CN108192218A - 一种三维互穿网络结构导电合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种三维互穿网络结构导电合金材料，由导电塑料母粒、聚烯烃、相容剂、光稳定剂、抗氧化剂、润滑剂、其他助剂组成；所述导电塑料母粒是由工程塑料添加导电填料改性处理制得；所述工程塑料的熔点比聚烯烃的熔点高30℃以上，并且工程塑料的加工成型温度要小于聚烯烃的分解温度。本发明制得的三维互穿网络结构导电合金材料，具有良好的导电性能，同时能极大减少导电助剂的用量，降低生产成本和改善加工工艺。此种新型导电合金材料的可广泛应用于抗静电、电磁屏蔽、吸波等领域上，能满足当下电子工业和信息化时代对此种功能材料的需求。

Description

一种三维互穿网络结构导电合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子技术领域，具体涉及一种三维互穿网络结构导电合金材料及其制备方法。
背景技术
随着科学技术的逐步趋于现代化，快速发展的电子工业和信息技术行业对高分子材料的性能要求也越来越高，特别是导电材料、抗静电材料、电磁屏蔽材料、吸波材料等于各领域的需求量也越来越大。
导电高分子材料一般分为结构型和复合型两类。结构型导电高分子材料因诸多因素限制，应用较少。复合型导电材料是以高分子材料为基体，加入一定量的导电填料后，经复合而成的材料，其兼具高分子材料的加工性和导电填料的导电性；同时具有加工性好、工艺简单、电阻率可调节范围大等优点，使得其得以广泛应用。
现有技术中的复合型导电高分子材料常将导电填料与高分子材料熔融共混得到导电性材料，依靠导电填料构成的网络实现导电功能。此种方法加工简单，但为获得较好的导电性能常需要加入大量的的导电填料，一定程度上影响材料的力学性能和加工性能，成本也较高。
因此开发一种既可满足复合型导电材料导电性能要求，又能减少导电填料添加量(常规制备工艺需要导电填料15-25份)，降低材料生产成本，同时提高材料性价比的三维互穿网络结构导电合金材料，在工业上具有重要的价值和意义。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明公开了一种三维互穿网络结构导电合金材料及其制备方法。
一种三维互穿网络结构导电合金材料，由以下组分按重量份组成：
所述导电塑料母粒是由20-40份工程塑料添加5-10份导电填料改性处理制得；
所述工程塑料的熔点比聚烯烃的熔点高30℃以上，并且工程塑料的加工成型温度要小于聚烯烃的分解温度。
进一步的，所述工程塑料为聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺中的至少一种。
进一步的，所述聚烯烃为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一种。
进一步的，所述相容剂为环状酸酐接枝型相容剂与羧酸接枝型相容剂中的至少一种。
进一步的，所述光稳定剂为水杨酸酯类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂中的至少一种。
进一步的，所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂及含硫化合物类抗氧剂中的至少一种。
进一步的，所述润滑剂为脂肪酸酰胺类润滑剂、脂肪酸类润滑剂、脂类润滑剂、有机硅油类润滑剂中的至少一种。
进一步的，所述其它助剂为抗静电剂、抗菌剂及着色剂中的至少一种。
进一步的，所述导电填料为炭黑、金属纤维、金属粉末、碳纳米管、高分子导电材料中的至少一种。
三维互穿网络结构导电合金材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)导电塑料母粒的制备将工程塑料加热至熔融状态后，添加导电填料，进行混合、熔融制粒，制得导电塑料母粒；
(2)将制得的导电塑料母粒、聚烯烃、相容剂与润滑剂加入高混机中氮气保护下加热至65-75℃，混合5-10min后加入光稳定剂、抗氧化剂与其它助剂，氮气保护下加热至65-75℃，混合5-10min后加入挤出机中，经挤出、造粒，制得三维互穿网络结构导电合金材料；其中挤出机的机筒温度为导电塑料母粒与聚烯烃常规加工温度的间值，并且小于聚烯烃的分解温度；螺杆转速为450-500rpm，真空度为-0.04－-0.1MPa。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明分两步处理，第一步是导电塑料母粒的制备，第二步是导电塑料母粒与聚烯烃的熔融共混，两种材料应具有一定的相容性，以保证制得合金材料满足后续使用对材料物理性能的需求。采用分步处理，使制得的材料物性可控性更高。
2、本发明中选用的基料工程塑料的熔点要高于聚烯烃的熔点30℃以上；工程塑料的加工定型温度要小于聚烯烃的分解温度；本发明选择的加工温度在导电塑料母粒与聚烯烃常规加工温度之间。此温度下，聚烯烃完全熔融，导电塑料母粒只有一定程度的软化，但未进入完全熔融状态。在挤出机螺筒中的拉伸-剪切场下，导电塑料母粒不会被完全孤立分散，而是会形成具有带状或是纤维状的线条结构，这些线条相互搭接相互贯穿，构成了导电合金材料的三维网状导电通路结构。
3、本发明使用挤出机的螺杆组合结构，其形成的剪切-拉伸场使导电塑料母粒在聚烯烃内即具有很好的分散效果，也不会形成无法形成导电通路孤立的“海岛”结构。在螺杆的设计中，剪切块和拉伸块的选择对布局有着重要作用。本发明制备的改性材料可大大降低改性材料中导电助剂的添加量，而且导电性能稳定，满足各大应用企业对材料低成本的发展需求。
本发明制备的复合型导电合金高分子材料采用的导电塑料母粒与聚烯烃熔点差值大于30℃，与现有复合型导电高分子材料相比，具有导电助剂用量小，制备成本低，性价比高的优点，且工艺较简单，适于批量化生产。
附图说明
图1为本发明三维互穿网络结构导电合金材料的SEM图。
具体实施方式
为更好理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步描述，以下实施例仅是对本发明进行说明而非对其加以限定。
实施例1
一种三维互穿网络结构导电合金材料，由以下组分按重量份组成：
具体制备方法，步骤如下：
(1)PA导电母粒的制备将20份PA树脂加热至熔融状态后，添加5份导电填料碳纳米管，进行混合、熔融制粒，制得PA导电母粒；
(2)将制得的25份PA导电母粒与70份共聚聚丙烯、3份环状酸酐类相容剂和0.5份脂肪酸酰胺类润滑剂加入高混机中，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，加入0.2份苯并三唑类与受阻胺类复配光稳定剂、0.2份受阻酚与亚磷酸酯类复配抗氧化剂与0.8份炭黑色母，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，混合物经剪切-拉伸场挤出螺杆结构组合的挤出机中，经挤出、造粒制得具备三维互穿网络结构导电合金材料；其中挤出机的机筒温度为240-250℃，螺杆转速为450-500rpm，真空度为-0.04－-0.1MPa。
测得导电合金材料表面电阻率为8.0×10-1Ω.cm(GB/T1410-2006)。
实施例2
一种三维互穿网络结构导电合金材料，由以下组分按重量份组成：
具体制备方法，步骤如下：
(1)PC导电母粒的制备将20份PC树脂加热至熔融状态后，添加5份导电填料金属纤维，进行混合、熔融制粒，制得PC导电母粒；
(2)将制得的25份PC导电母粒与70份高密度聚乙烯、3.5份环状酸酐类相容剂和0.3份脂肪酸酰胺类润滑剂加入高混机中，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，加入0.5份苯并三唑类与受阻胺类复配光稳定剂、0.5份受阻酚与亚磷酸酯类复配抗氧化剂与0.2份炭黑色母、0.8份抗静电剂，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，混合物经剪切-拉伸场挤出螺杆结构组合的挤出机，经挤出、造粒制得具备三维互穿网络结构导电合金材料；其中挤出机的机筒温度为230-250℃，螺杆转速为450-500rpm，真空度为-0.04－-0.1MPa。
测得导电合金材料表面电阻率为8.2×10-1Ω.cm(GB/T1410-2006)。
实施例3
一种三维互穿网络结构导电合金材料，由以下组分按重量份组成：
具体制备方法，步骤如下：
(1)ABS导电母粒的制备将20份ABS树脂加热至熔融状态后，添加5份导电填料炭黑，进行混合、熔融制粒，制得ABS导电母粒；
(2)将制得的25份ABS导电母粒与70份低密度聚乙烯树脂、3.1份羧酸接枝型相容剂和1份有机硅油类润滑剂加入高混机中，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，加入0.5份水杨酸酯类与二苯甲酮类复配光稳定剂、0.3份受阻酚与亚磷酸酯类复配抗氧化剂，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，混合物经剪切-拉伸场挤出螺杆结构组合的挤出机中，经挤出、造粒制得具备三维互穿网络结构导电合金材料；其中挤出机的机筒温度为190-200℃，螺杆转速为450-500RPM，真空度为-0.04－-0.1MPa。
测得导电合金材料表面电阻率为9.5×10-1Ω.cm(GB/T1410-2006)。
实施例4
一种三维互穿网络结构导电合金材料，由以下组分按重量份组成：
具体制备方法，步骤如下：
(1)PA导电母粒的制备将40份PA树脂加热至熔融状态后，添加10份高分子导电材料，进行混合、熔融制粒，制得PA导电母粒；
(2)将制得的50份PA导电母粒与43份共聚聚丙烯树脂、5份环状酸酐类相容剂和0.8份脂肪酸酰胺类润滑剂加入高混机中，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，加入0.5份苯并三唑类与受阻胺类复配光稳定剂、0.2份受阻酚与亚磷酸酯类复配抗氧化剂与2份炭黑色母，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，混合物经剪切-拉伸场挤出螺杆结构组合的挤出机中，经挤出、造粒制得具备三维互穿网络结构导电合金材料；其中挤出机的机筒温度为240-250℃，螺杆转速为450-500rpm，真空度为-0.04－-0.1MPa。
测得导电合金材料表面电阻率为5.1×10-1Ω·cm(GB/T1410-2006)。
对比例1
一种导电合金材料，由以下组分按重量份组成：
具体制备方法，步骤如下：
将制得的92份共聚聚丙烯树脂与5份碳纳米管、1份羧酸接枝型相容剂和0.8份脂肪酸酰胺类润滑剂加入高混机中，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，加入0.6份苯并三唑类与受阻胺类复配光稳定剂、0.4份受阻酚与亚磷酸酯类复配抗氧化剂与0.2份炭黑色母，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，混合物经螺杆结构组合的挤出机挤出、造粒制得导电合金材料；其中挤出机的机筒温度为200-220℃，螺杆转速为450-500RPM，真空度为-0.04－-0.1MPa。
测得导电合金材料表面电阻率为7.3×1015Ω.cm(GB/T1410-2006)。
对比例2
一种导电合金材料，由以下组分按重量份组成：
具体制备方法，步骤如下：
将制得的75份聚丙烯树脂与20份高分子导电材料、3份环状酸酐类相容剂和0.8份脂肪酸酰胺类润滑剂加入高混机中，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，加入0.6份苯并三唑类与受阻胺类复配光稳定剂、0.4份受阻酚与亚磷酸酯类复配抗氧化剂与0.2份炭黑色母，氮气保护下加热至65-75℃混合5-10min，混合物经螺杆结构组合的挤出机挤出、造粒制得导电合金材料；其中挤出机的机筒温度为200-220℃，螺杆转速为450-500RPM，真空度为-0.04－-0.1MPa。
测得导电合金材料表面电阻率为10.3×10-1Ω.cm(GB/T1410-2006)。
对比实施例1-4与对比例1-2中，实施例1-3的5份导电填料的加入量其表面电阻率为8.0×10-1Ω.cm-9.5×10-1Ω.cm，实施例4中加入10份的导电填料时表面电阻率为5.1×10-1Ω.cm；对比文件1加入5份导电填料其表面电阻率为7.3×1015Ω.cm；有此悬殊的差别证明本发明的制备方法较于对比例1的制备方法有较高的优势。对比例2中虽加入20份的导电填料，但其表面电阻率仍然高于实施例制得的合金材料，由此可见本发明制得的导电合金材料具有导电性能好、导电助剂使用量少的优点。由图1所示，本发明制得的三维互穿网络结构导电合金材料，形成具有带状或是纤维状的线条结构，这些线条相互搭接相互贯穿，构成了导电合金材料的三维网状导电通路结构。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：由以下组分按重量份组成：
导电塑料母粒 25-50份；
聚烯烃 43-70份；
相容剂 3-5份；
光稳定剂 0.2-0.5份；
抗氧化剂 0.2-0.5份；
润滑剂 0.3-1份；
其他助剂 0-2份；
所述导电塑料母粒是由20-40份工程塑料添加5-10份导电填料改性处理制得；
所述工程塑料的熔点比聚烯烃的熔点高30℃以上，并且工程塑料的加工成型温度要小于聚烯烃的分解温度。
2.根据权利要求1所述的一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：所述工程塑料为聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚酰胺中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：所述聚烯烃为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：所述相容剂为环状酸酐接枝型相容剂与羧酸接枝型相容剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：所述光稳定剂为水杨酸酯类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂、二苯甲酮类光稳定剂、受阻胺类光稳定剂中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：所述抗氧化剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代二丙酸酯类抗氧剂及含硫化合物类抗氧剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：所述润滑剂为脂肪酸酰胺类润滑剂、脂肪酸类润滑剂、脂类润滑剂、有机硅油类润滑剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：所述其它助剂为抗静电剂、抗菌剂及着色剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的一种三维互穿网络结构导电合金材料，其特征在于：所述导电填料为炭黑、金属纤维、金属粉末、碳纳米管、高分子导电材料中的至少一种。
10.制备如权利要求1所述的三维互穿网络结构导电合金材料方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）导电塑料母粒的制备 将工程塑料加热至熔融状态后，添加导电填料，进行混合、熔融制粒，制得导电塑料母粒；
（2）将制得的导电塑料母粒、聚烯烃、相容剂与润滑剂加入高混机中氮气保护下加热至65-75℃，混合5-10 min后加入光稳定剂、抗氧化剂与其它助剂，氮气保护下加热至65-75℃，混合5-10 min后加入挤出机中，经挤出、造粒，制得三维互穿网络结构导电合金材料；其中挤出机的机筒温度为导电塑料母粒与聚烯烃常规加工温度的间值，并且小于聚烯烃的分解温度；螺杆转速为450-500 rpm，真空度为-0.04－-0.1 MPa。
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