CN109593295A - 一种pvc导电脚轮材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种PVC导电脚轮材料及其制备方法，涉及导电复合材料技术领域。其技术要点是：一种PVC导电脚轮材料，其原料包括聚氯乙烯、助剂以及表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，所述助剂包括聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯，原料中各组分的重量份数如下：聚氯乙烯55‑75份；聚乙烯蜡6‑8份；聚丙烯接枝马来酸酐6‑10份；马来酸酐接枝高密度聚乙烯10‑20份；表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒3‑7份。本发明具有石墨粉分散均匀、导电性好的优点。
Description
技术领域
本发明涉及导电复合材料技术领域，更具体地说，它涉及一种PVC导电脚轮材料及其制备方法。
背景技术
导电脚轮其实就是在脚轮材料里面加了导电材料，导电轮一般适用于消除工厂作业区的静电，且静音。一般导电轮的导电性能为10的6次方，且试用周期长，即使轮子坏了，还能继续导电。
在公开号为CN104893162A的中国发明专利中公开了一种PVC导电复合材料，包括以下质量份比的成分：聚氯乙烯50～80份、改性酚醛树脂10～40份、导电石墨粉5～10份、增强剂3～8份、相容剂2～4份。
由于导电石墨粉属于无机导电材料，与聚氯乙烯的相容性较差，即使添加了相容剂，导电石墨粉也难以在材料中的分散均匀，难以形成链式导电结构，导电性较差。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的一在于提供一种PVC导电脚轮材料，其具有使石墨粉分散均匀、导电性好的优点。
本发明的目的二在于提供一种PVC导电脚轮材料的制备方法，其具有使石墨粉分散均匀、导电性好的优点。
为实现上述目的一，本发明提供了如下技术方案：
一种PVC导电脚轮材料，其原料包括聚氯乙烯、助剂以及表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒。
通过采用上述技术方案，磁性颗粒具有一定的磁性，在磁性颗粒的外表面包裹石墨涂层，聚氯乙烯在熔融挤出的过程中，磁性颗粒之间的吸引力使其相互吸引，石墨涂层相互接触形成线束状导电结构，而且不易发生团聚现象，从而使得表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒在材料中分散均匀，大大提高导电性。
进一步优选为，所述石墨涂层的原料包括以下重量百分比的组分：
石墨粉35-55％
聚四氟乙烯乳液20-30％；
乙二醇4-6％；
乙酸乙酯6-8％；
消泡剂0.1-0.5％；
润湿剂0.1-0.5％；
成膜助剂0.8-1.0％；
余量为水。
通过采用上述技术方案，聚四氟乙烯耐温性能优异，能在正250℃至负180℃的温度下长期工作，有利于后期高温造粒，同时聚四氟乙烯具有高润滑性，形成石墨涂层后，降低与其他组分摩擦力，保证石墨涂层的完整性；乙二醇和乙酸乙酯作为溶剂，并且和润湿剂配合提高石墨粉的分散性，成膜助剂有利于成膜。
进一步优选为，所述磁性颗粒的粒径为0.8-1mm。
通过采用上述技术方案，磁性颗粒太小时，磁性颗粒之间的磁力太弱，难以吸附形成线束状导电结构；磁性颗粒太大时不容易悬浮，难以在其表面形成石墨涂层。
进一步优选为，所述石墨涂层的厚度为0.05-0.2mm。
通过采用上述技术方案，石墨涂层的厚度太薄，在制粒的过程中容易被破坏，导电性难以保证，石墨涂层太厚使得磁性颗粒之间的间距变大，磁性颗粒之间的吸附作用减弱，难以吸附形成线束状导电结构。
进一步优选为，所述所述磁性颗粒选自锌铬铁氧体、镍锌铁氧体、四氧化三铁中的任意一种。
通过采用上述技术方案，上述磁性颗粒均为软磁性材料，在制成成品后如果不需要磁性，可以使其退磁。
进一步优选为，所述表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚四氟乙烯乳液、乙二醇、乙酸乙酯混合搅拌均匀，缓慢加入消泡剂、流平剂和成膜助剂，搅拌均匀，再加入石墨粉分散均匀，得到涂料；
(2)向涂料中加入磁性颗粒，搅拌均匀后，升温至80-100℃，继续搅拌直至形成粉末，得到表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒。
通过采用上述技术方案，温度太低不利于溶剂挥发成膜，温度太高溶剂挥发太快，加热的同时进行搅拌，避免石墨粉发生沉降，可以在磁性颗粒表面形成一层厚度均匀的石墨涂层。
进一步优选为，所述助剂包括聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯，原料中各组分的重量份数如下：
聚氯乙烯55-75份；
聚乙烯蜡6-8份；
聚丙烯接枝马来酸酐6-10份；
马来酸酐接枝高密度聚乙烯10-20份；
表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒3-7份。
通过采用上述技术方案，马来酸酐接枝高密度聚乙烯作为增强剂，提高材料的机械强度，聚乙烯蜡作为分散剂能够防止磁性颗粒沉淀，聚丙烯接枝马来酸酐作为界面改性剂，提高各组分之间的相容性。
进一步优选为，所述原料中还包括导电炭纤维，所述导电炭纤维的重量份数为0.5-1.5份。
通过采用上述技术方案，导电碳纤维在材料中分散后，与石墨涂层接触，形成网状导电结构，能够进一步提高材料的导电性。
为实现上述目的二，本发明提供了如下技术方案：
一种如目的一所述的PVC导电脚轮材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将聚氯乙烯、聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯混合搅拌均匀，熔融后加入表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，分散均匀，得到混合物料；
步骤二，将混合物料挤出，造粒得到PVC导电脚轮材料。
通过采用上述技术方案，聚氯乙烯和助剂在熔融后，再加入表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，有利于磁性颗粒迅速分散，并且相互吸引形成线束状导电结构，而且不易发生团聚现象，大大提高材料的导电性。
综上所述，与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过把石墨粉制成石墨涂层，并包裹在磁性颗粒表面，磁性颗粒具有一定的磁性，聚氯乙烯在熔融挤出的过程中，磁性颗粒之间的吸引力使其相互吸引，石墨涂层相互接触形成线束状导电结构，而且不易发生团聚现象，从而使得表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒在材料中分散均匀，大大提高导电性；
(2)本发明采用聚四氟乙烯作为石墨涂层成膜材料，聚四氟乙烯耐温性能优异，能在正250℃至负180℃的温度下长期工作，有利于后期高温造粒，同时聚四氟乙烯具有高润滑性，形成石墨涂层后，降低与其他组分摩擦力，保证石墨涂层的完整性，乙二醇和乙酸乙酯作为溶剂，并且和润湿剂配合提高石墨粉的分散性，成膜助剂有利于成膜；
(3)本发明通过加入导电碳纤维，导电碳纤维在材料中分散后，与石墨涂层接触，形成网状导电结构，能够进一步提高材料的导电性。
附图说明
图1为本发明的PVC导电脚轮材料的剖视结构示意图。
附图标记：1、材料本体；2、表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒；21、石墨涂层；3、导电碳纤维。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
实施例1：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，磁性颗粒采用粒径为0.8mm的锌铬铁氧体，石墨涂层的厚度为0.05mm，石墨涂层的原料包括以下重量百分比的组分：
石墨粉35％
聚四氟乙烯乳液20％；
乙二醇4％；
乙酸乙酯6％；
消泡剂0.1％；
润湿剂0.1％；
成膜助剂0.8％；
余量为水。
表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒的制备方法包括以下步骤：
(1)将聚四氟乙烯乳液、乙二醇、乙酸乙酯混合搅拌均匀，搅拌20min，缓慢加入消泡剂、流平剂和成膜助剂，搅拌均匀，搅拌10min，再加入石墨粉分散均匀，分散10min，得到涂料；
(2)向涂料中加入磁性颗粒，搅拌15min，搅拌均匀后，升温至80℃，继续搅拌直至形成粉末，得到表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒。
实施例2：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，磁性颗粒采用粒径为0.9mm的镍锌铁氧体。
实施例3：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，磁性颗粒采用粒径为1.0mm的四氧化三铁。
实施例4：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，石墨涂层的厚度为0.1mm。
实施例5：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，石墨涂层的厚度为0.2mm。
实施例6：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，石墨涂层的原料包括以下重量百分比的组分：
石墨粉40％
聚四氟乙烯乳液24％；
乙二醇5％；
乙酸乙酯7％；
消泡剂0.4％；
润湿剂0.2％；
成膜助剂0.9％；
余量为水。
实施例7：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，石墨涂层的原料包括以下重量百分比的组分：
石墨粉45％
聚四氟乙烯乳液26％；
乙二醇4％；
乙酸乙酯6％；
消泡剂0.2％；
润湿剂0.3％；
成膜助剂0.8％；
余量为水。
实施例8：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，石墨涂层的原料包括以下重量百分比的组分：
石墨粉55％
聚四氟乙烯乳液30％；
乙二醇6％；
乙酸乙酯8％；
消泡剂0.5％；
润湿剂0.5％；
成膜助剂1.0％；
余量为水。
实施例9：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，步骤(2)具体包括：向涂料中加入磁性颗粒，搅拌15min，搅拌均匀后，升温至90℃，继续搅拌直至形成粉末，得到表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒。
实施例10：制备表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，与实施例1的不同之处在于，步骤(2)具体包括：向涂料中加入磁性颗粒，搅拌15min，搅拌均匀后，升温至100℃，继续搅拌直至形成粉末，得到表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒。
实施例11：一种PVC导电脚轮材料，其原料包括聚氯乙烯、助剂以及表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，助剂包括聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯，原料中各组分的重量份数如下：
聚氯乙烯55份；
聚乙烯蜡6份；
聚丙烯接枝马来酸酐6份；
马来酸酐接枝高密度聚乙烯20份；
表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒3份。
表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例1制得。
一种PVC导电脚轮材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将聚氯乙烯、聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯混合搅拌均匀，搅拌20min，熔融后加入表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，分散均匀，得到混合物料；
步骤二，将混合物料送入双螺杆挤出机挤出，造粒得到PVC导电脚轮材料；双螺杆挤出机的条件设定为：一区温度200℃、二区温度210℃、三区温度225℃、四区温度235℃、五区温度240℃、六区温度230℃、七区温度220℃，机头温度230℃，螺杆转速370r/min。
实施例12：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例2制得。
实施例13：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例3制得。
实施例14：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例4制得。
实施例15：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例5制得。
实施例16：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例6制得。
实施例17：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例7制得。
实施例18：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例8制得。
实施例19：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例9制得。
实施例20：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒由实施例10制得。
实施例21：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，其原料中各组分的重量份数如下：
聚氯乙烯60份；
聚乙烯蜡7份；
聚丙烯接枝马来酸酐8份；
马来酸酐接枝高密度聚乙烯15份；
表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒3份。
实施例22：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，其原料中各组分的重量份数如下：
聚氯乙烯75份；
聚乙烯蜡8份；
聚丙烯接枝马来酸酐10份；
马来酸酐接枝高密度聚乙烯10份；
表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒3份。
实施例23：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒的重量份数是5份。
实施例24：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒的重量份数是7份。
实施例25：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，其原料中还包括导电炭纤维，导电炭纤维的重量份数为0.5份；步骤一具体包括：将聚氯乙烯、聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯混合搅拌均匀，搅拌20min，熔融后加入表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒和导电碳纤维，分散均匀，得到混合物料。
如图1所示，PVC导电脚轮材料包括材料本体1，材料本体1内部设置有多个表面包覆有石墨涂层21的磁性颗粒2，多个表面包覆有石墨涂层21的磁性颗粒2相互接触且呈链状分布，材料本体1内部还设置有导电炭纤维3，导电碳纤维3的一端或两端与石墨涂层21接触，形成网状导电结构。
实施例26：一种PVC导电脚轮材料，与实施例25的不同之处在于，其原料中还包括导电炭纤维，导电炭纤维的重量份数为1份。
实施例27：一种PVC导电脚轮材料，与实施例25的不同之处在于，其原料中还包括导电炭纤维，导电炭纤维的重量份数为1.5份。
对比例1：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，磁性颗粒的粒径为0.5mm。
对比例2：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，磁性颗粒的粒径为1.5mm。
对比例3：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，石墨涂层的厚度为0.02mm。
对比例4：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，石墨涂层的厚度为0.3mm。
对比例5：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，石墨涂层的原料包括以下重量百分比的组分：
石墨粉20％；
聚四氟乙烯乳液20％；
乙二醇4％；
乙酸乙酯6％；
消泡剂0.1％；
润湿剂0.1％；
成膜助剂0.8％；
余量为水。
对比例6：一种PVC导电脚轮材料，与实施例11的不同之处在于，石墨涂层的原料中的聚四氟乙烯乳液替换为热塑性丙烯酸乳液。
对比例7：一种PVC导电脚轮材料，其原料包括聚氯乙烯、助剂以及导电炭纤维，助剂包括聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯，原料中各组分的重量份数如下：
聚氯乙烯55份；
聚乙烯蜡6份；
聚丙烯接枝马来酸酐6份；
马来酸酐接枝高密度聚乙烯20份；
导电碳纤维0.5份。
一种PVC导电脚轮材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将聚氯乙烯、聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯混合搅拌均匀，搅拌20min，熔融后加入导电碳纤维，分散均匀，得到混合物料；
步骤二，将混合物料送入双螺杆挤出机挤出，造粒得到PVC导电脚轮材料；双螺杆挤出机的条件设定为：一区温度200℃、二区温度210℃、三区温度225℃、四区温度235℃、五区温度240℃、六区温度230℃、七区温度220℃，机头温度230℃，螺杆转速370r/min。
对比例8：采用公开号为CN104893162A的中国发明专利中的实施例1制备PVC导电复合材料。
性能测试
试验方法：按照国标的方法测试实施例11-27和对比例1-8的体积电阻率、拉伸强度、冲击强度。
试验结果及分析：实施例11-27和对比例1-8的测试结果如表1所示。由表1可知，
实施例11-27的体积电阻率均在0.7×107-2.6×107之间，远小于对比例1-8，而且在分别加入导电炭纤维和表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒后，材料的体积电阻率显著下降，而且同时加入表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒和导电炭纤维时，材料的体积电阻率下降幅度大于单一加入，说明本发明通过把石墨粉制成石墨涂层，并包裹在磁性颗粒表面，使得表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒在材料中分散均匀，大大提高导电性，导电碳纤维在材料中分散后，与石墨涂层接触，形成网状导电结构，能够进一步提高材料的导电性。
实施例11-27的拉伸强度和冲击强度均大于对比例1-8，说明本发明加入导电炭纤维和表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒后，提高了材料的拉伸强度和冲击强度。
表1实施例11-27和对比例1-8的测试结果
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种PVC导电脚轮材料，其特征在于，其原料包括聚氯乙烯、助剂以及表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒。
2.根据权利要求1所述的PVC导电脚轮材料，其特征在于，所述石墨涂层的原料包括以下重量百分比的组分：
石墨粉35-55%
聚四氟乙烯乳液20-30%；
乙二醇4-6%；
乙酸乙酯6-8%；
消泡剂0.1-0.5%；
润湿剂0.1-0.5%；
成膜助剂0.8-1.0%；
余量为水。
3.根据权利要求1所述的PVC导电脚轮材料，其特征在于，所述磁性颗粒的粒径为0.8-1mm。
4.根据权利要求2所述的PVC导电脚轮材料，其特征在于，所述石墨涂层的厚度为0.05-0.2mm。
5.根据权利要求1所述的PVC导电脚轮材料，其特征在于，所述磁性颗粒选自锌铬铁氧体、镍锌铁氧体、四氧化三铁中的任意一种。
6.根据权利要求2所述的PVC导电脚轮材料，其特征在于，所述表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒的制备方法包括以下步骤：
（1）将聚四氟乙烯乳液、乙二醇、乙酸乙酯混合搅拌均匀，缓慢加入消泡剂、流平剂和成膜助剂，搅拌均匀，再加入石墨粉分散均匀，得到涂料；
（2）向涂料中加入磁性颗粒，搅拌均匀后，升温至80-100℃，继续搅拌直至形成粉末，得到表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒。
7.根据权利要求1所述的PVC导电脚轮材料，其特征在于，所述助剂包括聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯，原料中各组分的重量份数如下：
聚氯乙烯55-75份；
聚乙烯蜡6-8份；
聚丙烯接枝马来酸酐6-10份；
马来酸酐接枝高密度聚乙烯10-20份；
表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒3-7份。
8.根据权利要求7所述的PVC导电脚轮材料，其特征在于，所述原料中还包括导电炭纤维，所述导电炭纤维的重量份数为0.5-1.5份。
9.一种如权利要求7所述的PVC导电脚轮材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将聚氯乙烯、聚乙烯蜡、聚丙烯接枝马来酸酐、马来酸酐接枝高密度聚乙烯混合搅拌均匀，熔融后加入表面包覆有石墨涂层的磁性颗粒，分散均匀，得到混合物料；
步骤二，将混合物料挤出，造粒得到PVC导电脚轮材料。
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Denomination of invention: A PVC conductive caster material and its preparation method Granted publication date: 20201030 Pledgee: Bank of China Limited Xiamen Haicang sub branch Pledgor: XIAMEN ZHONG CHEN YUAN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2024980012284 |
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