构建网络是制备高性能导电导热聚合物基复合材料的关键，目前广泛采用的自组装成网模式因自组装力不足，难以得到密实的网络，导致复合材料的导电导热性能远低于预期值。进一步增加导电填料的体积分数，虽然会增加网络的密度，但对网络上导电粒子平均间距的进一步减小贡献不大，反而会造成复合材料加工性能和力学性能的大幅下降。

  为解决上述问题，应该探索能够有效减小导电网络上粒子间平均间距的新加工方法。北京化工大学塑料机械研究所所长吴大鸣教授团队提出了一种空间限域强制组装法（SCFNA）制备导电导热复合材料的新方法，其实质是在限制自组装网络摆动自由度的条件下，对松散的自组装网络进行强制压缩组装。从而对功能分散相施加远大于自组装作用力的“强制组装力”，强制“挤走”导电粒子间的聚合物，实现了导电网络的密实化，为大幅度提高导电性能提供了可能性。在填料含量不变的前提下，复合材料的电导率成数倍甚至成数量级的提高。同时复合材料的导热性能也获得了数十倍提高。该方法目前在热塑性复合材料，热固性复合材料及光固化复合材料均获得显著效果。相关成果发表在国际知名复合材料期刊Composites Part A。

  通过制备方法的创新，实现了用“强制组装”方法替代目前“自组装”方法构建网络的重要突破，相同配方条件下，采用SCFNA法制备的聚丙烯-碳纤维复合材料导电性能高出2-4个数量级。制备的聚二甲基硅氧烷-碳纤维复合材料导电性能提高1-5个数量级。同时，获得了聚合物基复合材料关于强制组装厚度上的导电渗流现象。相关研究得到业内同行的高度关注，有望较大程度地推进聚合物基导电导热复合材料技术的进步。同时对于开辟注射机与螺杆挤出机新功能具有重大的工程实用价值。

图1 工艺路径

图2 SCFNA理论模型

图3 SCFNA制备聚丙烯-碳纤维复合材料各流程中碳纤维网络演化规律

图4 熔融共混法与强制组装法制备聚丙烯碳纤维复合材料导电性能对比

图5 聚丙烯碳纤维复合材料关于强制组装厚度上的导电渗流现象

相关成果主要有：

《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

一种限域空间微纳米精密组装法制备高性能聚合物基导电复合材料的方法[P], ZL 201610885809；

  2017“光威杯”中国大学生高性能复合材料科技创新竞赛一等奖。

  该工作得到了国家自然科学基金委、有机无机复合材料国家重点实验室、中英北京化工大学-Bradford大学学术交流项目、中国博士后基金的支持。相关论文的第一作者主要有北京化工大学博士后高小龙,博士孙靖尧，第一通讯作者吴大鸣教授,联合通讯作者黄尧老师。

  论文链接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359835X17302956