CN113354944A - 一种导电增强长碳链聚酰胺材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高分子复合材料技术领域，公开了一种导电增强长碳链聚酰胺材料及制备方法，该导电增强长碳链聚酰胺材料包括如下重量份组分物质：长碳链聚酰胺46—81；玻纤15—50；碳纳米管1—8；热稳定剂0—0.3；成核剂0.1—0.2；润滑剂0.1—0.3；该材料的制备方法包括以下步骤：步骤一：将玻纤从挤出机侧喂料下；步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂搅拌混合，然后通过挤出机熔融挤出；步骤三：切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。本发明改性导电增强长碳链聚酰胺材料同时具有优异导电特性、高强度、耐磨特性、耐化学特性，可应用于电路管夹和护板等汽车零部件。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，尤其涉及一种导电增强长碳链聚酰胺材料及制备方法。
背景技术
聚酰胺材料俗称尼龙材料，而长碳链聚酰胺是一种特殊的聚酰胺材料，具有较长的亚甲基链和极性酰胺基团，同时具有聚烯烃和聚酰胺的双重特性，比如PA11、PA12、PA1012、PA612等长碳链聚酰胺。长碳链聚酰胺具有吸水率低、尺寸稳定、耐磨性好特点，同时具有优异耐化学特性、良好加工特性，在汽车行业油路管、护板、管夹等零部件大量得到使用。
但是，线路管夹通道里面包裹有电线，以前有用PA66材料或不导电的长碳链尼龙材料，导电性较差，强度较低，具有一定使用风险。
发明内容
本发明的第一目的意在提供一种导电增强长碳链聚酰胺材料，其具有优异导电特性、高强度、耐磨特性、耐化学特性。
为达到上述目的，本发明的基本方案如下：
一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质：
进一步地，包括如下重量份组分物质：
通过采用上述技术方案，长碳链聚酰胺集合了聚酰胺和聚烯烃的双方优势，性能更优异；玻纤的填充，使得复合材料具有较高强度，成本低；碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，有良好的导电性能；碳纳米管的添加可以有效降低复合材料表面的电阻，以提高其整体的导电性能；添加成核剂，使得成核剂可以吸附在在玻璃纤维表面，提高复合材料的结晶性能；添加热稳定剂，对导电性能具有协同作用。
进一步地，所述长碳链聚酰胺选自PA1012。
通过采用上述技术方案，优选PA1012作为长碳链聚酰胺原料，PA1012的分子链上具有酰胺基团，同聚烯烃相比具有很好的极性，从而提高本发明的复合材料的材料强度；同时酰胺基团的密度又低于普通尼龙6和尼龙66，具有更好的疏水性，集合了聚酰胺和聚烯烃的双方优势，性能更优异。
进一步地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管，双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或几种。
通过采用上述技术方案，碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，有良好的导电性能；另外，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以也具有很好的电学性能。
进一步地，所述热稳定剂为铜盐复合热稳定剂，所述铜盐复合热稳定剂为为碘化钾与碘化铜的混合物。
通过采用上述技术方案，铜盐复合热稳定剂中的铜离子与长碳链聚酰胺中的酰氨基团的氮原子形成稳定的络合物结构,防止氮氢键受热脱氢,热氧化降解产生黄变；防止内酰胺脱水形成亚胺结构,能有效地提高复合材料的热稳定性。
进一步地，所述成核剂为有机成核剂或无机成核剂。
通过采用上述技术方案，有机成核剂或无机成核剂可以吸附在在玻璃纤维表面，以得到表面改性的玻璃纤维增强体，可以有效提高材料的结晶性能。
综上所述，与现有技术相比本方案的有益效果是：
本发明以长碳链聚酰胺、玻纤、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂作为合成导电增强长碳链聚酰胺材料的原料，其中，长碳链聚酰胺具有酰胺基团，同聚烯烃相比具有很好的极性，从而提高本发明的复合材料的材料强度；同时，长碳链聚酰胺的酰胺基团的密度又低于普通尼龙6和尼龙66，长碳链聚酰胺集合了聚酰胺和聚烯烃的双方优势，性能更优异；玻纤的填充，使得复合材料具有较高强度，成本低；碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域π键，由于共轭效应显著，有良好的导电性能；碳纳米管的添加可以有效降低复合材料表面的电阻，以提高其整体的导电性能；添加成核剂，使得成核剂可以吸附在在玻璃纤维表面，提高复合材料的结晶性能；添加热稳定剂，对导电性能具有协同作用。
本发明改性导电增强长碳链聚酰胺材料同时具有优异导电特性、高强度、耐磨特性、耐化学特性，可应用于电路管夹和护板等汽车零部件。
本发明第二目的在于提供一种导电增强长碳链聚酰胺材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100-250r/min转速共混5-10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
进一步地，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-600r/min。
进一步地，所述双螺杆挤出机配置有9个温度区段，且各个温度区段沿复合材料挤出方向依次为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
具体实施方式
下面结合说明书，并通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
实施例1：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
实施例2：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
实施例3：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
实施例4：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
实施例5：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
实施例6：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
实施例7：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
实施例8：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
对比例1：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
长碳链聚酰胺 100；
热稳定剂 0.3；
润滑剂 0.3；
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
对比例2：一种导电增强长碳链聚酰胺材料，包括如下重量份组分物质(g)：
其制备方法，包括如下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100r/min转速共混10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
所用双螺杆挤出机的螺杆转速为300r/min，所用双螺杆挤出机共分9区段，设定温度分别为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
性能检测：
将实施例1-8和对比例1-2制得的颗粒材料制成样品，在万能力学试验机上按DINEN ISO 527-1:2018、DIN EN ISO 527-2:2017检测拉伸强度，按DIN EN ISO 178：2019检测弯曲模量；按照标准DIN EN ISO 179-1:2010检测缺口冲击强度，按照国家标准GB/T ICE60093测定表面电阻；并记录结果至下表1。
表1：
由上表可以看出，对比例1-2制得的颗粒材料制成样品中未添加碳纳米管材料，根据实施例1-8和对比例1-2的样品的表面电阻测试结果，可以看出加碳纳米管材料的复合材料可以有效降低复合材料表面的电阻，提高其整体的导电性能；同时，根据实施例1-8的样品的表面电阻测试结果，可以看出随着碳纳米管含量增加，改性复合材料表面电阻开始下降明显，逐渐从抗静电特性达到导电特性。
对比例1制得的颗粒材料制成样品中未添加玻纤材料，在弯曲模量、拉伸强度以及缺口冲击强度方面的数据与添加玻纤材料的样品所测得数据相差较大，表明随着玻纤的填充，可以使得复合材料具有较高强度；并且，根据实施例1-8的样品的弯曲模量、拉伸强度以及缺口冲击强度方面测试结果，可以看出随着玻纤含量增加，复合材料强度逐渐增加，刚性逐渐增高。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (9)
1.一种导电增强长碳链聚酰胺材料，其特征在于：包括如下重量份组分物质：
2.根据权利要求1所述的导电增强长碳链聚酰胺材料，其特征在于：包括如下重量份组分物质：
3.根据权利要求1所述的导电增强长碳链聚酰胺材料，其特征在于：所述长碳链聚酰胺选自PA1012。
4.根据权利要求1所述的导电增强长碳链聚酰胺材料，其特征在于：所述碳纳米管为单壁碳纳米管，双壁碳纳米管或多壁碳纳米管中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的导电增强长碳链聚酰胺材料，其特征在于：所述热稳定剂为铜盐复合热稳定剂，所述铜盐复合热稳定剂为为碘化钾与碘化铜的混合物。
6.根据权利要求1所述的导电增强长碳链聚酰胺材料，其特征在于：所述成核剂为有机成核剂或无机成核剂。
7.一种导电增强长碳链聚酰胺材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：将复合材料各组分按配比称取，将玻纤从挤出机侧喂料下；
步骤二：将长碳链聚酰胺、碳纳米管、热稳定剂、成核剂以及润滑剂，以100-250r/min转速共混5-10min；
步骤三：通过挤出机熔融挤出，切粒冷却得到导电增强长碳链聚酰胺复合材料。
8.根据权利要求7所述的导电增强长碳链聚酰胺材料的制备方法，其特征在于：所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的螺杆转速为300-600r/min。
9.根据权利要求8所述的导电增强长碳链聚酰胺材料的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机配置有9个温度区段，且各个温度区段沿复合材料挤出方向依次为180-190℃、200-220℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃、220-240℃。
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