CN108117684B - 一种聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体公开了一种聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料及其制备方法。所述的一种聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其包含如下重量份的原料成分：高密度聚乙烯70～100份；聚丙烯40～60份；改性碳纳米管材料0.5～2份；润滑剂2～5份；相容剂2～5份；抗氧剂1～2份。所述的高导电聚烯烃复合材料导电性能好，体积电阻率低，在使用过程中能有效消除积聚静电带来的安全隐患。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料制备技术领域，具体涉及一种聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料及其制备方法。
背景技术
聚烯烃材料是指以由一种或几种烯烃聚合或共聚制得的聚合物为基材的材料。聚烯烃塑料是通用塑料的一种，它主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和POE、EVA、MMA等高级烯烃聚合物。由于聚烯烃材料原料丰富，价格低廉，容易加工成型等优点，因此聚烯烃材料是应用十分广泛的高分子材料，其中以聚乙烯、聚丙烯最为重要。
导电复合材料目前主要是指复合型导电高分子材料，是将聚合物与各种导电物质通过一定的复合方式构成。如果导电复合材料导电性能差，那么在加工和应用中会面临一些急待解决的问题，最突出的是静电现象，容易引发事故。在本领域，为了提高复合材料的导电性能，一般采取增加导电物质的用量来解决。但增加导电材料的用量一方面会导致复合材料的力学性能降低，另一方面也会增加成本。因此，开发一种导电物质用量少，且具有优异导电性能的导电复合材料具有重要的意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料。所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料具有非常优异的导电效果。
本发明所要解决的上述技术问题，通过以下技术方案予以实现：
一种聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其包含如下重量份的原料成分：
优选地，所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，包含如下重量份的原料成分：
最优选地，所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，包含如下重量份的原料成分：
优选地，所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与石墨烯按重量比6～10:3～5混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至400～600℃煅烧3～5h，得碳纳米管与石墨烯煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与石墨烯煅烧混合物加水超声分散20～40min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为2～4:0.5～2:100；
S14.将0.8～1.5mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1～2h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
优选地，步骤S11中所述的碳纳米管与石墨烯按重量比7～9:3～4。
优选地，步骤S13中所述的六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为3～4:1～2:100。
优选地，步骤S14中所述的硼氢化钠溶液的浓度为1～1.2mg/mL。
优选地，所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
上述聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
将高密度聚乙烯、聚丙烯、改性碳纳米管材料、润滑剂、相容剂以及抗氧剂混合、搅拌均匀后进行混炼即得所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料。
优选地，所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述的混炼温度为160～200℃。
有益效果：(1)本发明提供了一种全新的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，所述的高导电聚烯烃复合材料导电性能好，体积电阻率低，在使用过程中能有效消除积聚静电带来的安全隐患；(2)本发明所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料中的改性碳纳米管材料是发明人经大量实验摸索出来的具有非常优异导电性能的导电材料，在使用其制备聚烯烃复合材料中仅需添加非常少的量即可大幅降低聚烯烃复合材料的体积电阻率；(3)实施例实验表明，本发明所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料在保持复合材料具有一定拉伸强度及断裂伸长率同时，可以实现体积电阻率达102Ω·cm，远远优于现有技术制备得到的聚烯烃复合材料，在导电性能方面实现了重大的技术突破。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备
将高密度聚乙烯80份、聚丙烯50份、改性碳纳米管材料1份、润滑剂3份、相容剂3份以及抗氧剂1份混合、搅拌均匀后在180℃下进行混炼即得所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料；
所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与石墨烯按重量比7:3混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至500℃煅烧4h，得碳纳米管与石墨烯煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与石墨烯煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为3:1:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1.5h；
S15.分离沉淀、用蒸馏水洗涤沉淀即得改性碳纳米管材料。
将所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料模压成直径10cm、厚度1.5mm的圆形样品，按GB/T 1410-2006标准测得体积电阻率为1.1×102Ω·cm；ASTM D-638条件下的拉伸强为44Mpa、断裂伸长率为732％。
实施例2聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备
将高密度聚乙烯80份、聚丙烯50份、改性碳纳米管材料1份、润滑剂3份、相容剂3份以及抗氧剂1份混合、搅拌均匀后在180℃下进行混炼即得所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料；
所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与石墨烯按重量比9:4混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至400℃煅烧5h，得碳纳米管与石墨烯煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与石墨烯煅烧混合物加水超声分散20min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为4:1:100；
S14.将1.2mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置2h；
S15.分离沉淀、用蒸馏水洗涤沉淀即得改性碳纳米管材料。
将所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料模压成直径10cm、厚度1.5mm的圆形样品，按GB/T 1410-2006标准测得体积电阻率为3.5×102Ω·cm；ASTM D-638条件下的拉伸强为38Mpa、断裂伸长率为685％。
实施例3聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备
将高密度聚乙烯80份、聚丙烯50份、改性碳纳米管材料1份、润滑剂3份、相容剂3份以及抗氧剂1份混合、搅拌均匀后在180℃下进行混炼即得所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料；
所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与石墨烯按重量比9:3混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至600℃煅烧3h，得碳纳米管与石墨烯煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与石墨烯煅烧混合物加水超声分散40min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为2:1:100；
S14.将0.8mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置2h；
S15.分离沉淀、用蒸馏水洗涤沉淀即得改性碳纳米管材料。
将所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料模压成直径10cm、厚度1.5mm的圆形样品，按GB/T 1410-2006标准测得体积电阻率为3.1×102Ω·cm；ASTM D-638条件下的拉伸强为41Mpa、断裂伸长率为712％。
实施例4聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备
将高密度聚乙烯70份、聚丙烯60份、改性碳纳米管材料2份、润滑剂2份、相容剂2份以及抗氧剂2份混合、搅拌均匀后在180℃下进行混炼即得所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料；
所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与石墨烯按重量比7:3混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至500℃煅烧4h，得碳纳米管与石墨烯煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与石墨烯煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为3:1:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1.5h；
S15.分离沉淀、用蒸馏水洗涤沉淀即得改性碳纳米管材料。
将所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料模压成直径10cm、厚度1.5mm的圆形样品，按GB/T 1410-2006标准测得体积电阻率为1.8×102Ω·cm；ASTM D-638条件下的拉伸强为32Mpa、断裂伸长率为572％。
实施例5聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备
将高密度聚乙烯100份、聚丙烯40份、改性碳纳米管材料0.5份、润滑剂5份、相容剂5份以及抗氧剂1份混合、搅拌均匀后在180℃下进行混炼即得所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料；
所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1010；
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与石墨烯按重量比7:3混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至500℃煅烧4h，得碳纳米管与石墨烯煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与石墨烯煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为3:1:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1.5h；
S15.分离沉淀、用蒸馏水洗涤沉淀即得改性碳纳米管材料。
将所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料模压成直径10cm、厚度1.5mm的圆形样品，按GB/T 1410-2006标准测得体积电阻率为2.9×102Ω·cm；ASTM D-638条件下的拉伸强为30Mpa、断裂伸长率为552％。
由实施例1～5的实验数据可以看出，实施例1～5制备得到的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的表面电阻率低至102Ω·cm，导电性能十分优异，同时保持一定的拉伸强度及断裂伸长率。此外，所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料中取改性碳纳米管材料的用量非常少，大大节约了生产成本。
对比例1聚烯烃复合材料的制备
制备方法同实施例1，不同的地方在于，本对比例采用碳纳米管材料替代实施例1采用的改性碳纳米管材料。
将所述的电聚烯烃复合材料模压成直径10cm、厚度1.5mm的圆形样品，按GB/T1410-2006标准测得体积电阻率为5.1×106Ω·cm；ASTM D-638条件下的拉伸强为39Mpa、断裂伸长率为634％。
从对比例1数据可以看出采用未改性的碳纳米管材料替代实施例1采用的改性碳纳米管材料制备得到的聚烯烃复合材料的表面电阻率为5.1×108Ω·cm远远大于实施例1的1.1×102Ω·cm，这说明，采用本发明所述的改性的碳纳米管材料能大大提高聚烯烃复合材料的导电性能。
对比例2聚烯烃复合材料的制备
制备方法同实施例1，不同的地方在于，改性的碳纳米管材料的改性方法不同。
本对比例所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至500℃煅烧4h，得碳纳米管煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管煅烧混合物的重量比为4:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1.5h；
S15.分离沉淀、用蒸馏水洗涤沉淀即得改性碳纳米管材料。
将所述的电聚烯烃复合材料模压成直径10cm、厚度1.5mm的圆形样品，按GB/T1410-2006标准测得体积电阻率为4.3×105Ω·cm。
本对比例所述的改性碳纳米管材料的制备方法与实施例1的区别在于，在改性过程中仅仅使用碳纳米管作原料，而实施例1中是采用碳纳米管与石墨烯作原料。结果利用该改性碳纳米管材料制备得到的聚烯烃复合材料表面电阻率为4.3×105Ω·cm也远远大于实施例1的1.1×102Ω·cm。这说明，在改性碳纳米管材料制作过程中将碳纳米管与石墨烯按一定比例相混合能大幅提高改性纳米管的导电性能。
对比例3聚烯烃复合材料的制备
制备方法同实施例1，不同的地方在于，改性碳材料的改性方法不同。
本对比例所述的改性碳材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将石墨烯混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至500℃煅烧4h，得石墨烯煅烧混合物；
S12.将得到的石墨烯煅烧混合物加水超声分散30min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及石墨烯煅烧混合物的重量比为4:100；
S14.将1mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1.5h；
S15.分离沉淀、用蒸馏水洗涤沉淀即得改性碳材料。
将所述的电聚烯烃复合材料模压成直径10cm、厚度1.5mm的圆形样品，按GB/T1410-2006标准测得体积电阻率为3.7×106Ω·cm。
本对比例所述的改性碳材料的制备方法与实施例1的区别在于，在改性过程中仅仅使用石墨烯作原料，而实施例1中是采用碳纳米管与石墨烯作原料。结果利用该改性碳材料制备得到的导电聚烯烃复合材料表面电阻率为3.7×106Ω·cm也远远大于实施例1的1.1×102Ω·cm。这说明，在改性碳纳米管材料制作过程中将碳纳米管与石墨烯按一定比例相混合能大幅提高改性纳米管的导电性能。
Claims (9)
1.一种聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其特征在于，包含如下重量份的原料成分：
高密度聚乙烯 70～100份；
聚丙烯 40～60份；
改性碳纳米管材料 0.5～2份；
润滑剂 2～5份；
相容剂 2～5份；
抗氧剂 1～2份；
所述的改性碳纳米管材料通过包含如下步骤的方法制备得到：
S11.将碳纳米管与石墨烯按重量比6～10:3～5混合后置于煅烧炉中，在氧气氛围下，加热至400～600℃煅烧3～5h，得碳纳米管与石墨烯煅烧混合物；
S12.将得到的碳纳米管与石墨烯煅烧混合物加水超声分散20～40min，得分散液；
S13.取六水合氯化钴与六水合二氯化镍加入到分散液中；其中六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为2～4:0.5～2:100；
S14.将0.8～1.5mg/mL的硼氢化钠溶液滴加至步骤S13所述的分散液中，静置1～2h；
S15.分离、洗涤得改性碳纳米管材料。
2.根据权利要求1所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其特征在于，包含如下重量份的原料成分：
高密度聚乙烯 80～100份；
聚丙烯 50～60份；
改性碳纳米管材料 1～2份；
润滑剂 3～5份；
相容剂 3～5份；
抗氧剂 1～2份。
3.根据权利要求2所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其特征在于，包含如下重量份的原料成分：
高密度聚乙烯 80份；
聚丙烯 50份；
改性碳纳米管材料 1份；
润滑剂 3份；
相容剂 3份；
抗氧剂 1份。
4.根据权利要求1所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其特征在于，步骤S11中所述的碳纳米管与石墨烯按重量比7～9:3～4。
5.根据权利要求1所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其特征在于，步骤S13中所述的六水合氯化钴、六水合二氯化镍以及碳纳米管与石墨烯煅烧混合物的重量比为3～4:1～2:100。
6.根据权利要求1所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其特征在于，步骤S14中所述的硼氢化钠溶液的浓度为1～1.2mg/mL。
7.根据权利要求1所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、所述的相容剂为马来酸酐接枝相容剂，所述抗氧剂为抗氧剂1010。
8.权利要求1～7任一项所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：将高密度聚乙烯、聚丙烯、改性碳纳米管材料、润滑剂、相容剂以及抗氧剂混合、搅拌均匀后进行混炼即得所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料。
9.权利要求8所述的聚烯烃/碳纳米管高导电复合材料的制备方法，其特征在于，所述的混炼温度为160～200℃。
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