CN102604215A - 一种相分离导电高分子复合材料 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种相分离导电高分子复合材料，其组成为：连续相树脂60-95份；分散相树脂5-40份；导电填料5-15份；相容剂0.1-5份；抗氧剂0.1-2份；润滑剂0.1-5份，按照本发明方案中的成分配比，聚丙烯树脂形成连续相，SBS树脂形成分散相，同时SBS树脂在聚丙烯基体连续相树脂当中形成连续网络结构的导电通路。在制备过程中对挤出成形的产品采用辐照交联，进一步提高了材料的重复稳定性和PTC强度。本发明在降低导电填料的用量的同时，保持了材料的导电能力和PTC强度，可以作为一种优良的PTC材料使用。

Description

一种相分离导电高分子复合材料

技术领域

本发明涉及一种复合材料领域，具体涉及一种相分离导电高分子复合材料。

背景技术

导电复合材料以高分子材料为基体，加入一定数量的导电填料(如炭黑、石墨、碳纤维，金属粉，金属纤维、金属氧化物等)组合而成，兼有高分子材料的加工特性和导电填充物的可导电性，并且其电阻可以在较大范围内调节。由于较好的综合性能，导电高分子复合材料具有广泛的工业应用领域，如用作防静电材料、半导体材料、导电材料、电热材料以及电磁屏蔽材料等。这些材料在电子通信、能源、热控等多个行业得到了广泛的应用。其中，聚合物基正温度系数(PTC)的导电复合材料在电路过载保护装置、自控温发热器件和传感器等领域都有着广泛的应用。问题在于大多数导电复合材料的渗流阈值和室温电阻率比较高，且力学性能较差。

导电粒子在高分子基体中的分布状态随填料浓度变化过程是一种典型的渗流过程，当复合材料中导电填料浓度较低时，导电填料孤立地分布在高分子基体中，粒子间接触的几率较小，在基体中多以短链状存在，材料导电性能较差；当导电填料浓度接近或超过它的临界含量时，基体中的导电粒子开始相互接触形成无限连通的网络结构，复合材料的导电性急剧增加；当导电填料浓度超过这一临界值时，再添加导电填料对材料的导电性也不会有更大的贡献，因此材料的导电性随导电填料增加量变化不大。但是导电填料在高分子基体中要形成导电通路需要填充较多的填料，这就增加了材料成本。以炭黑为例，炭黑与单一聚合物共混制备导电材料，通常需要填充15％～20％质量份数的炭黑。高填充会带来一些不利影响，如增加复合体系的熔体黏度，加工性能变差；降低材料的冲击强度；炭黑粒子易脱落，造成洁净室的污染等。而且，由于电阻率对炭黑用量关系曲线在渗流阈值附近非常陡峭，炭黑含量的微小变化就能引起导电性质突变，很难精确控制适中的电阻率，重现性较差。

因此，降低导电填料填充量是改善导电高分子复合材料性能的关键。但是如何在降低导电填料的用量的同时，保持材料的导电能力和PTC强度，一直是导电复合材料研究的一个难点。

发明内容

本发明的目的在于解决高分子复合材料如何在降低导电填料用量的同时保持材料的导电能力的问题，提供一种导电填料用料少、PTC强度高、材料加工性能好的相分离导电高分子复合材料。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种相分离导电高分子复合材料，由以下重量份的物质组成：

所述连续相树脂为聚丙烯树脂；

所述分散相树脂为SBS树脂；

所述导电填料为改性炭黑，其粒径为30～100nm不等，其改性方法为：将炭黑加入浓硝酸溶液中，在90～95℃反应12～14h，过滤，水洗至中性后烘干即可。

所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃，能够提高聚丙烯树脂和SBS树脂的相容性，增加导电填料的分散性；

所述抗氧剂为抗氧剂1076、抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或几种；

所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸脂(PETS)、N，N-乙撑双硬脂酸酰胺(EBS)及改性撑双硬脂酸酰胺(TAF)中的一种或几种，润滑剂的加入有利于导电炭黑的分散，使材料的表面电阻率降低，提高导电率。

本发明的原理为：在不同的基体中，导电炭黑具有选择性分布的特点，按照本发明方案中的成分配比，聚丙烯树脂形成连续相，SBS树脂形成分散相，同时SBS树脂在聚丙烯基体连续相树脂当中形成连续网络结构的导电通路，因此聚丙烯相中的导电炭黑能够更加均匀地分散，且在单位体积中的分布密度增大，从而更易于产生导电通路，复合材料表现出优良的导电性能。

本发明一种相分离导电高分子复合材料的制备方法为：

(1)按各组分配方含量称取原料；

(2)将称取的聚丙烯树脂、SBS树脂、导电填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合均匀；

(3)将已混合均匀的原料置于双螺杆机中，从喂料口加料，经熔融挤出成形，控制挤出机螺杆转速为200-320r/min，喂料转速为15-40r/min，切粒机转速为400-800r/min。其中9段温控区的温度分别为1区80-100℃，2区110-130℃，3至5区180-250℃，6至9区190-250℃，机头温度为190-250℃；

(4)将上一步挤出成形的产品，进行辐照交联，用⁶⁰Co伽马射线进行辐射，辐射剂量为300～800kGy，得到辐射后产品。

本发明的有益效果：

本发明通过研究人员大量的实验研究，确定了导电复合材料的最佳组成和配比，通过采用不同粒径大小的炭黑，同时对炭黑进行氧化改性，增加了炭黑表面的极性基团，抑制了炭黑粒子高温时的自团聚作用，导电填料用料少即可到达炭黑的渗流阈值；通过相容剂、抗氧剂、润滑剂等助剂的加入，改善了材料的机械加工性能，另外弹性体SBS树脂也可增加复合体系的韧性；对挤出成形的产品采用辐照交联，使材料形成三维网状结构，使导电粒子被交联结构所固定，从而使材料的重复稳定性和PTC强度得到提高。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

一种相分离导电高分子复合材料，由以下重量份的物质组成：

实施例2

一种相分离导电高分子复合材料，由以下重量份的物质组成：

实施例3

一种相分离导电高分子复合材料，由以下重量份的物质组成：

实施例4

一种相分离导电高分子复合材料，由以下重量份的物质组成：

上述4实施例的具体制备方法为：

(1)对炭黑进行改性：将炭黑加入浓硝酸(以浸没炭黑为最低量)溶液中，在90～95℃反应12～14h，过滤，水洗至中性后烘干即可。

(2)一种相分离导电高分子复合材料的制备：按各组分配方含量称取原料，将各原料在高速混合机中混合均匀，再将混好原料置于双螺杆机中，从喂料口加料，经熔融挤出成形，控制挤出机螺杆转速为280r/min，喂料转速控制在30r/min，切粒机转速为600r/min。其中9段温控区的温度分别为1区85℃，2区120℃，3至5区200℃，6至9区220℃，机头温度为230℃；将挤出成形的产品，进行辐照交联，用⁶⁰Co伽马射线进行辐射，辐射剂量为400kGy，得到辐射后产品。

对以上实施例制备的材料进行相关性能测试，结果如下表所示：

从上表可以看出，导电炭黑的含量对导电复合材料的表面电阻和体积电阻有显著地影响，随着导电炭黑含量的增加而降低，但是导电复合材料的拉伸强度、断裂伸长率等机械性能相应的降低。而其它助剂的加入能够有效改善材料机械性能。同时，本发明相分离导电高分子材料具备良好的PTC强度。

Claims (2)

1.一种相分离导电高分子复合材料，其特征在于：由以下重量份的物质组成：

所述连续相树脂为聚丙烯树脂；

所述分散相树脂为SBS树脂；

所述导电填料为改性炭黑，其粒径为30～100nm不等，其改性方法为：将炭黑加入浓硝酸溶液中，在90～95℃反应12～14h，过滤，水洗至中性即可。

2.按照权利要求1所述的相分离导电高分子复合材料，其特征在于其制备方法为：

(1)按各组分配方含量称取原料；

(2)将称取的聚丙烯树脂、SBS树脂、导电填料、相容剂、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合均匀；

(3)将已混合均匀的原料置于双螺杆机中，从喂料口加料，经熔融挤出成形，控制挤出机螺杆转速为200-320r/min，喂料机转速为15-40r/min，切粒机转速为400-800r/min。其中9段温控区的温度分别为1区80-100℃，2区110-130℃，3至5区180-250℃，6至9区190-250℃，机头温度为190-250℃；

(4)将上一步挤出成形的产品，进行辐照交联，用⁶⁰Co伽马射线进行辐射，辐射剂量为300～800kGy，得到辐射后产品。