CN111048230B - 一种聚合物导电材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种聚合物导电材料及其制备方法，涉及高分子材料领域。本申请通过采用以热塑性树脂、导电填料和玻璃纤维为原料制得热塑性树脂复合材料，其中热塑性树脂具有质量轻，易加工，可回收的特点，导电填料赋予热塑性树脂导电性能，玻璃纤维在复合体系中起到研磨导电填料的作用，解决了现有技术中螺杆剪切弱导致复合材料中导电填料分散性差的技术问题，取得了热塑性树脂中导电填料分散性增强从而表面电阻率显著降低的技术效果。

Description

一种聚合物导电材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及高分子材料领域，特别涉及一种导电聚合物导电材料及其制备方法。
背景技术
聚合物由于具有优异的可加工性和可模制性，被广泛应用于各种家居制品、办公设备、电气电子产品等。在现有技术中，大部分聚合物材料都是绝缘的，但随着电子电路的大规模应用，人们希望聚合物材料具有抗静电、导电、电磁屏蔽等性能，故出现聚合物导电材料。
相比于金属材料，聚合物导电材料具有质量轻、易加工、可回收和导电能力连续可调等特点。目前最常用的制备聚合物导电复合材料的方法是在聚合物基体中添加炭黑、石墨、碳纳米管等导电填料。但在制备导电材料的过程中，导电填料表面能高，同时螺杆剪切力不足，导致导电填料的分散较为困难，未获得分散的导电填料在聚合物基体中形成团块，不仅无法增强材料导电性，同时形成应力集中点，使材料性能大幅下降。因此，如何在熔融共混的过程中更高效地分散导电填料成为提高聚合物导电材料导电性的关键因素之一。
发明内容
本申请的目的是提供一种聚合物导电材料及其制备方法，解决现有技术中导电填料分散难的问题，通过提供一种简便有效、经济实用的方式提高导电填料分散度，制备具有更低表面电阻的导电复合材料。
为实现上述目的，本申请实施例采用以下技术方案：一种聚合物导电材料，其特征在于，以重量份数计，包括以下组分：热塑性树脂0-90份；导电填料0.5-40份；玻璃纤维0.5-20份。
在上述技术方案中，本申请实施例通过采用以热塑性树脂、导电填料和玻璃纤维为原料制得热塑性树脂复合材料，其中热塑性树脂具有质量轻，易加工，可回收的特点，导电填料赋予热塑性树脂导电性能，玻璃纤维在复合体系中起到研磨导电填料的作用，解决了现有技术中螺杆剪切弱导致复合材料中导电填料分散性差的技术问题，取得了热塑性树脂中导电填料分散性增强从而表面电阻率显著降低的技术效果。
进一步地，根据本申请实施例，其中，以重量份数计，聚合物导电材料包括以下组分：热塑性树脂70-89份；导电填料10-20份；玻璃纤维1-10份。
进一步地，根据本申请实施例，其中，热塑性树脂为选自聚酰胺、聚烯烃、热塑性聚酯、高性能工程塑料中的任意一种。
进一步地，根据本申请实施例，其中，热塑性树脂为颗粒或粉末物料。
进一步地，根据本申请实施例，其中，聚烯烃为聚丙烯树脂或聚乙烯树脂。
进一步地，根据本申请实施例，其中，热塑性聚酯为聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
进一步地，根据本申请实施例，其中，导电填料为选自炭黑，碳纳米管，碳纤维，石墨及不锈钢纤维中的一种。
进一步地，根据本申请实施例，其中，玻璃纤维的平均直径为5-20微米。
进一步地，根据本申请实施例，其中，玻璃纤维经过表面改性处理。
为了实现上述目的，本申请实施例还公开了一种用于制备上述的一种聚合物导电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
备料，按比例取热塑性树脂、导电填料和所述玻璃纤维；
混料加料，所述热塑性树脂、导电填料和玻璃纤维通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；
挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：本申请通过采用以热塑性树脂、导电填料和玻璃纤维为原料制得热塑性树脂复合材料，其中热塑性树脂具有质量轻，易加工，可回收的特点，导电填料赋予热塑性树脂导电性能，玻璃纤维在复合体系中起到研磨导电填料的作用，解决了现有技术中螺杆剪切弱导致复合材料中导电填料分散性差的技术问题，取得了热塑性树脂中导电填料分散性增强从而表面电阻率显著降低的技术效果。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
本申请提供的一种聚合物导电材料，解决现有技术中导电填料分散难的问题，包括60-99重量份的热塑性树脂，0.5-40重量份的导电填料以及0.5-20重量份的玻璃纤维。其中，热塑性树脂具有质量轻、易加工、可回收的优点，导电填料赋予热塑性树脂导电性能，玻纤在复合体系中起到研磨导电填料的作用，解决了现有技术中螺杆剪切弱导致复合材料中导电填料分散性差的技术问题，取得了热塑性树脂中导电填料分散性增强从而表面电阻率显著降低的技术效果。
在下文中，更详细地描述了每个组分。
(1)热塑性树脂
在本申请所述的一种聚合物导电材料中，热塑性树脂可以具体选用聚酰胺、聚烯烃、热塑性聚酯、高性能工程塑料中的任意一种，但不限于此，且热塑性树脂为颗粒或粉末物料。其中，聚丙烯树脂(PP)可以采用台塑聚丙烯(宁波)有限公司PP1080型产品；聚乙烯树脂(PE)可以采用中国石化上海石油化工股份有限公司LDPE Q281型产品；聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)可以采用中国石化仪征化纤股份有限公司PBT WX321A型产品；聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)可以采用远纺工业(上海)有限公司PET CB-602型产品。
在上述技术方案中，本申请所述的一种聚合物导电材料包括60-99重量份的热塑性树脂，优选添加70-89重量份的热塑性树脂。当热塑性树脂的添加量小于60重量份时，耐热性可能会降低并且在高温时可能容易发生热变形。另外，当热塑性树脂的量大于99重量份时，导电填料及玻璃纤维的添加量会相对的减少，从而使导电性可能会劣化。
(2)导电填料
在本申请所述的一种聚合物导电材料中，导电填料可以具体选用炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨或不锈钢纤维中的一种，但不限于此。其中，炭黑可以采用美国卡博特公司VXC72型产品，碳纳米管可以采用山东大展纳米材料有限公司GT-300型产品，碳纤维可以采用日本昭和电工VGCF-H型产品，石墨可以采用南京先丰纳米材料科技有限公司XF011型产品，不锈钢纤维可以采用贝卡尔特集团的Beki-shield型产品。
在上述技术方案中，本申请所述的一种聚合物导电材料包括0.5-40重量份的导电填料，优选添加10-20重量份的导电填料。当导电填料的添加量小于0.5重量份时，可能难以实现所需的导电性。另外，当导电填料的添加量大于40重量分时，流动性可能会劣化，并因此可能会劣化可加工性，同时导电填料不易分散，导电性能也会减弱。
(3)玻璃纤维
在本申请所述的一种聚合物导电材料中，玻璃纤维是不受限制的，可以是本领域中一致的任何一种玻璃纤维，可以使用具有圆形、椭圆形、正方形和/或长方形截面的玻璃纤维，玻璃纤维可具有约5-20微米的平均直径和0.2-5毫米的平均长度。另外，玻璃纤维可以是未处理的或表现改性的，可以通过一般涂覆方法，如浸涂、喷涂等进行表面改性，或是可以通过硅烷偶联剂进行表面改性，当本申请不限于此。在本申请中，玻璃纤维可以采用泰山玻璃纤维有限公司HMG435TM型产品。
在上述技术方案中，本申请所述的一种聚合物导电材料包括0.5-20重量份的玻璃纤维，优选1-10重量份的玻璃纤维。当玻璃纤维的添加量小于0.5重量份时，可能难以实现通过玻璃纤维分散导电填料的效果。当玻璃纤维的添加量大于20重量份时，流动性可能会劣化，并因此可能会劣化可加工性。
除了上述成分以外，根据用法，在不妨碍本申请目标的范围内，本申请所述的一种聚合物导电材料还可以包括一种或多种添加剂。添加剂可以包括而不限于抗氧剂、脱模剂、阻燃剂、润滑剂、着色剂、功能性添加剂等以及它们的混合物。
基于相同的发明构思，本申请实施例还公开了一种制备方法，其中，包括以下步骤：
备料，按比例取热塑性树脂、导电填料和玻璃纤维；混料加料，热塑性树脂、导电填料和玻璃纤维通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。
【实施例1-20】
备料，取80-89重量份的聚丙烯树脂、10重量份的导电填料和1-10重量份的玻璃纤维；混料加料，聚丙烯树脂、导电填料和玻璃纤维通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。对每个制得的成品进行电性能测试，测试结果汇总到表1。
【对比例1-5】
备料，取90重量份的聚丙烯树脂和10重量份的导电填料；混料加料，聚丙烯树脂和导电填料通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。对每个制得的成品进行电性能测试，测试结果汇总到表1。
【实施例21-40】
备料，取70-79重量份的聚酰胺树脂、20重量份的导电填料和1-10重量份的玻璃纤维；混料加料，聚酰胺树脂、导电填料和玻璃纤维通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。对每个制得的成品进行电性能测试，测试结果汇总到表2。
【对比例6-10】
备料，取80重量份的聚酰胺树脂和20重量份的导电填料；混料加料，聚酰胺树脂、导电填料通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。对每个制得的成品进行电性能测试，测试结果汇总到表2。
【实施例41-60】
备料，取70-79重量份的PET、20重量份的导电填料和1-10重量份的玻璃纤维；混料加料，PET、导电填料和玻璃纤维通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。对每个制得的成品进行电性能测试，测试结果汇总到表3。
【对比例11-15】
备料，取80重量份的PET和20重量份的导电填料；混料加料，PET、导电填料通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。对每个制得的成品进行电性能测试，测试结果汇总到表3。
表1
Figure GDA0003099162160000051
Figure GDA0003099162160000061
表2
Figure GDA0003099162160000062
Figure GDA0003099162160000071
表3
Figure GDA0003099162160000072
Figure GDA0003099162160000081
【最优实施例】
备料，取80重量份的PET、20重量份的碳纳米管和10重量份的玻璃纤维；混料加料，PET、导电填料和玻璃纤维通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。对每个制得的成品进行电性能测试，测试结果汇总到表4。
表4
Figure GDA0003099162160000082
尽管上面对本申请说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员能够理解本申请，但是本申请不仅限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员而言，只要各种变化只要在所附的权利要求限定和确定的本申请精神和范围内，一切利用本申请构思的申请创造均在保护之列。

Claims (8)

1.一种聚合物导电材料，其中，以重量份数计，所述聚合物导电材料包括以下组分：
热塑性树脂70-89份；
导电填料10-20份；
玻璃纤维1-10份；
所述玻璃纤维的平均直径为5-20微米，平均长度为0.2-5毫米。
2.根据权利要求1所述的一种聚合物导电材料，其中，所述热塑性树脂为选自聚酰胺、聚烯烃、热塑性聚酯、高性能工程塑料中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种聚合物导电材料，其中，所述热塑性树脂为颗粒或粉末物料。
4.根据权利要求2所述的一种聚合物导电材料，其中，所述聚烯烃为聚丙烯树脂或聚乙烯树脂。
5.根据权利要求2所述的一种聚合物导电材料，其中，所述热塑性聚酯为聚对苯二甲酸丁二醇酯或聚对苯二甲酸乙二醇酯。
6.根据权利要求1所述的一种聚合物导电材料，其中，所述导电填料为选自炭黑，碳纳米管，碳纤维，石墨及不锈钢纤维中的一种。
7.根据权利要求1所述的一种聚合物导电材料，其中，所述玻璃纤维经过表面改性处理。
8.一种用于制备权利要求1-7中的任一项所述的一种聚合物导电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
备料，按比例取所述热塑性树脂、所述导电填料和所述玻璃纤维；
混料加料，所述热塑性树脂、所述导电填料和所述玻璃纤维通过混料机混合均匀，经由双螺杆挤出机主喂料口加入到双螺杆挤出机中，进行混炼；
挤出，双螺杆挤出机挤出的料条经有水槽冷却，通过切粒机切粒，再经均化罐均化，烘干机烘干后包装即得成品。
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