CN102558749B - Abs树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料及其制备方法，它涉及碳纤维导电复合材料及其制备方法。本发明要解决现有导电复合材料存在电导率低和力学性能差的技术问题。方法如下：一、称取ABS树脂、导电炭黑、沥青基碳纤维、相容剂、抗氧化剂和偶联剂；步骤二、将导电炭黑烘干；步骤三、将沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡，超声处理，洗涤后干燥；步骤四、将ABS树脂、相容剂、抗氧化剂和偶联剂混合均匀加入经步骤二处理的导电炭黑熔融混炼，再加入经步骤三处理的沥青基碳纤维继续熔融混炼，然后置于平板硫化机内压制。将被广泛应用于耐磨管道、管道防腐和管道增强等领域。
Description
技术领域
本发明涉及碳纤维导电复合材料及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是一种常见的通用塑料，其良好耐化学性、加工性以及较低得价格被广泛用于抗静电制品、电磁波屏蔽、汽车制造、电子工业等许多领域。近些年来，聚合物基导电复合材料由于具有导电性能优良、力学强度高且耐化学性好等优点被广泛应用。但是，现今很多导电复合材料以聚合物为基体，以金属粉、金属氧化物、石墨等作为导电填料，这种导电复合材料在达到要求电导率时，填料的质量百分比大、力学性能差、界面粘合力低，大大的限制了复合材料的应用。
发明内容
本发明要解决现有导电复合材料存在电导率低和力学性能差的技术问题；而提供了ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料及其制备方法。
本发明中ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料按重量百分比由73％～85％ABS树脂、10％～16％导电炭黑、2％～6％沥青基碳纤维、2％～6％相容剂、0.1％～1％抗氧化剂和0.5％～2％偶联剂制成的。
本发明中ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料的制备方法是按下述方法制备的：
步骤一、按重量百分比分别称取73％～85％ABS树脂、10％～16％导电炭黑、2％～6％沥青基碳纤维、2％～6％相容剂、0.1％～1％抗氧化剂和0.5％～2％偶联剂；
步骤二、将步骤一称取的导电炭黑烘干；
步骤三、将步骤一称取的沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，然后超声处理半小时，再洗涤后干燥，所述N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液是由N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷按1∶3的体积比组成的；
步骤四、将步骤一称取的ABS树脂、相容剂、抗氧化剂和偶联剂在室温下混合均匀，然后加入经步骤二处理的导电炭黑在170～180℃熔融混炼10～15分钟，再加入经步骤三处理的沥青基碳纤维继续熔融混炼20～25分钟，然后置于平板硫化机内在150～160℃和16～20MPa条件下压制15～20分钟；即得到ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料。
本发明在低渗滤阈值前提下，复合材料具有较高的电导率和优异的力学性能。由于沥青基碳纤维具有优良的增强作用和良好的导电性能，在ABS/导电炭黑复合材料中加入沥青基碳纤维，沥青基碳纤维的增强作用使ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料的拉伸强度大幅度提高。同时，沥青基碳纤维和导电炭黑构成更加完整的导电网络，使材料导电性能更优异。因此，ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维高强导电复合材料具有强大的工业化生产潜力，将被广泛应用于耐磨管道、管道防腐和管道增强等领域。
本发明能保证复合材料的导电性能和力学性能，在生产过程中工艺和流程简单，成本低，适合大规模生产。
附图说明
图1是本发明ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料放大倍数500倍的SEM断面图；图2是本发明ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料放大倍数40.0k倍的SEM断面图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式中ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料按重量百分比由73％～85％ABS树脂、10％～16％导电炭黑、2％～6％沥青基碳纤维、2％～6％相容剂、0.1％～1％抗氧化剂和0.5％～2％偶联剂制成的。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物218。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述抗氧剂为抗氧剂168。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述偶联剂为钛酸酯偶联剂NDZ-130。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：沥青基碳纤维的直径为20～25μm、直径为3～12mm。其它与具体实施方式一至四之一相同。
ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料的制备方法是按下述方法制备的：
步骤一、按重量百分比分别称取73％～85％ABS树脂、10％～16％导电炭黑、2％～6％沥青基碳纤维、2％～6％相容剂、0.1％～1％抗氧化剂和0.5％～2％偶联剂；
步骤二、将步骤一称取的导电炭黑烘干；
步骤三、将步骤一称取的沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，然后超声处理半小时，再洗涤后干燥，所述N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液是由N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷按1∶3的体积比组成的；
步骤四、将步骤一称取的ABS树脂、相容剂、抗氧化剂和偶联剂在室温下混合均匀，然后加入经步骤二处理的导电炭黑在170～180℃熔融混炼10～15分钟，再加入经步骤三处理的沥青基碳纤维继续熔融混炼20～25分钟，然后置于平板硫化机内在150～160℃和16～20MPa条件下压制15～20分钟；即得到ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式六不同的是：步骤一所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物218。其它的步骤和参数与具体实施方式六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式六或七不同的是：步骤一所述抗氧剂为抗氧剂168。其它的步骤和参数与具体实施方式六或七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式六至八之一不同的是：步骤一所述偶联剂为钛酸酯偶联剂NDZ-130。其它的步骤和参数与具体实施方式六至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式六至九之一不同的是：步骤一所述沥青基碳纤维的直径为20～25μm、直径为3～12mm。其它的步骤和参数与具体实施方式六至九之一相同。
采用下述试验验证发明效果：
试验一：本试验将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为6％的长度12mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比81％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比10％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为6％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：0.893S/cm，拉伸强度：60.3MPa。
试验二：本试验将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为4％的长度6mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比82％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比11％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为4％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：76.32S/cm，拉伸强度：49.1MPa。
试验三：本试验中导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为3％的长度6mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比81％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比13％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为3％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：423.78S/cm，拉伸强度：43.4MPa。
由图1主要说明了沥青基纤维在复合材料中充当的导电网络和增强作用。图2主要说明了导电炭黑在复合材料中充当了填充导电网络和降低电阻的作用。
试验四：本试验中将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为2％的长度6mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比80％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比15％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为2％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：393.33S/cm，拉伸强度：40.6MPa。
试验五：本试验中将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为2％的长度12mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比79％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比16％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为2％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：375.80S/cm，拉伸强度：38.7MPa。
试验六：本试验中将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为5％的长度3mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比82％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比10％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为5％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：0.715S/cm，拉伸强度：56MPa。
试验七：本试验中将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为5％的长度12mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比81％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比11％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为5％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：68.12S/cm，拉伸强度：52.7MPa。
试验八：本试验将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为5％的长度6mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比80％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比13％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为5％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：463.67S/cm，拉伸强度：51.3MPa。
试验九：本试验将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为5％的长度3mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比77％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比15％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为5％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料电导率：450.15S/cm，拉伸强度：48.2MPa。
试验十：本试验中将导电炭黑放入120℃电热恒温鼓风干燥箱中烘干2小时，将重量百分比为5％的长度3mm，直径20～25μm沥青基碳纤维放入N，N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，超声半小时，然后洗涤、干燥。先将重量比76％的ABS和重量比2％的相容剂(苯乙烯-马来酸酐共聚物218)、重量比0.2％的抗氧化剂(抗氧剂168)、重量比0.8％的偶联剂(钛酸酯偶联剂NDZ-130)室温下混合均匀，再和重量比16％的导电炭黑在170-180℃熔融混炼10-15分钟，将重量百分比为5％的上述沥青基碳纤维加入继续混炼20-25分钟后，取出复合材料经平板硫化在150-160℃，16-20MPa下压制15-20分钟；热压成型得ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维复合材料。复合材料：电导率430.64S/cm，拉伸强度：46.4MPa。
Claims (5)
1.ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料的制备方法，其特征在于ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料的制备方法是按下述方法制备的：
步骤一、按重量百分比分别称取73％～85％ABS树脂、10％～16％导电炭黑、2％～6％沥青基碳纤维、2％～6％相容剂、0.1％～1％抗氧化剂和0.5％～2％偶联剂；
步骤二、将步骤一称取的导电炭黑烘干；
步骤三、将步骤一称取的沥青基碳纤维放入N,N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液中浸泡3小时，然后超声处理半小时，再洗涤后干燥，所述N,N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷的混合液是由N,N-二甲基甲酰胺和三氯甲烷按1：3的体积比组成的；
步骤四、将步骤一称取的ABS树脂、相容剂、抗氧化剂和偶联剂在室温下混合均匀，然后加入经步骤二处理的导电炭黑在170～180℃熔融混炼10～15分钟，再加入经步骤三处理的沥青基碳纤维继续熔融混炼20～25分钟，然后置于平板硫化机内在150～160℃和16～20MPa条件下压制15～20分钟；即得到ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料。
2.根据权利要求1所述ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述相容剂为苯乙烯-马来酸酐共聚物218。
3.根据权利要求2所述ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述抗氧剂为抗氧剂168。
4.根据权利要求1、2或3所述ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述偶联剂为钛酸酯偶联剂NDZ-130。
5.根据权利要求4所述ABS树脂/导电炭黑/沥青基碳纤维导电复合材料的制备方法，其特征在于步骤一所述沥青基碳纤维的直径为20～25μm、长度为3～12mm。
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