CN117304641A - 复合抗静电abs材料及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合抗静电ABS材料及其制备方法与应用。所述复合抗静电ABS材料，其包括ABS主料、碳纳米管导电剂、偶联剂以及可选择添加或不添加的选定组分；所述偶联剂与碳纳米管导电剂结合，且所述偶联剂与ABS主料相排斥。本发明所提供的复合抗静电ABS材料通过材料组成与分布的优化设计，通过特殊的硅烷偶联剂的加入，偶联剂的一端抓取碳纳米管和其他导电组分，另一端与ABS存在排斥效应，从而将更多的碳纳米管及其他导电组分迁移至材料表面，具有低成本，并且最大限度的保留了ABS材料的力学强度和加工性能的优点，并且能够最大幅度提升材料和制品表面的导电组分密度，达到更低的表面电阻，以达到更好的抗静电效果。
Description
技术领域
本发明涉及抗静电材料技术领域，尤其涉及一种复合抗静电ABS材料及其制备方法与应用，具体涉及一种超低含量碳纳米管复合抗静电ABS材料及其制备方法。
背景技术
ABS树脂是一种常见的通用塑料，其良好耐化学性、加工性以及较低得价格被广泛用于抗静电制品、电磁波屏蔽、汽车制造、电子工业等许多领域。近些年来，聚合物基导电复合材料由于具有导电性能优良、力学强度高且耐化学性好等优点被广泛应用。
而对于一些涉及到电路的应用领域，ABS树脂的抗静电改性是必须进行的，现有技术主要通过永久性抗静电(价格昂贵)或高含量碳纳米管及导电炭黑等和ABS进行复合，使得ABS材料达到抗静电效果。
一些现有技术中，无论是永久性抗静电剂或者高含量(10％以上)的碳纳米管，达到抗静电效果(表面电阻小于等于108欧姆)，例如中国发明专利CN102558749A采用了高达10-20wt％质量分数的碳基导电材料来实现ABS树脂的抗静电复合改性。
无论是永久性抗静电还是上述高含量复合的抗静电方案，都存在价格昂贵(例如永久性抗静电剂和碳纳米管价格普遍在100元/kg以上)、影响ABS树脂性能的问题。具体的，上述现有技术中添加的高含量导电组分，会造成ABS材料力学性能明显下降，如冲击强度、拉伸强度和弯曲强度下降等，同时还会造成ABS材料加工性能下降，如熔融指数下降，从而影响到材料的使用和推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种复合抗静电ABS材料及其制备方法与应用。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
第一方面，本发明提供一种复合抗静电ABS材料，其包括ABS主料、碳纳米管导电剂、偶联剂以及可选择添加或不添加的选定组分；所述偶联剂与碳纳米管导电剂结合，且所述偶联剂与ABS主料相排斥。
进一步地，所述碳纳米管导电剂被所述偶联剂引导，以使所述碳纳米管导电剂具有向所述复合抗静电ABS材料的表面集中分布的趋势。
该偶联剂具体包括相连的第一基团和第二基团；第一基团作为偶联功能基团，能够与碳纳米管导电剂相结合，第二基团作为排斥基团，属于与ABS主料相容度较低的一类基团。
第二方面，本发明还提供一种上述复合抗静电ABS材料的制备方法，其包括：
提供混合母料，所述混合母料包括ABS主料、偶联剂以及可选择添加或不添加的选定组分；
使所述混合母料熔融后挤出，并在挤出过程中复合掺入碳纳米管导电剂，获得复合抗静电ABS材料。
第三方面，本发明还提供一种复合抗静电ABS构件，所述复合抗静电ABS构件由上述复合抗静电ABS材料经过成型加工后获得。
基于上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
本发明所提供的复合抗静电ABS材料通过材料组成与分布的优化设计，通过特殊的硅烷偶联剂的加入，偶联剂的一端抓取碳纳米管和其他导电组分，另一端与ABS存在排斥效应，从而将更多的碳纳米管及其他导电组分迁移至材料表面，具有低成本，并且最大限度的保留了ABS材料的力学强度和加工性能的优点，并且能够最大幅度提升材料和制品表面的导电组分密度，达到更低的表面电阻，以达到更好的抗静电效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够使本领域技术人员能够更清楚地了解本申请的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例说明如后。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明实施例提供一种复合抗静电ABS材料，其包括ABS主料、碳纳米管导电剂、偶联剂以及可选择添加或不添加的选定组分；所述偶联剂与碳纳米管导电剂结合，且所述偶联剂与ABS主料相排斥。
其中，所述的选定组分为对复合抗静电ABS材料的各项性能有所帮助的其他组分，例如进一步增强导电性或者进一步增强机械性能、可加工性能和化学稳定性的其他添加物或助剂等等；而本发明所关注的重点在于起到主要导电功能的碳纳米管导电剂的分布问题，所采取的主要技术手段即在于通过特殊的偶联剂与ABS主料以及碳纳米管导电剂的综合相互作用，使得碳纳米管向复合材料的表面迁移，从而形成了表面电阻低、内部聚合物结构不被碳纳米管所影响(例如保留优异的机械性能和可加工性能等)的独特结构。
由此，关于具有显著特征的组分分布，在一些实施方案中，所述碳纳米管导电剂被所述偶联剂引导，以使所述碳纳米管导电剂具有向所述复合抗静电ABS材料的表面集中分布的趋势。
而关于具体的组分材料的选择，在一些实施方案中，所述偶联剂包含烯烃类基团。弱极性的烯烃类结构，与强极性的ABS不相容，因此能够使与其结合的碳纳米管或其他填料迁移至表面，当然可以实现该效果的基团不仅烯烃基团，具有相似结构和极性的基团，能够产生与ABS的排斥作用均可。
在一些实施方案中，所述偶联剂还可以包含硅氧烷基团，所述硅氧烷基团与所述碳纳米管导电剂相结合。
具体例如，在一些实施方案中，所述偶联剂可以包括乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧硅烷、乙烯基三乙氧硅烷中的任意一种或两种以上的组合。
关于具体的材料组成比例，在一些实施方案中，所述复合抗静电ABS材料中，以所述ABS主料为100质量份计，所述碳纳米管导电剂的含量低于2.5份。
在一些实施方案中，所述碳纳米管导电剂的含量为1.5-2.5份。
关于选定组分的具体选择，在一些实施方案中，所述选定组分还包括导电助剂，所述导电助剂选自二维或三维碳材料。
在一些实施方案中，部分或全部所述导电助剂也与所述偶联剂结合。
在一些实施方案中，以所述ABS主料为100质量份计，所述导电助剂的含量可以为2-4份。
在一些实施方案中，所述导电助剂包括导电炭黑、石墨、石墨烯中的任意一种或两种以上的组合。
这些额外添加的其它导电助剂即起到导电增强作用，又起到结构补强作用，相比于选用纯碳纳米管作为导电组分的实施方案，抗静电性能和机械性能均得以增强。
在一些实施方案中，所述选定组分还可以包括抗氧化剂和分散剂，以所述ABS主料为100质量份计，所述抗氧化剂的含量为0.2-0.4份，分散剂的含量为0.1-0.2份。
当然，除上述常见组分外，ABS材料其他类型的助剂亦可作为选定组分添加至该复合材料中，以取得对应的功能效果；且本发明不限制其他选定组分的选择和添加量，参照诸多现有技术并结合实际应用需求进行选择和添加即可。
作为上述实施方案的一些典型的应用示例，本发明所提供的一种超低含量碳纳米管复合抗静电ABS材料，按质量份数由以下材料组成：ABS树脂：100份，碳纳米管：1.5-2.5份，导电助剂：2-4份，硅烷偶联剂：0.2-0.4份，抗氧剂：0.2-0.4份，分散剂：0.1-0.2份。
其中的ABS树脂中的橡胶相平均粒径例如可以在0.5μm-5μm之间；碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管中的一种或两种，同时所述的碳纳米管的原始材料形态可以为粉体或母粒的一种；所述的导电助剂例如可以为导电炭黑、导电石墨或多层石墨烯的一种或几种组合；所述的硅烷偶联剂为一端为硅氧烷官能团(为了与碳纳米管和导电助剂等填料结合)，另一端为烯烃类基能团(为了排斥ABS树脂)，如乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧硅烷、乙烯基三乙氧硅烷的一种，但不仅局限于此三种硅烷偶联剂，具有上述结构特点的偶联剂均可；所述的抗氧剂例如可以为抗氧剂1076、巴斯夫抗氧剂1098和巴斯夫抗氧剂1010中的一种；所述的分散剂例如可以为EBS或PETS的一种，当然，抗氧剂和分散剂的选择并不限于此，且不限于仅具有或同时具有抗氧剂和分散剂。
为了获得上述具有特异性分布趋势的复合抗静电ABS材料，本发明实施例还提供了一种复合抗静电ABS材料的制备方法，其包括如下的步骤：
提供混合母料，所述混合母料包括ABS主料、偶联剂以及可选择添加或不添加的选定组分。
使所述混合母料熔融后挤出，并在挤出过程中复合掺入碳纳米管导电剂，获得复合抗静电ABS材料。
在一些实施方案中，所述混合母料的熔融挤出的过程依次包括输入段、中间段以及输出段。
所述输入段的温度为200-220℃，所述中间段的温度为220-240℃，所述输出段的温度为210-220℃。
所述碳纳米管导电剂采取侧向喂入的方式与所述混合母料复合，所述侧向喂入的位置为所述中间段中临近所述输出段的位置。具体是指，所述中间段中的距离所述输出段较近的一段，至少为其长度的1/2处以后，优选为至少是其长度的2/3以后，例如下述实施案例中最优的喂入位置为第7段。
这是由于，过早喂入，或者甚至是直接将碳纳米管一步在混合母料中添加，则碳纳米管会因为经过太多段的剪切，导致剪切过度，会导致大量的碳纳米管的分子链断裂，过度破坏分子完整性，使得碳纳米管的导电性能大幅度下降，无法进行抗静电应用。
在一些实施方案中，所述熔融挤出采用双螺杆挤出机进行。
在一些实施方案中，所述制备方法还包括：挤出后，对线型的复合抗静电ABS材料进行冷却及切粒的步骤。
作为上述技术方案的典型应用示例，上述复合抗静电ABS材料的制备过程例如可以包括如下步骤S1-S5：
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3-6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟以混合均匀。
S3：将S2混合均匀的原材料，通过主喂双螺杆喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行水冷却后，再通过风冷进一步冷却，最后通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的复合抗静电ABS材料。
关于具体的工艺参数，其中所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃。
作为上述技术方案的一些典型的应用，本发明实施例还提供了一种复合抗静电ABS构件，所述复合抗静电ABS构件由上述任一实施方式所提供的复合抗静电ABS材料经过成型加工后获得。
以下通过若干实施例进一步详细说明本发明的技术方案。然而，所选的实施例仅用于说明本发明，而不限制本发明的范围。
实施例1
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：1.5份
导电炭黑：2份
乙烯基三乙氧硅烷：0.2份
抗氧剂1076：0.2份
分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
实施例2
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：1.5份
导电炭黑：2份
乙烯基三甲氧硅烷：0.2份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
实施例3
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：1.5份
导电炭黑：2份
乙烯基三氯硅烷：0.2份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
实施例4
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：1.5份
导电石墨：2份
乙烯基三乙氧硅烷：0.2份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
实施例5
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：1.5份
多层石墨烯：2份
乙烯基三乙氧硅烷：0.2份
抗氧剂1076：0.2份
EBS散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
实施例6
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：2.5份
导电炭黑：2份
乙烯基三乙氧硅烷：0.2份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
实施例7
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：1.5份
导电炭黑：4份
乙烯基三乙氧硅烷：0.2份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
实施例8
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：2.5份
导电炭黑：4份
乙烯基三乙氧硅烷：0.2份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～2100℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
实施例9
本实施例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：1.5份
导电炭黑：2份
乙烯基三乙氧硅烷：0.4份
抗氧剂1076：0.4份
PETS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
对比例1
本对比例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：1.5份
导电炭黑：4份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
对比例2
本对比例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：5份
导电炭黑：4份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
对比例3
本对比例原材料配比如下：
ABS树脂：100份
碳纳米管：10份
导电炭黑：4份
抗氧剂1076：0.2份
EBS分散剂：0.1份。
具体操作步骤如下
S1：将上述碳纳米管在120℃的鼓风烘箱中烘3～6h。
S2：将上述原材料(碳纳米管除外)，按照质量份数，分别进行计量后在高速混合机中2500转混合5分钟。
S3：将S2混合均匀的原材料，喂入双螺杆挤出机中，并将S1烘好的碳纳米管通过双螺杆侧喂系统，喂入挤出机中。
S4：挤出的复合物通过冷却水槽进行冷却后，再通过风冷进一步冷却，通过龙门切粒机进行切粒。
S5：上述S4粒子再通过震动筛选和均化，获得大小均一、分布均匀的抗静电ABS材料。
所述的双螺杆挤出机各区温度为：一段：200～210℃；二段：210～220℃；三段：220～230℃；四段：220～230℃；五段：220～240℃；六段：220～240℃；七段：220～240℃；八段：222℃～230℃，机头210～220℃，碳纳米管的喂入段为第七段。
对比例4
本对比例与实施例1大体相同，区别仅在于：
步骤S3中不再侧向喂入，而是将碳纳米管直接在步骤S2中与其他原料完全充分混合。
上述实施例1-9中的原料配比以及性能测试数据如下表1所示：
表1
对比例汇总表
通过实施例1-5和对比例1-3对比分析，可以得出烯烃类硅烷偶联剂的加入，可以有效降低碳纳米管和导电炭黑的添加量，同时可以使ABS材料达到高含量碳纳米管ABS材料的同等表面电阻。而在不添加烯烃类硅烷偶联剂的情况下，至少需要加入5％以上，甚至10％的碳纳米管，才能达到实施例1-5相当的抗静电效果。
实施例1-3，表明三种不同的乙烯基硅烷偶联剂，均可以达到同等抗静电效果。而与实施例1、4、5分析表明，关于不同导电助剂，等量添加带来的表面电阻的数值规律为：多层石墨烯＜导电石墨优＜导电炭黑。
通过对实施例7进行表面分析可知，增加导电炭黑添加量，对表面电阻的降低有限，而实施例8中，碳纳米管添加量的增加，可以有效降低ABS材料的表面电阻。实施例9表明，无论是抗氧剂添加量、硅烷偶联剂添加量以及分散剂种类和添加量，对最终ABS材料表面电阻的影响都有限。
同时，随着碳纳米管和导电炭黑(或其他导电助剂)的添加量的提升，ABS材料的韧性(冲击强度和弯曲强度)呈现明显下降趋势，而材料的刚性(弯曲模量)呈现上升的趋势，这充分说明控制碳纳米管等导电填料的含量能够是避免上述问题的关键。
基于上述实施及对比案例，可以明确，与传统的碳纳米管复合ABS抗静电材料比，本发明实施例所提供的制备方法及制得的复合材料具有超低含量碳纳米管(1.5-2.5份)，能够降低成本，并且最大限度的保留了ABS材料的力学强度和加工性能的优点。比传统配方碳纳米管添加量低4-5倍的情况下，通过特殊的硅烷偶联剂的加入，硅氧烷一端抓取碳纳米管和其他导电组分，另一端烯烃类官能团与ABS存在排斥效应，从而将更多的碳纳米管-导电组分迁移至材料表面，从而最大幅度提升材料和制品表面的导电组分密度，达到更低的表面电阻，以达到更好的抗静电效果。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合抗静电ABS材料，其特征在于，包括ABS主料、碳纳米管导电剂、偶联剂以及可选择添加或不添加的选定组分；
所述偶联剂与碳纳米管导电剂结合，且所述偶联剂与ABS主料相排斥。
2.根据权利要求1所述的复合抗静电ABS材料，其特征在于，所述碳纳米管导电剂被所述偶联剂引导，以使所述碳纳米管导电剂具有向所述复合抗静电ABS材料的表面集中分布的趋势。
3.根据权利要求1所述的复合抗静电ABS材料，其特征在于，所述偶联剂包含烯烃类基团；
优选的，所述偶联剂还包含硅氧烷基团，所述硅氧烷基团与所述碳纳米管导电剂相结合；
优选的，所述偶联剂包括乙烯基三氯硅烷、乙烯基三甲氧硅烷、乙烯基三乙氧硅烷中的任意一种或两种以上的组合。
4.根据权利要求1所述的复合抗静电ABS材料，其特征在于，所述复合抗静电ABS材料中，以所述ABS主料为100质量份计，所述碳纳米管导电剂的含量低于2.5份；
优选的，所述碳纳米管导电剂的含量为1.5-2.5份。
5.根据权利要求4所述的复合抗静电ABS材料，其特征在于，所述选定组分包括导电助剂，所述导电助剂选自二维或三维碳材料；
优选的，部分或全部所述导电助剂也与所述偶联剂结合；
优选的，以所述ABS主料为100质量份计，所述导电助剂的含量为2-4份；
优选的，所述导电助剂包括导电炭黑、石墨烯中的任意一种或两种以上的组合。
6.根据权利要求1或5所述的复合抗静电ABS材料，其特征在于，所述选定组分还包括抗氧化剂和分散剂，以所述ABS主料为100质量份计，所述抗氧化剂的含量为0.2-0.4份，分散剂的含量为0.1-0.2份。
7.一种权利要求1-6中任意一项所述的复合抗静电ABS材料的制备方法，其特征在于，包括：
提供混合母料，所述混合母料包括ABS主料、偶联剂以及可选择添加或不添加的选定组分；
使所述混合母料熔融后挤出，并在挤出过程中复合掺入碳纳米管导电剂，获得复合抗静电ABS材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混合母料的熔融挤出的过程依次包括输入段、中间段以及输出段；
所述输入段的温度为200-220℃，所述中间段的温度为220-240℃，所述输出段的温度为210-220℃；
所述碳纳米管导电剂采取侧向喂入的方式与所述混合母料复合，所述侧向喂入的位置为所述中间段中临近所述输出段的位置。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述熔融挤出采用双螺杆挤出机进行；
和/或，还包括：挤出后，对线型的复合抗静电ABS材料进行冷却及切粒的步骤。
10.一种复合抗静电ABS构件，其特征在于，所述复合抗静电ABS构件由权利要求1-6中任意一项所述的复合抗静电ABS材料经过成型加工后获得。
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|---|---|---|---|
| CN202311467230.4A CN117304641A (zh) | 2023-11-06 | 2023-11-06 | 复合抗静电abs材料及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311467230.4A CN117304641A (zh) | 2023-11-06 | 2023-11-06 | 复合抗静电abs材料及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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