CN108285639A - 一种新型导电塑料及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型导电塑料及其制备工艺，所述导电塑料主要包括以下组分：聚酰胺树脂22‑42份、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯三元共聚物12‑18份、导电添加剂14‑23份、导电改良助剂5‑12份、冲击改性剂3‑10份、无机填充材料2‑8份、增塑剂1.3‑6.5份、偶联剂0.3‑2.2份。本发明的导电塑料，通过将聚酰胺树脂作为基材，可使导电添加剂更好更均匀分散在其中，从而保证导电塑料具有较好的导电性能，同时，加入与导电添加剂有较好亲和力的丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯三元共聚物，可使导电添加剂分散在丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯三元共聚物中，这样不仅保证了该导电具有较好的力学性能，同时，也具有优异的导电性。

Description

一种新型导电塑料及其制备工艺
技术领域
本发明涉及导电材料技术领域，具体涉及一种新型导电塑料及其制备工艺。
背景技术
通常意义上的导电塑料是将高分子材料与导电物质相混合，用塑料的加工方式进行加工的功能型高分子材料。主要应用于电子、集成电路包装、电磁波屏蔽等领域。其在电子、电器领域中可以用于集成电路、晶片、传感器护套等精密电子元件生产过程中使用的防静电周转箱、IC及LCD托盘、IC封装、晶片载体、薄膜袋等；也可以用于煤矿、油船、油田、粉尘及可燃气体等场合中使用的电器产品外壳及结构件；也可以用于中、高压电缆中使用的半导电屏蔽料；另外，在电讯、电脑、自动化系统、工业用电子产品、消费用电子产品、汽车用电子产品等领域中的电器产品中，其可以作为EMI屏蔽外壳。
现有技术中导电塑料一般可以分为结构型导电塑料和复合型导电塑料。复合型导电塑料是指经过物理改性后具有导电性的塑料，其具有导电性能稳定及制备工艺简单的优点。但是成品导电塑料存在着抗冲击强度、拉伸强度及拉伸率不足的问题，同时导电性能不足的问题更是影响着其应用及发展。
中国专利(公开号CN1569944A)公开了一种高导电率聚合物复合材料及其制备方法，其提供的产品是由高密度聚乙烯和纳米石墨制成，它由下列重量份百分比的组分组成：高密度聚乙烯70-99％，石墨1.0-30％。其不足之处在于：采用纳米石墨做为导电填料，导电性不高，体积电阻率较大，生产采用双辊混炼加工，工艺落后，质量稳定性差、效率低。
中国专利(公开号CN101671458A)公开了一种超低电阻高分子导电粒料产品及其制备方法，所述超低电阻高分子导电粒料包含按重量百分比如下的组分：导电炭黑36.00％-48.00％、偶联剂1.20％-2.20％、POE-乙烯-辛烯共聚物树脂基体35.00％-45.00％、润滑助剂1.00％-2.50％、润滑助剂0.80％-2.50％、分散剂4.00％-10.00％、抗氧化助剂0.10％-0.12％和粉体二氧化硅8.00％-12.00％，其中所述的偶联剂选自铝酸酯或钛酸酯。此发明通过添加高性能导电炭黑及助剂，并用特殊改性制造工艺提供一种超低电阻的高分子导电产品，其不足之处在于：加工工艺复杂，生产效率低，产品的抗冲击强度、拉伸强度及拉伸率不足。
中国专利(公开号CN1083767A)公开了一种制备可用作加热膜的导电塑料的方法，其需要的导电填料(碳黑)含量重量分数最高达60％，碳黑如此高的填充会增加体系的熔体粘度，降低材料的冲击强度，难以满足生产要求。
基于此，有必要提出一种新型导电塑料及其制备工艺，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
鉴于上述对现有技术的分析，本发明提供一种新型导电塑料及其制备工艺，具有优异的导电性和力学性能，且制备工艺简单，具有广阔的应用前景。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现的：
一种新型导电塑料，以重量份数计，所述导电塑料主要包括以下组分：
作为优选，所述聚酰胺树脂为质量比为2-6:1的尼龙6和尼龙66组成的混合物。
作为优选，所述导电添加剂选自PAN基碳纤维、碳豪微管、蒸汽生长石墨及碳黑中的一种或几种。
作为优选，所述导电改良助剂选自聚胺黑、线型酚醛树脂或卤化锂中的一种。
作为优选，所述冲击改性剂选自苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或几种。
作为优选，所述无机填充材料选自玻璃纤维、绢云母、氮化硼、硼酸铝、硅灰石、高岭土中的一种或几种。
作为优选，所述增塑剂选自石蜡油、甘油三醋酸酯、己二酸二辛酯、芳烃油中的一种。
作为优选，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸钾偶联剂或铝酸酯偶联剂。
本发明还提供了一种新型导电塑料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：按规定重量称取各原料；
步骤2：将聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、导电添加剂、冲击改性剂、偶联剂在4分钟内陆续加入反应釜，先干混10-20分钟；
步骤3:将干混混合物加入到具有10个筒形燃烧室的30mm双螺杆挤出机的加料口中，并设定每个区的温度分别为275℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃和295℃。模头温度也设定为295℃，挤出机螺杆速度设定为400-500rpm，并通过侧进料器加入导电改良助剂和增塑剂；
步骤4：将上述共混物共挤出成线、冷却，然后切割造粒，即得所述的导电塑料。
本发明与现有技术相比，具有如下的有益效果：
(1)本发明的导电塑料，通过将聚酰胺树脂作为基材，并利用其具有较好的成型性、耐热性及机械特性，可使导电添加剂更好更均匀分散在其中，从而保证导电塑料具有较好的导电性能，同时，加入与导电添加剂有较好亲和力的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，可使导电添加剂分散在丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物中，这样就形成表面由树脂和聚合物组成、内部填充有导电材料的新型的导电塑料，这样不仅保证了该导电具有较好的力学性能，同时，也具有优异的导电性，另外，导电改良助剂加入，可进一步地增强该导电塑料的导电性能，而无机填充材料的加入，可提高该导电塑料的力学新性能，提高导电塑料的抗冲击强度、拉伸强度、耐高温等性能。
(2)本发明的导电塑料生产成本低廉，通过对生产原料和工艺的改进优化，使制得的导电塑料成品的理化性能更加优越，减小了高温对导电塑料内部高分子链和链段的影响，使其弹性模量大、变形量小、外力去除后立即恢复原状；同时，具有较高抗冲击强度、拉伸强度和耐高温性能，以及电阻率小的特点，经检测，本发明的导电塑料的热变形温高达180℃，其电阻率降低至现有技术的1/5-1/3，且其不易发生老化现象，大大延长了产品的使用寿命长，可广泛应用于电讯、电脑、自动化系统、工业用电子产品、消费用电子产品、汽车用电子产品等技术领域，具有广阔的市场前景；
(3)本发明通过添加冲击改性剂，可进一步提高该导电塑料的抗冲击能力；
(4)本发明偶联剂的加入，可以增加导电材料与聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物的结合力，从而保证导电性能的同时，也保证了导电塑料力学性能；
(5)本发明的添加的增塑剂，可使导电塑料的塑化能力得到进一步的提高；
(6)本发明的导电塑料的制备工艺简单，容易实现工业化生产。
具体实施方式
以下通过实施例形式，对本发明的上述内容再作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下实施例，凡基于本发明上述内容所属实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
一种新型导电塑料，以重量份数计，所述导电塑料主要包括以下组分：
其中，所述聚酰胺树脂为质量比为4:1的尼龙6和尼龙66组成的混合物。
其中，所述导电添加剂选自PAN基碳纤维、碳豪微管、蒸汽生长石墨及碳黑中的一种或几种。
其中，所述导电改良助剂选自聚胺黑、线型酚醛树脂或卤化锂中的一种。
其中，所述冲击改性剂选自苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或几种。
其中，所述无机填充材料选自玻璃纤维、绢云母、氮化硼、硼酸铝、硅灰石、高岭土中的一种或几种。
其中，所述增塑剂选自石蜡油、甘油三醋酸酯、己二酸二辛酯、芳烃油中的一种。
其中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸钾偶联剂或铝酸酯偶联剂。
本发明还提供了一种新型导电塑料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：按规定重量称取各原料；
步骤2：将聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、导电添加剂、冲击改性剂、偶联剂在4分钟内陆续加入反应釜，先干混15分钟；
步骤3:将干混混合物加入到具有10个筒形燃烧室的30mm双螺杆挤出机的加料口中，并设定每个区的温度分别为275℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃和295℃。模头温度也设定为295℃，挤出机螺杆速度设定为450rpm，并通过侧进料器加入导电改良助剂和增塑剂；
实施例2
一种新型导电塑料，以重量份数计，所述导电塑料主要包括以下组分：
其中，所述聚酰胺树脂为质量比为2:1的尼龙6和尼龙66组成的混合物。
其中，所述导电添加剂选自PAN基碳纤维、碳豪微管、蒸汽生长石墨及碳黑中的一种或几种。
其中，所述导电改良助剂选自聚胺黑、线型酚醛树脂或卤化锂中的一种。
其中，所述冲击改性剂选自苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或几种。
其中，所述无机填充材料选自玻璃纤维、绢云母、氮化硼、硼酸铝、硅灰石、高岭土中的一种或几种。
其中，所述增塑剂选自石蜡油、甘油三醋酸酯、己二酸二辛酯、芳烃油中的一种。
其中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸钾偶联剂或铝酸酯偶联剂。
本发明还提供了一种新型导电塑料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：按规定重量称取各原料；
步骤2：将聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、导电添加剂、冲击改性剂、偶联剂在4分钟内陆续加入反应釜，先干混10分钟；
步骤3:将干混混合物加入到具有10个筒形燃烧室的30mm双螺杆挤出机的加料口中，并设定每个区的温度分别为275℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃和295℃。模头温度也设定为295℃，挤出机螺杆速度设定为400rpm，并通过侧进料器加入导电改良助剂和增塑剂；
实施例3
一种新型导电塑料，以重量份数计，所述导电塑料主要包括以下组分：
其中，所述聚酰胺树脂为质量比为6:1的尼龙6和尼龙66组成的混合物。
其中，所述导电添加剂选自PAN基碳纤维、碳豪微管、蒸汽生长石墨及碳黑中的一种或几种。
其中，所述导电改良助剂选自聚胺黑、线型酚醛树脂或卤化锂中的一种。
其中，所述冲击改性剂选自苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或几种。
其中，所述无机填充材料选自玻璃纤维、绢云母、氮化硼、硼酸铝、硅灰石、高岭土中的一种或几种。
其中，所述增塑剂选自石蜡油、甘油三醋酸酯、己二酸二辛酯、芳烃油中的一种。
其中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸钾偶联剂或铝酸酯偶联剂。
本发明还提供了一种新型导电塑料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：按规定重量称取各原料；
步骤2：将聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、导电添加剂、冲击改性剂、偶联剂在4分钟内陆续加入反应釜，先干混20分钟；
步骤3:将干混混合物加入到具有10个筒形燃烧室的30mm双螺杆挤出机的加料口中，并设定每个区的温度分别为275℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃和295℃。模头温度也设定为295℃，挤出机螺杆速度设定为500rpm，并通过侧进料器加入导电改良助剂和增塑剂；
实施例4
一种新型导电塑料，以重量份数计，所述导电塑料主要包括以下组分：
其中，所述聚酰胺树脂为质量比为3:1的尼龙6和尼龙66组成的混合物。
其中，所述导电添加剂选自PAN基碳纤维、碳豪微管、蒸汽生长石墨及碳黑中的一种或几种。
其中，所述导电改良助剂选自聚胺黑、线型酚醛树脂或卤化锂中的一种。
其中，所述冲击改性剂选自苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或几种。
其中，所述无机填充材料选自玻璃纤维、绢云母、氮化硼、硼酸铝、硅灰石、高岭土中的一种或几种。
其中，所述增塑剂选自石蜡油、甘油三醋酸酯、己二酸二辛酯、芳烃油中的一种。
作为优选，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸钾偶联剂或铝酸酯偶联剂。
本发明还提供了一种新型导电塑料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：按规定重量称取各原料；
步骤2：将聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、导电添加剂、冲击改性剂、偶联剂在4分钟内陆续加入反应釜，先干混18分钟；
步骤3:将干混混合物加入到具有10个筒形燃烧室的30mm双螺杆挤出机的加料口中，并设定每个区的温度分别为275℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃和295℃。模头温度也设定为295℃，挤出机螺杆速度设定为480rpm，并通过侧进料器加入导电改良助剂和增塑剂；
步骤4：将上述共混物共挤出成线、冷却，然后切割造粒，即得所述的导电塑料。
实施例5
一种新型导电塑料，以重量份数计，所述导电塑料主要包括以下组分：
其中，所述聚酰胺树脂为质量比为5:1的尼龙6和尼龙66组成的混合物。
其中，所述导电添加剂选自PAN基碳纤维、碳豪微管、蒸汽生长石墨及碳黑中的一种或几种。
其中，所述导电改良助剂选自聚胺黑、线型酚醛树脂或卤化锂中的一种。
其中，所述冲击改性剂选自苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或几种。
其中，所述无机填充材料选自玻璃纤维、绢云母、氮化硼、硼酸铝、硅灰石、高岭土中的一种或几种。
其中，所述增塑剂选自石蜡油、甘油三醋酸酯、己二酸二辛酯、芳烃油中的一种。
其中，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸钾偶联剂或铝酸酯偶联剂。
本发明还提供了一种新型导电塑料的制备工艺，包括以下步骤：
步骤1：按规定重量称取各原料；
步骤2：将聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、导电添加剂、冲击改性剂、偶联剂在4分钟内陆续加入反应釜，先干混12分钟；
步骤3:将干混混合物加入到具有10个筒形燃烧室的30mm双螺杆挤出机的加料口中，并设定每个区的温度分别为275℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃和295℃。模头温度也设定为295℃，挤出机螺杆速度设定为420rpm，并通过侧进料器加入导电改良助剂和增塑剂；
步骤4：将上述共混物共挤出成线、冷却，然后切割造粒，即得所述的导电塑料。
对比例1
参照专利CN1569944A实施例制备得到的导电塑料。
对比例2
参照专利CN101671458A实施例制备得到的导电塑料。
对比例3
参照专利公开号CN1083767A实施例制备得到的导电塑料。
对比例4
一种新型导电塑料，与实施例1不同的是，该对比例省去了导电改良剂，其它条件不变。
对比例5
一种新型导电塑料，与实施例1不同的是，该对比例省去了冲击改性剂，其它条件不变。
对比例6
一种新型导电塑料，与实施例1不同的是，该无机填充材料的填充量超出上限规定值，以重量份数计，所述导电塑料主要包括以下组分：
其它条件不变。
试验方法
(1)体积电阻率
导电塑料的体积电阻率根据JJG-1993测定。具体而言如下进行：
注射成型品的情况下，将基于ASTM-D638的拉伸试验片的两端用修剪剪刀剪切，剪切成12.7mm×50mm×3mm厚的长条，在长条的两端面(12.7mm×3mm)涂布本发明实施例1-5及对比例1-6中的导电塑料糊料，并在23℃下风干30分钟，所得物质作为实验片。
测定中，对涂布有导电塑料糊料的两端面的之间的电阻进行测定，计算出体积电阻率。
(2)拉伸强度
导电塑料的拉伸强度根据GB/T1040.3-2006测定。具体而言如下进行：
取实施例1-5及对比例1-6制得导电塑料，剪切成12.7mm×50mm×5mm厚的长条,作为试样，并在试样上被拉伸的平行部分作标线，用夹具夹持试样时，要使试样纵轴方向中心与上、下夹具中心连线相重合，并且松紧适宜，不能使试样在受力时滑脱或夹持过紧在夹口处损坏试样。按所选择的速度，开动机器，进行拉伸试验。试样断裂后，读取负荷及标距间伸长，或读取屈服时的负荷，即可得到导电塑料的拉伸强度。
(3)抗冲击强度
导电塑料的抗冲击强度根据GB/T1843-2008测定。具体而言如下进行：
取实施例1-5及对比例1-6制得导电塑料，剪切成250mm×250mm×50mm厚的板块，装上摆锤，并将板块放置在托板上，其侧面应与支承刀刃靠紧，完毕后，可放摆试验，冲击后，从刻度盘上记录冲断供的数值，观察并几率材料断裂面情况，并根据冲断功计算冲击强度，算出各试样的平均值并进行试样间比较。
实验例1
按照本发明实施例1-5以对比例1-3制备的导电塑料的体积电阻率、拉伸强度、抗冲击强度等进行试验，具体结果见表1：
表1性能检测结果
从表1可以看出，本发明实施例的导电塑料的各项性能指标均优于对比例中的导电塑料，本发明实施例的导电塑料的拉伸强度高出对比例的导电塑料很多，表现出优异的力学性质，同时也表现出较强的抗冲击强度和较低的拉伸率。并且本发明的实施例的导电塑料导电性能优于对比例，说明本发明制备的导电塑料具有优异的导电性能，可用于任何导电、抗静电的注塑件的制造。
实验例2
按照本发明实施例1-5以对比例1-3制备的导电塑料的体积电阻率、拉伸强度、抗冲击强度等进行试验，具体结果见表2：
表2性能检测结果
从表2可以看出，当将本发明的导电改良剂去除了，所制得的导电塑料的导电性能会下降，而冲击改性剂的去除，则会影响到导电塑料的抗冲击强度，另外，无机填充材料填充过多时，超出预设的上限时，会同时减弱导电塑料的导电性能、拉伸强度、抗冲击强度、拉伸率等性能，由此可知，本发明是通过对生产原料和工艺的改进优化，使制得的导电塑料成品的理化性能更加优越，从而满足生产需要。
上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型导电塑料，其特征在于，以重量份数计，所述导电塑料主要包括以下组分：
2.根据权利要求1所述的新型导电塑料，其特征在于，所述聚酰胺树脂为质量比为2-6:1的尼龙6和尼龙66组成的混合物。
3.根据权利要求1所述的新型导电塑料，其特征在于，所述导电添加剂选自PAN基碳纤维、碳豪微管、蒸汽生长石墨及碳黑中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的新型导电塑料，其特征在于，所述导电改良助剂选自聚胺黑、线型酚醛树脂或卤化锂中的一种。
5.根据权利要求1所述的新型导电塑料，其特征在于，所述冲击改性剂选自苯乙烯-丁二烯二嵌段共聚物、苯乙烯-异戊二烯嵌段共聚物或苯乙烯-(乙烯-丁烯)-苯乙烯三嵌段共聚物中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的新型导电塑料，其特征在于，所述无机填充材料选自玻璃纤维、绢云母、氮化硼、硼酸铝、硅灰石、高岭土中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的新型导电塑料，其特征在于，所述增塑剂选自石蜡油、甘油三醋酸酯、己二酸二辛酯、芳烃油中的一种。
8.根据权利要求1所述的新型导电塑料，其特征在于，所述偶联剂选自硅烷偶联剂、钛酸钾偶联剂或铝酸酯偶联剂。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的新型导电塑料的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按规定重量称取各原料；
步骤2：将聚酰胺树脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物、导电添加剂、冲击改性剂、偶联剂在4分钟内陆续加入反应釜，先干混10-20分钟；
步骤3:将干混混合物加入到具有10个筒形燃烧室的30mm双螺杆挤出机的加料口中，并设定每个区的温度分别为275℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃、295℃和295℃。模头温度也设定为295℃，挤出机螺杆速度设定为400-500rpm，并通过侧进料器加入导电改良助剂和增塑剂；
步骤4：将上述共混物共挤出成线、冷却，然后切割造粒，即得所述的导电塑料。
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