CN105778275A - 一种高能聚合物基导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高能聚合物基导电复合材料及其制备方法，包含的组分重量份数为：聚丙烯45‑50份，石墨烯0.5‑1份，碳纳米管1‑2份，碳纤维10‑15份，导电炭黑8‑12份，玻璃纤维15‑22份和硬脂酸钡5‑12份。通过调整配方各组分的比例使得本发明的导电聚丙烯复合材料不仅具有良好的电导率，而且各项力学性能优良，硬脂酸钡的使用使得产品的各力学性能得以提升。添加特定配比的石墨烯和碳纳米管，在不增加导电炭黑用量的条件下提高了材料的电导率，同时能降低碳纳米管的团聚倾向，增加产品的稳定性，在配方中加入硬脂酸钡的作用是增加各组分之间的渗透协同作用，增强了材料的力学性能，该配方生产操作方便，市场前景广阔。

Description

一种高能聚合物基导电复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及材料领域，具体涉及一种高能聚合物基导电复合材料。
背景技术：
在电子工业和信息技术不断发展的今天，对具有导电功能的聚合物材料需求越来越迫切，由于聚合物基导电复合材料具有质量轻、无锈蚀、易加工成各种复杂形状、尺寸稳定性好、电导率在较大范围内可调易于大批量加工等特点，因此在防静电、微波吸收和电化学等领域具有广泛的用途。聚合物基导电复合材料是指以通用高分子为基体，加入各种导电物质，经过物理、化学方法复合而得到的具有一定导电性又具有良好力学性能的复合材料，是当前用途最广用量最大的一种导电材料，然而，生产中仍遇到很多问题无法完美解决，如，要提高导电材料的导电率，必须增加导电物质的添加量，在实际生产中，导电填料的添加量控制在10％-20％，若添加量过大，会导致使材料的力学性能明显下降，因此，如何在不增加导电材料用量的前提下，既要提高导电材料的导电率又要保证导电材料的力学性能成为导电复合材料研究的重要内容。
申请人研究证明向配方中加入少量碳纳米管可以增强材料的力学性能，得到力学性能良好的导电复合材料，但碳纳米管在体系中有团聚倾向从而导致电导率大大下降，研究发现体系中再加入一定量的石墨烯可以控制碳纳米管的团聚倾向，能够提高导电材料的导电率，如何寻找适合大生产的最佳比例既能克服碳纳米管的团聚倾向又能提高产品的力学性能是本发明的重点解决问题。
发明内容：
本发明的目的是提供一种高能聚合物基导电复合材料及其制备方法，通过调整配方各组分的比例使得本发明的导电聚丙烯复合材料不仅具有良好的电导率，而且各项力学性能优良，硬脂酸钡的使用使得产品的各力学性能得以提升。
一种高能聚合物基导电复合材料，其特征是，包括以下组分，各组分的重量份数为：聚丙烯45-50份，石墨烯0.5-1份，碳纳米管1-2份，碳纤维10-15份，导电炭黑8-12份，玻璃纤维15-22份和硬脂酸钡5-12份。
进一步，所述炭纤维为长1-2.5mm的短切碳纤维；
进一步，本发明所述的高能聚合物基导电复合材料，由以下组分组成，各组的重量份数为：聚丙烯50份，石墨烯0.5份，碳纳米管1.5份，碳纤维10份，导电炭黑8份，玻璃纤维22份和硬脂酸钡8份。
本发明所述的高能聚合物基导电复合材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：按照重量份数称取各组分，即聚丙烯、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、玻璃纤维、硬脂酸钡；
步骤二：将步骤一组分加入混炼机中，在190℃和800r/min条件下密炼30min；
步骤三：将步骤二物料压入挤塑机中以190℃和15MPa挤出，挤出后冷却切条，风干切粒，即为本发明所述的高能聚合物基导电复合材料。
采用本发明所获得的高能聚合物基导电复合材料通过性能测试，并与现有同类产品性能测试结果进行对比分析，本发明与现有技术相比，具有如下优点：添加特定配比的石墨烯和碳纳米管，能够在同等电导率的条件下减少导电炭黑用量，在同等导电炭黑的条件下增加材料的电导率，同时能保证材料最终的力学性能要求，特定量的石墨烯与碳纳米管混匀能大大降低碳纳米管的团聚倾向，增加产品的稳定性，在配方中加入硬脂酸钡的作用是增加各组分之间的渗透协同作用，增强了材料的力学性能，
该配方生产操作方便，市场前景广阔。
具体实施方式：
实施例1：一种高能聚合物基导电复合材料，其组份材料的重量份数如下：聚丙烯50份，石墨烯0.8份，碳纳米管1.2份，碳纤维10份，导电炭黑8份，玻璃纤维20份，硬脂酸钡10份。
制备方法：按照实施例1中的比例称取聚丙烯、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、玻璃纤维、硬脂酸钡，将各组分加入混炼机中，在190℃和800r/min条件下密炼20min，再将物料压入挤塑机中以190℃和15MPa挤出，挤出后冷却切条，风干切粒，即获得本发明所述的高能聚合物基导电复合材料成品。
实施例2：一种高能聚合物基导电复合材料，其组份材料的重量份数如下：聚丙烯47份，石墨烯0.5份，碳纳米管1.5份，碳纤维15份，导电炭黑9份，玻璃纤维15份，硬脂酸钡12份。
制备方法：按照实施例2中的比例称取聚丙烯、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、玻璃纤维、硬脂酸钡，将各组分加入混炼机中，在190℃和800r/min条件下密炼20min，再将物料压入挤塑机中以190℃和15MPa挤出，挤出后冷却切条，风干切粒，即获得本发明所述的高能聚合物基导电复合材料成品。
实施例3：与实施例2的区别在于未加入硬脂酸钡。
导电性能和力学性试验：
将实施例1、实施例2和实施例3所获得的高能聚合物基导电复合材料进行性能测试，体积电阻率、表面电阻率按GB/T15662要求进行测试，拉伸强度按GB/T1040-2006要求进行测试，弯曲强度按GB/T10422006要求进行测试、断裂伸长率按GB/T1040-2006要求进行测试，测试结果如下：
项目 测试方法 单位 实施例1 实施例2 实施例3
体积电阻率 GB/T15662 Ω·cm 1.45 0.93 2.71
表面电阻率 GB/T15662 Ω·cm 11.89 7.44 16.88
拉伸强度 GB/T1040-2006 MPa 30.58 30.96 23.14
弯曲强度 GB/T10422006 MPa 57.26 55.20 40.78
断裂伸长率 GB/T1040-2006 ％ 10.20 10.96 15.8
由上表可见，加入的硬脂酸钡起到了一定的协同作用，提高了材料的力学性能。
阻燃性能试验：UL94中的阻燃级别
由上表可见，加入硬脂酸钡能提高材料的阻燃性能。

Claims (4)

1.一种高能聚合物基导电复合材料，其特征是：包括以下组分，各组分的重量份数为：聚丙烯45-50份，石墨烯0.5-1份，碳纳米管1-2份，碳纤维10-15份，导电炭黑8-12份，玻璃纤维15-22份和硬脂酸钡5-12份。
2.根据权利要求1所述高能聚合物基导电复合材料，其特征是：所述炭纤维为长1-2.5mm的短切碳纤维。
3.根据权利要求1所述高能聚合物基导电复合材料，其特征是：各组的重量份数为：聚丙烯50份，石墨烯0.5份，碳纳米管1.5份，碳纤维10份，导电炭黑8份，玻璃纤维22份和硬脂酸钡8份。
4.根据权利要求1所述高能聚合物基导电复合材料的制备方法包括如下步骤：
步骤一：按照重量份数称取各组分，即聚丙烯、石墨烯、碳纳米管、碳纤维、导电炭黑、玻璃纤维、硬脂酸钡；
步骤二：将步骤一组分加入混炼机中，在190℃和800r/min条件下密炼30min；
步骤三：将步骤二物料压入挤塑机中以190℃和15MPa挤出，挤出后冷却切条，风干切粒，即为本发明所述的高能聚合物基导电复合材料。
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