CN104530527A - 高强度pe导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及导电复合材料领域，具体地说是一种高强度PE导电复合材料及其制备方法。该高强度PE导电复合材料的原料重量比为：炭黑：15-18%、锰粉：0.2-0.5%、铁粉：0.5-0.8%、铜粉：2.0-3.0%、锆粉：0.1-0.2%、镍粉：1.6-1.8%、钛粉：0.05-0.2%、分散剂：0.5-1.0%，其余为PE粉，制备方法为将原料按比例混匀后置于振动罐内振动100-120min，使各成分均匀分散到PE基体中，取出振荡后的反应物，填充于平板硫化机的模具中，高温热压后脱模得到高强度PE导电复合材料。本发明的高强度PE导电复合材料具有良好的导电性能的同时，还兼具很好的抗拉强度，且制备方法反应效率高，节约能源，无工业废料，生产成本低，市场前景好。

Description

高强度PE导电复合材料及其制备方法
技术领域
    本发明涉及导电复合材料领域，具体地说是一种高强度PE导电复合材料及其制备方法。
背景技术
PE（聚氯乙烯）是五大通用树脂之一，国内外生产量极大，应用范围广阔。日常生活中的很大一部分产品都由PE制备，但是其自身存在的一些缺陷，如电绝缘性、机械强度低等，大大限制了其应用范围。将绝缘PE制备成导电性能良好且高强度的复合材料，将可以扩大PE在集成电路、化工设备、外包装材料、航天航空等领域的应用。
在PE导电复合材料制备方法方面，利用密炼机将PE基体与炭黑粉体按照一定比例密炼塑化，再放入双螺开炼机挤出造粒，用平板硫化机热压成型。根据加工方式和对原料要求的不同，加工方法可分为：熔融混合、研磨混合、溶液共混、粉末混合。
熔融混合是将导电填料粉末与熔融PE借助混炼设备混合，然后加工成型。此方法在熔融混炼的过程中需要高温和较长时间进行混炼，因此会有有毒气体如Cl2放出，不利于环保，且需要高温高耗能的操作过程，从经济角度考虑，成本较高。但该方法现在广泛应用于塑料制品业，其工艺成熟，板材机械性能好。
    研磨混合：研磨混合法是将PE与导电填料经过研磨，使其均匀混合，再进行熔融浇铸成型。研磨法工艺手段相对简单，但每次处理量非常少，研磨过程中误差也高，不适于工业生产。
    溶液共混：该法是将PE溶于适当的溶剂中，均匀分散导电填料于溶液中，蒸发以后，将PE与导热填料混合物熔融浇铸，挤出或模压成型。此方法污染高，溶剂的回收和无毒化是非常难攻克的技术难点，环保效应差。
粉末混合：粉末混合法是目前最具有前景的应用技术，并且环保效应强。该方法往往存在着填充料分散不均匀的问题，导致材料成分不均一，性能不稳定。
发明内容
本发明的目的是克服PE电绝缘性和低机械强度的问题，提供一种高强度PE导电复合材料及其制备方法。
本发明的方案是通过这样实现的：
一种高强度PE导电复合材料，其原料重量比为：炭黑：15-18%、锰粉：0.2-0.5%、铁粉：0.5-0.8%、铜粉：2.0-3.0%、锆粉：0.1-0.2%、镍粉：1.6-1.8%、钛粉：0.05-0.2%，其余为PE粉。
如上所述的高强度PE导电复合材料，其原料重量比为：炭黑： 18%、锰粉：0.5%、铁粉：0.6%、铜粉：2.8%、锆粉：0.1%、镍粉：1.8%、钛粉：0.1%、分散剂： 1.0%，其余为PE粉。
如上所述的高强度PE导电复合材料，所述分散剂为二氧化硅粉末。
一种高强度PE导电复合材料的制备方法，该方法是将炭黑：15-18%、锰粉：0.2-0.5%、铁粉：0.5-0.8%、铜粉：2.0-3.0%、锆粉：0.1-0.2%、镍粉：1.6-1.8%、钛粉：0.05-0.2%，分散剂：0.5-1.0%以及PE粉混匀，将混匀后的原料置于振动罐内振动100-120 min，使各成分均匀分散到PE基体中，取出振荡后的反应物，填充于平板硫化机的模具中，高温热压后脱模得到高强度PE导电复合材料。
如上所述的高强度PE导电复合材料的制备方法，所述振动罐内壁为聚四氟乙烯，振动罐的振动频率为45-55Hz，振幅为5-8mm，振动力为12000-15000N，振动功率为0.8-1kw。
如上所述的高强度PE导电复合材料的制备方法，所述高温热压其条件为压力6-10MP、温度160-180℃，热压10~20min。
本发明实现的技术原理是：炭黑、锰粉、铁粉、铜粉、锆粉、镍粉、钛粉在分散剂二氧化硅和振动罐振动作用下，均匀地分散在PE基体中，复合材料内部形成更为密集的导电网络，导电性能增强，同时各金属元素赋予复合材料更高的机械强度。
本发明具备以下良好效果：
    （1）本发明的高强度PE导电复合材料具有良好的导电性能，其电阻率在0.16Ω·cm以下。
（2）本发明的高强度PE导电复合材料具有良好的机械强度，其纵向拉伸强度和横向拉伸强度都在50MPa以上。
（3）本发明制备方法过程没有Cl2排放，无工业废料产生，且过程中不需添加有毒有害化学试剂，环保效应强，生产成本低，市场前景好。
具体实施方式
以下结合实施例和描述本发明一种高强度PE导电复合材料及其制备方法，这些描述并不是对本发明内容作进一步的限定。
实施例1
一种高强度PE导电复合材料，其原料重量比为：炭黑：18%、锰粉：0.5%、铁粉：0.6%、铜粉：2.8%、锆粉：0.1%、镍粉：1.8%、钛粉：0.1%、二氧化硅：1.0%，其余为PE粉；所述分散剂为二氧化硅粉末。
制备该高强度PE导电复合材料的方法，是将炭黑：18%、锰粉：0.5%、铁粉：0.6%、铜粉：2.8%、锆粉：0.1%、镍粉：1.8%、钛粉：0.1%、分散剂：1.0%以及PE粉混匀，将混匀后的原料置于内壁为聚四氟乙烯的振动罐内振动100 min，振动频率为45Hz，振幅为5mm，振动力为12000N，振动功率为0.8kw，使各成分均匀分散到PE基体中，取出振荡后的反应物，填充于平板硫化机的模具中，在压力6MP、温度160℃下热压10min，热压后脱模得到高强度PE导电复合材料。
实施例2
一种高强度PE导电复合材料，其原料重量比为：炭黑：15%、锰粉：0.2%、铁粉：0.5%、铜粉：2.0%、锆粉：0.1%、镍粉：1.6%、钛粉：0.05%、分散剂：0.5%，其余为PE粉；所述分散剂为二氧化硅粉末。
制备该高强度PE导电复合材料的方法，是将炭黑：15%、锰粉：0.2%、铁粉：0.5%、铜粉：2.0%、锆粉：0.1%、镍粉：1.6%、钛粉：0.05%、二氧化硅：0.5%以及PE粉混匀，将混匀后的原料置于内壁为聚四氟乙烯的振动罐内振动120 min，振动频率为55Hz，振幅为8mm，振动力为15000N，振动功率为1kw，使各成分均匀分散到PE基体中，取出振荡后的反应物，填充于平板硫化机的模具中，在压力10MP、温度180℃下热压20min，热压后脱模得到高强度PE导电复合材料。
实施例3
一种高强度PE导电复合材料，其原料重量比为：炭黑：18%、锰粉： 0.5%、铁粉： 0.8%、铜粉：3.0%、锆粉：0.2%、镍粉： 1.8%、钛粉：0.2%、分散剂：1.0%，其余为PE粉；所述分散剂为二氧化硅粉末。
制备该高强度PE导电复合材料的方法，是将炭黑：18%、锰粉： 0.5%、铁粉： 0.8%、铜粉：3.0%、锆粉：0.2%、镍粉： 1.8%、钛粉：0.2%、二氧化硅：1.0%以及PE粉混匀，将混匀后的原料置于内壁为聚四氟乙烯的振动罐内振动110min，振动频率为50Hz，振幅为6mm，振动力为14000N，振动功率为0.9kw，使各成分均匀分散到PE基体中，取出振荡后的反应物，填充于平板硫化机的模具中，在压力8MP、温度170℃下热压15min，热压后脱模得到高强度PE导电复合材料。
实施例4
一种高强度PE导电复合材料，其原料重量比为：炭黑：16%、锰粉：0.24%、铁粉：0.6%、铜粉：2.5%、锆粉：0.15%、镍粉：1.7%、钛粉：0.1%、分散剂：0.8%，其余为PE粉；所述分散剂为二氧化硅粉末。
制备该高强度PE导电复合材料的方法，是将炭黑：16%、锰粉：0.24%、铁粉：0.6%、铜粉：2.5%、锆粉：0.15%、镍粉：1.7%、钛粉：0.1%、二氧化硅：0.8%以及PE粉混匀，将混匀后的原料置于内壁为聚四氟乙烯的振动罐内振动120 min，振动频率为45Hz，振幅为5mm，振动力为13000N，振动功率为0.8kw，使各成分均匀分散到PE基体中，取出振荡后的反应物，填充于平板硫化机的模具中，在压力10MP、温度165℃下热压18min，热压后脱模得到高强度PE导电复合材料。
    本发明上述实施例方案仅是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求中指出了本发明产品组成成分、成分比例、制备方法参数的范围，而上述的说明并未指出本发明参数的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应当认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (6)

1.一种高强度PE导电复合材料，其特征在于，其原料重量比为：炭黑：15-18%、锰粉：0.2-0.5%、铁粉：0.5-0.8%、铜粉：2.0-3.0%、锆粉：0.1-0.2%、镍粉：1.6-1.8%、钛粉：0.05-0.2%，其余为PE粉。
2.根据权利要求1所述的高强度PE导电复合材料，其特征在于，其原料重量比为：炭黑： 18%、锰粉：0.5%、铁粉：0.6%、铜粉：2.8%、锆粉：0.1%、镍粉：1.8%、钛粉：0.1%、分散剂： 1.0%，其余为PE粉。
3.根据权利要求1或2所述的高强度PE导电复合材料，其特征在于，所述分散剂为二氧化硅粉末。
4.一种高强度PE导电复合材料的制备方法，其特征在于，该方法是将炭黑：15-18%、锰粉：0.2-0.5%、铁粉：0.5-0.8%、铜粉：2.0-3.0%、锆粉：0.1-0.2%、镍粉：1.6-1.8%、钛粉：0.05-0.2%，分散剂：0.5-1.0%以及PE粉混匀，将混匀后的原料置于振动罐内振动100-120 min，使各成分均匀分散到PE基体中，取出振荡后的反应物，填充于平板硫化机的模具中，高温热压后脱模得到高强度PE导电复合材料。
5.根据权利要求4所述的高强度PE导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述振动罐内壁为聚四氟乙烯，振动罐的振动频率为45-55Hz，振幅为5-8mm，振动力为12000-15000N，振动功率为0.8-1kw。
6.根据权利要求5所述的高强度PE导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述高温热压其条件为压力6-10MP、温度160-180℃，热压10~20min。
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