就能实现复合材料体积电阻率的宽分布。经过调节这种导电复合材料的体积电阻率可在0.1-10000Ω·cm的范围内分布。体积电阻率在5个数量级内变化，这是其他单一材料很难做到的。2.本专利技术中，少量的短切碳纤维均匀分散在混杂纤维体系中，形成导电网络，使材料具有导电性。而含量较高的短切玻璃纤维则在体系中对导电网络起到支撑和稳固的作用。由于碳纤维、玻璃纤维、树脂基体都具有低密度的特点，因此本专利技术中的这种导电复合材料具有轻质高强的特点。经测试其密度小于1.8g/cm3。3.本专利技术中，采用热固性树脂作为复合材料的基体材料，因此这种材料具有很好的耐热性能和耐腐蚀性能，材料使用温度能达到100℃以上。同时针对不同的耐热条件和耐腐蚀条件，可选用不同耐热级别或耐腐蚀级别的热固性树脂作为基体材料。4.本专利技术中混杂纤维与树脂基体混合后形成一种预混料，可用于多种复合材料成型工艺，可制备具有复杂形状的复合材料制品，具有良好的工艺性能。5.在本专利技术中，由于短切碳纤维用量少，短切玻璃纤维用量多，而玻璃纤维的价格远低于碳纤维的价格，所以在保证材料导电性能的同时，降低了材料的成本。附图说明图1为杆状导电复合材料结构示意图。图2为图1的剖视图。具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，但不限于这些实施例。实施例1将实验中需要使用的短切纤维烘干至恒重，称取170g长度为6mm的短切玻璃纤维，称取30g长度为6mm的短切碳纤维。向本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电阻率宽分布导电复合材料，其特征是该材料由短切碳纤维、短切玻璃纤维与热固性树脂基体三者复合而成，该材料的体积电阻率为0.1‑10000Ω·cm。

【技术特征摘要】
1.一种电阻率宽分布导电复合材料，其特征是该材料由短切碳纤维、短切玻璃纤维与热固性树脂基体三者复合而成，该材料的体积电阻率为0.1-10000Ω·cm。2.根据权利要求1所述的电阻率宽分布导电复合材料，其特征在于，所用短切碳纤维长度为1-20mm，短切玻璃纤维长度为1-20mm；短切碳纤维与短切玻璃纤维的质量比为1:99-1:1。3.根据权利要求1所述的电阻率宽分布导电复合材料，其特征在于，由短切碳纤维与短切玻璃纤维分散混合后形成混杂纤维，其与热固性树脂基体的质量比例为1:9-9:1。4.根据权利要求3所述的电阻率宽分布导电复合材料，其特征在于，使用的热固性树脂为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂、酚醛树脂、聚氨酯树脂、氰酸酯树脂、双马来酰亚胺树脂、聚酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂中的一种或多种。5.一种电阻率宽分布导电复合材料的制备方法，其特征是通过预先调节短切碳纤维与短切玻璃纤维的比例，短切碳纤维的长度以及复合材料中树脂基体的含量来实现复合材料体积电阻率的宽分布，具体包括以下步骤：步骤一、纤维的配比称量：称取干燥的短切碳纤维、短切玻璃纤维，二者质量比为1:99-1:1，二者长度分别为1-20mm、1-20mm；步骤二、纤维的分散与混合：将短切纤维在分散介质中分散成单丝状态，先分散短切玻璃纤维1-40min，再混入短切碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：段华军，汪鑫，王钧，杨小利，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42