CN109467902A - 一种增强的pc/abs导电合金材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：芳香族PC40‑60％；本体法ABS10‑40％；沥青基短切碳纤维10‑30％；偶联剂处理的碳纳米管5‑10％；相容剂2‑10％；分散剂2‑5％；抗氧剂0.1‑1％；润滑剂0.1‑1％。本发明解决了PC/ABS、沥青基碳纤维、碳纳米管相容性的同时，制备出分散性良好、导电性能良好的PC/ABS合金导电材料，满足设计师设计要求，极大扩展材料的应用范围，并且该导电合金材料还具有良好力学性能。

Description

一种增强的PC/ABS导电合金材料及其制备方法
[技术领域]
本发明涉高分子材料领域，尤其涉及一种增强的PC/ABS导电合金材料及其制备方法。
[背景技术]
导电塑料与金属相比，具有更高的比强度、比模量，同时还可获得较好的导电性能与导热性能，不仅是航空、航天、汽车轻量化等领域重要的结构材料，近几年，导电塑料广泛应用于塑料芯片、显示器、便携式电源和机器人等领域。随着电子产品的不断减薄变小，设计自由度高、加工工艺性好、制造周期短的导热聚合物复合材料的应用受到了越来越多的重视。沥青基碳纤维和碳纳米管除了具有突出的力学性能，还有优良的导电性能和导热性能，是重要的导热介质。特别是碳纳米管，导热系数近2000W/(m·K)，比金属铜高近5倍。
本发明目的在解决PC/ABS、沥青基碳纤维、碳纳米管相容性的同时，制备出分散性良好、导电性能良好的PC/ABS合金导电材料，满足设计师设计要求，极大扩展材料的应用范围。
[发明内容]
本发明是解决现有技术的不足，提供一种增强的PC/ABS导电合金材料，进一步地，提供该材料的制备方法。
为了实现以上目的，本发明的技术方案如下：
一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：
芳香族PC 40-60％；
本体法ABS 10-40％；
沥青基短切碳纤维 10-30％；
偶联剂处理的碳纳米管 5-10％；
相容剂 2-10％；
分散剂 2-5％；
抗氧剂 0.1-1％；
润滑剂 0.1-1％。
进一步地，所述的PC为芳香族双酚A型聚碳酸酯，重均分子量为2万-3万。
进一步地，所述的ABS，其重均分子量为2万-4万。
进一步地，所述的相容剂为POE接枝马来酸酐(POE-MAH)、POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(POE-GMA)、ABS接枝马来酸酐(ABS-MAH)或ABS接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(ABS-GMA)中一种或几种。
进一步地，所述的沥青基短切碳纤维，为直径5-20μm，所述的沥青基短切碳纤维经过 N,N－二甲基甲酰胺和三氯甲烷体积比1:4的混合液中浸泡2-3h，超声处理25-35min，然后用蒸馏水洗涤，100℃干燥2-3h。
进一步地，所述的分散剂为乙撑基双硬酯酰胺；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硼酸盐类偶联剂中一种。
进一步地，所述的碳纳米管为单壁纳米管、直径1-10nm；所述碳纳米管经过浸泡于稀释处理偶联剂中，超声振荡15-20min，抽滤，烘干。
进一步地，所述的抗氧剂为主抗氧剂与辅助抗氧剂的复配，主抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，辅助抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
一种增强的PC/ABS导电合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按权利要求1所述的重量百分比依次称取PC45-55％、ABS0-30％、碳纳米管5-10％、相容剂2-6％、1-10％偶联剂、2-5％分散剂、0.1-0.6抗氧剂、0.1-0.6％润滑剂在高速混合机中混合15-20分钟；
其中，混合前，分别将称取的PC在120℃烘箱中烘3-4h、ABS在80℃烘2h、纳米炭黑在 120℃烘3-4h；
步骤二、通过双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却、切粒，得到初步的PC/ABS导电合金材料；
其中，步骤二中双螺杆挤出机的温度设置为：一区190-200℃；二区200-210℃；三区 220-230℃；四区230-235℃；五区240-245℃，六区240-250℃，七区240-250℃，八区235-240℃，机头温度230-240℃，挤出机螺杆转速控制在220-300r/min；
步骤三、将初步的PC/ABS导电材料在100-110℃的干燥箱中干燥3-6小时；
步骤四、将步骤三中所得的PC/ABS合金材料按70-90％，沥青基短切碳纤维10-30％称取；
步骤五、采用侧喂方式，通过双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却、切粒，得到一种分散良好的沥青基短切碳纤维增强PC/ABS导电合金材料；
其中，步骤二中双螺杆挤出机的温度设置为：一区210-230℃；二区230-255℃；三区 230-255℃；四区230-255℃；五区230-255℃，六区230-255℃，七区230-250℃，八区230-250℃，机头温度220-250℃，挤出机螺杆转速控制在200-300r/min；
步骤六、将制得的沥青基短切碳纤维/碳纳米管混杂增强的PC/ABS导电合金材料在90-110℃的干燥箱中干燥3-6小时。
(1)本发明解决了PC/ABS、沥青基碳纤维、碳纳米管相容性的同时，制备出分散性良好、导电性能良好的PC/ABS合金导电材料，满足设计师设计要求，极大扩展材料的应用范围；
(2)本发明提供的导电合金材料还具有良好力学性能。
[具体实施方式]
下面结合具体实施例和对比例，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：
芳香族PC 40-60％；
本体法ABS 10-40％；
沥青基短切碳纤维 10-30％；
偶联剂处理的碳纳米管 5-10％；
相容剂 2-10％；
分散剂 2-5％；
抗氧剂 0.1-1％；
润滑剂 0.1-1％。
本发明实施例采取两次加工成型，首先制备碳纳米管填充PC/ABS合金，再将合金与沥青基短切碳纤维熔融挤出制得成品，使碳纳米管在合金中分散更均匀，与沥青基短切碳纤维形成的网络状结构，导电性能更稳定。
在以下实施例中，
芳香族PC为双酚A型PC,选自帝人(商品名：L-1225Y)；
ABS选自上海高桥(商品名：8391)；
沥青基短切碳纤维选自鞍山东亚碳纤维有限公司(工业级)；
偶联剂为钛酸酯偶联剂选自中科院成都有机化学研究所；
主抗氧剂选用巴斯夫AT-1076，辅助抗氧剂选用巴斯夫AT-168；
润滑剂选用季戊四醇硬脂酸酯(商品名：科宁PETS P861)。
一种增强的PC/ABS导电合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、按权利要求1所述的重量百分比依次称取PC45-55％、ABS0-30％、碳纳米管5-10％、相容剂2-6％、1-10％偶联剂、2-5％分散剂、0.1-0.6抗氧剂、0.1-0.6％润滑剂在高速混合机中混合15-20分钟；
其中，混合前，分别将称取的PC在120℃烘箱中烘3-4h、ABS在80℃烘2h、纳米炭黑在 120℃烘3-4h；
步骤二、通过双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却、切粒，得到初步的PC/ABS导电合金材料；
其中，步骤二中双螺杆挤出机的温度设置为：一区190-200℃；二区200-210℃；三区 220-230℃；四区230-235℃；五区240-245℃，六区240-250℃，七区240-250℃，八区235-240℃，机头温度230-240℃，挤出机螺杆转速控制在220-300r/min；
步骤三、将初步的PC/ABS导电材料在100-110℃的干燥箱中干燥3-6小时；
步骤四、将步骤三中所得的PC/ABS合金材料按70-90％，沥青基短切碳纤维10-30％称取；
步骤五、采用侧喂方式，通过双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却、切粒，得到一种分散良好的沥青基短切碳纤维增强PC/ABS导电合金材料；
其中，步骤二中双螺杆挤出机的温度设置为：一区210-230℃；二区230-255℃；三区 230-255℃；四区230-255℃；五区230-255℃，六区230-255℃，七区230-250℃，八区230-250℃，机头温度220-250℃，挤出机螺杆转速控制在200-300r/min；
步骤六、将制得的沥青基短切碳纤维/碳纳米管混杂增强的PC/ABS导电合金材料在90-110℃的干燥箱中干燥3-6小时。
对比例1：
按质量，将62份PC、30份ABS树脂、2份相容剂、5份分散剂、0.2份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂PETS放入高速混合机内，室温下混合10分钟取出；将上述均匀混合的共混料通过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒，并将得到的PC/ABS材料在温度为 110℃的干燥箱中干燥3小时。得到PC/ABS合金材料。
对比例2：
(1)按质量，将62份PC、30份ABS树脂、2份相容剂、5份分散剂、0.2份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂PETS放入高速混合机内，室温下混合10分钟取出；将上述均匀混合的共混料通过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒，并将得到的PC材料在温度为 110℃的干燥箱中干燥3小时；得到PC/ABS合金材料。
(2)将步骤(1)得到的PC/ABS合金材料加入挤出机进料口，10份沥青基短切碳纤维从侧喂料加入双螺杆挤出机，经过熔融挤出、冷却、造粒等到沥青基短切纤维填充PC/ABS导电合金材料，并将该材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到沥青基短切碳纤维/碳纳米管混杂增强的PC/ABS导电合金材料。
对比例3：
按质量，将52份PC、30份ABS树脂、2份相容剂、10份碳纳米管、5份分散剂、0.2份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂PETS放入高速混合机内，室温下混合10分钟取出；将上述均匀混合的共混料通过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒，并将得到的PC/ABS 材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到碳纳米管增强的PC/ABS导电合金材料。
对比例4：
按质量，将42份PC、30份ABS树脂、2份相容剂、10份碳纳米管、5份分散剂、0.2份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂PETS放入高速混合机内，室温下混合10分钟取出，再与10份沥青基短切纤维混拌5分钟；将上述均匀混合的共混料通过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒，并将得到的PC/ABS材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到沥青基短切碳纤维/碳纳米管混杂增强的PC/ABS导电合金材料。
实施例1：
(1)按质量，将52份PC、30份ABS树脂、2份相容剂、10份碳纳米管、5份分散剂、 0.2份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂PETS放入高速混合机内，室温下混合 10分钟取出；将上述均匀混合的共混料通过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒，并将得到的PC/ABS材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到PC/ABS合金材料。
(2)将步骤(1)得到的PC/ABS合金材料加入挤出机进料口，10份沥青基短切碳纤维从侧喂料加入双螺杆挤出机，经过熔融挤出、冷却、造粒等到沥青基短切纤维填充PC/ABS导电合金材料，并将该材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到沥青基短切碳纤维填充的PC/ABS合金材料。
实施例2：
(1)按质量，将52份PC、30份ABS树脂、2份相容剂、10份碳纳米管、5份分散剂、 0.2份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂PETS放入高速混合机内，室温下混合 10分钟取出；将上述均匀混合的共混料通过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒，并将得到的PC/ABS材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到PC/ABS合金材料。
(2)将步骤(1)得到的PC/ABS合金材料加入挤出机进料口，20份沥青基短切碳纤维从侧喂料加入双螺杆挤出机，经过熔融挤出、冷却、造粒等到沥青基短切纤维填充PC/ABS导电合金材料，并将该材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到沥青基短切碳纤维填充的PC/ABS合金材料。
实施例3：
(1)按质量，将57份PC、30份ABS树脂、2份相容剂、5碳纳米管、5份分散剂、0.2 份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂PETS放入高速混合机内，室温下混合10分钟取出；将上述均匀混合的共混料通过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒，并将得到的PC/ABS 材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到PC/ABS合金材料。
(2)将步骤(1)得到的PC/ABS合金材料加入挤出机进料口，10份沥青基短切碳纤维从侧喂料加入双螺杆挤出机，经过熔融挤出、冷却、造粒等到沥青基短切纤维填充PC/ABS导电合金材料，并将该材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到沥青基短切碳纤维填充的PC/ABS合金材料。
实施例4：
(1)按质量，将57份PC、30份ABS树脂、2份相容剂、5碳纳米管、5份分散剂、0.2 份抗氧剂1076、0.2份抗氧剂168、0.6份润滑剂PETS放入高速混合机内，室温下混合10分钟取出；将上述均匀混合的共混料通过双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、造粒，并将得到的PC/ABS 材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到PC/ABS合金材料。
(2)将步骤(1)得到的PC/ABS合金材料加入挤出机进料口，20份沥青基短切碳纤维从侧喂料加入双螺杆挤出机，经过熔融挤出、冷却、造粒等到沥青基短切纤维填充PC/ABS导电合金材料，并将该材料在温度为110℃的干燥箱中干燥3小时。得到沥青基短切碳纤维填充的PC/ABS合金材料。
表1
从表1可以看出，碳纳米管和沥青基碳纤维都可以提高PC/ABS合金导电性能及力学性，而碳纳米管和沥青基碳纤维混杂填充的PC/ABS合金材料大大地提高了材料的导电性能，且材料的力学性能也较大幅度提升。混杂填充的胡锦材料导电性能和力学性能都明显优于单组份填充PC/ABS合金材料。
综上所述，加入经过偶联剂处理过的碳纳米管后，明显改善了沥青基碳纤维与PC/ABS界面间的结合强度和相容性。吸附在沥青基碳纤维表面上的碳纳米管不仅促进了沥青基碳纳米管与PC/ABS间形成“锚定”效应，同时采用侧喂填充沥青基碳纤维很好地保留了沥青基碳纤维的力学性能，从而提高了复合材料的力学性能，还在CF与PC/ABS间形成了导电网链，提高了其导电性能。沥青基碳纤维和碳纳米管复配填充基体树脂对复合材料的力学性能和导电性能有着协同增效作用。
以上所述仅为本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅限于上述实施方式，凡是属于本发明原理的技术方案均属于本发明的保护范围。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理的前提下进行的若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：
2.根据权利要求1所述的一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，所述的PC为芳香族双酚A型聚碳酸酯，重均分子量为2万-3万。
3.根据权利要求1所述的一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，所述的ABS，其重均分子量为2万-4万。
4.根据权利要求1所述的一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，所述的相容剂为POE接枝马来酸酐(POE-MAH)、POE接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(POE-GMA)、ABS接枝马来酸酐(ABS-MAH)或ABS接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(ABS-GMA)中一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，所述的沥青基短切碳纤维，为直径5-20μm，所述的沥青基短切碳纤维经过N,N－二甲基甲酰胺和三氯甲烷体积比1:4的混合液中浸泡2-3h，超声处理25-35min，然后用蒸馏水洗涤，100℃干燥2-3h。
6.根据权利要求1所述的一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，所述的分散剂为乙撑基双硬酯酰胺；所述偶联剂为钛酸酯偶联剂、硼酸盐类偶联剂中一种。
7.根据权利要求1所述的一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，所述的碳纳米管为单壁纳米管、直径1-10nm；所述碳纳米管经过浸泡于稀释处理偶联剂中，超声振荡15-20min，抽滤，烘干。
8.根据权利要求1所述的一种增强的PC/ABS导电合金材料，其特征在于，所述的抗氧剂为主抗氧剂与辅助抗氧剂的复配，主抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，辅助抗氧剂为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯；润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
9.一种如权利要求1至8中任一权利要求所述的一种增强的PC/ABS导电合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、按权利要求1所述的重量百分比依次称取PC45-55％、ABS0-30％、碳纳米管5-10％、相容剂2-6％、1-10％偶联剂、2-5％分散剂、0.1-0.6抗氧剂、0.1-0.6％润滑剂在高速混合机中混合15-20分钟；
其中，混合前，分别将称取的PC在120℃烘箱中烘3-4h、ABS在80℃烘2h、纳米炭黑在120℃烘3-4h；
步骤二、通过双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却、切粒，得到初步的PC/ABS导电合金材料；
其中，步骤二中双螺杆挤出机的温度设置为：一区190-200℃；二区200-210℃；三区220-230℃；四区230-235℃；五区240-245℃，六区240-250℃，七区240-250℃，八区235-240℃，机头温度230-240℃，挤出机螺杆转速控制在220-300r/min；
步骤三、将初步的PC/ABS导电材料在100-110℃的干燥箱中干燥3-6小时；
步骤四、将步骤三中所得的PC/ABS合金材料按70-90％，沥青基短切碳纤维10-30％称取；
步骤五、采用侧喂方式，通过双螺杆挤出机熔融挤出，经冷却、切粒，得到一种分散良好的沥青基短切碳纤维增强PC/ABS导电合金材料；
其中，步骤二中双螺杆挤出机的温度设置为：一区210-230℃；二区230-255℃；三区230-255℃；四区230-255℃；五区230-255℃，六区230-255℃，七区230-250℃，八区230-250℃，机头温度220-250℃，挤出机螺杆转速控制在200-300r/min；
步骤六、将制得的沥青基短切碳纤维/碳纳米管混杂增强的PC/ABS导电合金材料在90-110℃的干燥箱中干燥3-6小时。
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