構建網絡是制備高性能導電導熱聚合物基復合材料的關鍵，目前廣泛采用的自組裝成網模式因自組裝力不足，難以得到密實的網絡，導致復合材料的導電導熱性能遠低于預期值。進一步增加導電填料的體積分數，雖然會增加網絡的密度，但對網絡上導電粒子平均間距的進一步減小貢獻不大，反而會造成復合材料加工性能和力學性能的大幅下降。
為解決上述問題，應該探索能夠有效減小導電網絡上粒子間平均間距的新加工方法。北京化工大學塑料機械研究所所長吳大鳴教授團隊提出了一種空間限域強制組裝法（SCFNA）制備導電導熱復合材料的新方法，其實質是在限制自組裝網絡擺動自由度的條件下，對松散的自組裝網絡進行強制壓縮組裝。從而對功能分散相施加遠大于自組裝作用力的“強制組裝力”，強制“擠走”導電粒子間的聚合物，實現了導電網絡的密實化，為大幅度提高導電性能提供了可能性。在填料含量不變的前提下，復合材料的電導率成數倍甚至成數量級的提高。同時復合材料的導熱性能也獲得了數十倍提高。該方法目前在熱塑性復合材料，熱固性復合材料及光固化復合材料均獲得顯著效果。相關成果發表在國際知名復合材料期刊Composites Part A。
通過制備方法的創新，實現了用“強制組裝”方法替代目前“自組裝”方法構建網絡的重要突破，相同配方條件下，采用SCFNA法制備的聚丙烯-碳纖維復合材料導電性能高出2-4個數量級。制備的聚二甲基硅氧烷-碳纖維復合材料導電性能提高1-5個數量級。同時，獲得了聚合物基復合材料關于強制組裝厚度上的導電滲流現象。相關研究得到業內同行的高度關注，有望較大程度地推進聚合物基導電導熱復合材料技術的進步。同時對于開辟注射機與螺桿擠出機新功能具有重大的工程實用價值。
圖1 工藝路徑
圖2 SCFNA理論模型
圖3 SCFNA制備聚丙烯-碳纖維復合材料各流程中碳纖維網絡演化規律
圖4 熔融共混法與強制組裝法制備聚丙烯碳纖維復合材料導電性能對比
圖5 聚丙烯碳纖維復合材料關于強制組裝厚度上的導電滲流現象
相關成果主要有：
《Composites Part A》, 102(2017)：88-95;
《RSC Advances》,7(2017)：14761-8;
《Polymer Engineering & Science》, 57. 3（2017）：268-274;
《Polymer Engineering & Science》, 57. 3（2017）：268-274;
《Advance in Polymer Technology》, 2017;00:1-11,doi: 10.1002/adv.21815
《Applied Thermal Engineering》, 121（2017）：492-500
一種限域空間微納米精密組裝法制備高性能聚合物基導電復合材料的方法[P], ZL 201610885809；
2017“光威杯”中國大學生高性能復合材料科技創新競賽一等獎。
該工作得到了國家自然科學基金委、有機無機復合材料國家重點實驗室、中英北京化工大學-Bradford大學學術交流項目、中國博士后基金的支持。相關論文的第一作者主要有北京化工大學博士后高小龍,博士孫靖堯，第一通訊作者吳大鳴教授,聯合通訊作者黃堯老師。
論文鏈接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X17302956
