CN109593295B - 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 (5)
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;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;
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;
所述磁性颗粒的粒径为0.8-1mm,所述石墨涂层的厚度为0.05-0.2mm。
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。
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、润湿剂和成膜助剂,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。
4.根据权利要求1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。
5.一种如权利要求1-3中任意一项所述的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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