多功能导电高分子纤维：导电网络的形态与性能的调控

填充型导电聚合物的电性能不仅与加入填料的电性能、分散和用量等因素有关，还取决于导电填料网络的形态结构。本项目通过拉伸和热处理的方法调控填料网络的形态结构，制备具有高强度和高导电性能的高分子纤维。并创造性的通过拉伸-热处理的方法，利用两种高分子材料间的熔点差，在低熔点的外层形成导电网络，保持高熔点聚合物内层的高度取向，获得高强度导电纤维。在此基础上，本项目还将利用多种纳米填料在高取向系统中的协同作用，进一步提高材料的导电性能；并通过不同方法扩大多组分材料间的熔点差，进一步提高材料的电性能和机械性能。本项目为填充型导电聚合物的形态控制和高强度、高导电性能纤维的制备提供了新思路和新方法。

项目很好的按计划完成了各项研究内容。导电高分子复合材料（CPCs）由于其广泛的应用，可调控的性能及简单的制备方法，受到广泛关注。本项目着重研究不同网络调控方法对材料内部导电网络形态结构的影响及其电性能逾渗行为的影响。我们发现不同网络调控方法会促使具有不同结构特征的网络形成，例如：剪切通常能导致网络取向，共混物能导致网络选择性分散，热处理能修复局部网络或导致网络再团聚，共混填料能构筑共搭接的复杂网络结构，等。更重要的是这些不同方法可以被组合起来用来设计和制备具有特殊结构特征的导电网络，而这些网络结构往往能够带来独特的电性能逾渗行为，优异的导电性以及其它多功能性（Prog. in Poly. Sci, In press）。本项目针对上述研究主线开展了一系列研究，首先针对共混填料体系选择了炭黑及碳纳米管作为导电填料研究其在聚丙烯基体内的逾渗行为，发现炭黑和碳纳米管能在基体内形成共搭接的结构。与使用纯碳管的体系相比，可以获得更低的逾渗值(Exp. Poly. Let, 2012)。为进一步研究这样的体系在取向及减取向过程中网络结构及电性能的演变，我们在多组分带子低熔点相中加入导电填料，在线检测电性能在拉伸及退火过程中的演变。深入研究了导电网络在热退火过程中松弛的机理。发现具有更少缠结结构的混合填料网络能在退火过程中更快的松弛 (Coll. & Poly. Sci, 2012)。为进一步研究导电网络在不同体系中拉伸及退火过程中的演变，本项目研究了PP/PE共混物组成的多组分结构中，选择性分散在PE相中的导电网络结构对拉伸及退火的响应。发现具有这种特殊结构的导电网络能在拉伸过程中实现电阻率变化率可调控的演变过程，并在热处理过程中回复由拉伸破坏的导电网络及微观结构（J Mat. Chem, 2011）。为进一步制备具有均衡性能CPCs，即同时具有高导电率、低填料含量、高机械性能，本项目初步探索在PP/PE中构建同时具有双逾渗和隔离网络特征的导电网络。并通过理论建模，同时考虑填料在PE相中的逾渗和PE-CNT相在整个结构中的逾渗，预测了一系列因素对电性能的影响。同文献里类似材料相比，我们获得了同时具有地填料含量，高电导率，高机械性能的材料（paper under review）。最后，我们进一步研究了上述具有双逾渗和隔离网络的材料在进一步取向和减取向过程中的演变及其机理。