CN117659547A - 一种作为ptc材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明具体地说是一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺,涉及新材料技术领域。一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺,包括以下步骤:碳纤维的氧化;碳黑颗粒的改性;碳化钛表面镀PP;碳纳米管去团聚;材料的球磨与压模。本发明先通过对碳纤维进行氧化处理,使其在碳黑改性过程中能将各组分更好的连结起来,然后对碳黑颗粒进行离子辐照,增大其表面积及导电性,进一步增加连结能力,然后通过步骤S2将纳米SiO2、硅烷偶联剂、氧化的碳纤维与碳黑连结,完成对碳黑的改性,提升其强度,同时使复合材料同时在升温时避免复合材料的氧化,在增强复合材料强度的同时增强其稳定性以及降低室温电阻率。
Description
技术领域
本发明涉及新材料技术领域,具体地说是一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺。
背景技术
PTC通常指的是正温度系数热敏电阻,简称PTC热敏电阻,是一种典型具有温度敏感性的半导体电阻,超过一定的温度时,它的电阻值随着温度的升高呈阶跃性的增高,同时也发展出了许多PTC复合材料。
自PTC复合材料发展起,人们不断地对其进行革新,例如当其作为自动断路器和电流保险丝等电器元件时,需要在室温下有较低的电阻率,从而具有较好的导电性,以达到降低室温下电器对电能损耗的效果;并且,由于PTC复合材料需要长时间或间断性在高温环境下工作,因此对其强度具有一定的要求,现有技术常对PTC复合材料进行改性,使其强度增大,在应用时更加坚固耐用,从而使PTC复合材料在人们生活中得以广泛应用。
但是现有的运用在众多低端家用电器的PTC复合材料只具备单一的优点,例如在具有较低的室温电阻率时,其在高温时的稳定性会比较差,从而导致复合材料在高温时电阻随温度升高而降低;或是在兼具较低的室温电阻率和高温稳定性时,没有较好的物理强度,使用寿命较短。
为解决上述工艺难点,本发明研究同时具备高强度、较低室温电阻率以及较高稳定性的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺。
发明内容
为了解决上述技术缺陷,本发明研究同时具备高强度、较低室温电阻率以及较高稳定性的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺。
一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,具体包括以下步骤:
S1:碳纤维的氧化
将清洗剂与碳纤维混合搅拌,再进行超声处理、过滤、清水冲洗,将所得预处理碳纤维加入浓硝酸中,回流冷凝反应,然后过滤,将所得固体用清水冲洗后烘干,得到氧化的碳纤维,备用;
S2:碳黑颗粒的改性
先将碳黑颗粒进行离子辐照,再配制乙醇溶液,将硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌,得到硅烷偶联剂溶液,取部分与预处理的碳黑颗粒混合、搅拌、静置,随后加入氧化的碳纤维,搅拌、静置,得到固液混合物Ⅰ,加入纳米二氧化硅与无水乙醇混合进行磁力搅拌和超声震荡后的溶液中,再加入剩下的硅烷偶联剂溶液进行反应、过滤、旋转蒸发,干燥得到改性碳黑颗粒,备用;
S3:碳化钛表面镀PP
将PP粉末进行干燥后与二甲苯混合油浴加热,得到PP溶液,加入碳化钛粉末与乙醇的混合液中,然后进行过滤,将所得固体混合物烘干,得到镀PP的碳化钛;
S4:碳纳米管去团聚
将多壁碳纳米管与乙醇混合搅拌,加入分散剂并搅拌,然后投入珠磨机中进行珠磨得到溶液A,备用;
S5:材料的球磨与压模
将改性碳黑颗粒与溶液A混合搅拌,随后烘干得到碳纳米管连结的碳黑颗粒,先将镀PP的碳化钛与高密度聚乙烯进行球磨,再依次加入聚烯烃弹性体和碳纳米管连结的碳黑颗粒,分别进行球磨,将所得混合物料进行热压成型,得到作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料。
进一步地,步骤S1碳纤维的氧化,具体包括以下步骤:
S1.1:取10-11份清洗剂置于容器中,加入0.5-1份碳纤维,搅拌5-6分钟,随后将容器置于超声波处理器中,调节超声频率为20-25KHZ,超声处理25-30分钟,然后将容器内的混合物通过过滤膜进行过滤,将所得固体用清水冲洗10-15分钟,得到预处理碳纤维,备用;
S1.2:取浓度为65-70%的浓硝酸20-25份置于容器中,加入0.5-1份预处理碳纤维,再将容器放于回流冷凝器中,调节加热温度为110-115℃,回流反应3-4小时后将容器内的反应物倒在过滤膜上,将过滤所得固体用清水冲洗30-35分钟,将冲洗所得固体置于干燥箱中以70-75℃烘干1-1.5小时,得到氧化的碳纤维,备用。
进一步地,步骤S2碳黑颗粒的改性,具体包括以下步骤:
S2.1:将4-5份碳黑颗粒置于离子辐照设备中,调节离子束能量为10-15keV,离子束束流密度为2-3mA/cm2,辐照10-12分钟,得到预处理碳黑颗粒,备用;
S2.2:将水溶液与无水乙醇按1:(8-10)的体积比加入容器中混合,搅拌2-3分钟,配制24份乙醇溶液,将1-2份硅烷偶联剂加入容器中,搅拌10-15分钟,得到硅烷偶联剂溶液,备用;
S2.3:取步骤S2.2中的硅烷偶联剂溶液12份和碳黑颗粒4-5份加入容器中混合,搅拌8-10分钟后静置25-30分钟,随后将1-2份氧化的碳纤维加入容器中,搅拌5-6分钟后静置35-40分钟,得到固液混合物Ⅰ,备用;
S2.4:将0.2-0.4份纳米二氧化硅与8-10份无水乙醇混合加入容器中,调节磁力搅拌器的转速为1000-1100rpm,磁力搅拌30-35分钟,随后将步骤S2.3中制得的固液混合物Ⅰ加入容器中,调节转速为500-600rpm,磁力搅拌25-30分钟,再将容器置于超声波处理器中超声震荡30-35分钟,得到固液混合物Ⅱ,备用;
S2.5:将步骤S2.2剩下的12份硅烷偶联剂溶液加入固液混合物Ⅱ中,静置1.5-2小时后,对所得混合液先进行过滤,再将所得固体粉末放入旋转蒸发仪中,调节转速为60-70rpm,温度为80-85℃,旋转蒸发50-60分钟,再将所得固体粉末放入真空干燥箱中以110-120℃的温度加热2-2.5小时,得到改性碳黑颗粒,备用。
进一步地,步骤S3碳化钛表面镀PP,具体包括以下步骤:
S3.1:将0.2-0.3份PP粉末置于真空干燥箱中以80-85℃的温度干燥6-8小时,将所得干燥PP粉末与0.8-1份的二甲苯混合装入容器内,将容器通过油浴加热至125-130℃,加热5-6分钟,得到PP溶液;
S3.2:将0.8-1份碳化钛粉末与8-10份乙醇混合加入容器中,搅拌6-8分钟,再将步骤S3.1制得的PP溶液趁热加入容器内搅拌10-15分钟,将所得混合液过滤得到固体混合物,将固体混合物置于真空干燥箱中以80-85℃的温度烘干10-12小时,得到镀PP的碳化钛。
进一步地,步骤S4碳纳米管去团聚,具体包括以下步骤:
S4.1:将1-2份多壁碳纳米管与10-11份乙醇混合加入容器内,搅拌4-5分钟,然后向容器内加入分散剂,搅拌10-15分钟,得到混合溶液;
S4.2:将步骤S4.1中得到的混合溶液投入珠磨机中,调节转速为2000-2200rpm,珠磨2-3小时,得到溶液A,备用。
进一步地,步骤S5材料的球磨与压模,具体包括以下步骤:
S5.1:将步骤S2.5制得的改性碳黑颗粒与步骤S4.2刚制得的溶液A混合加入容器内,搅拌10-15分钟,将所得混合液置于真空干燥箱内以75-80℃的恒定温度烘干2-3小时,得到碳纳米管连结的碳黑颗粒;
S5.2:先将步骤S3.2中制得的镀PP的碳化钛与12-14份高密度聚乙烯投入球磨机中球磨20-25分钟,再依次投入4-5份聚烯烃弹性体和碳纳米管连结的碳黑颗粒,分别球磨15-20分钟,得到混合物料;
S5.3:将混合物料置于热压成型机内,调节热压温度180-200℃,压力18-20Mpa,压模15-20分钟,再在常温,压力18-20Mpa下压模10-12分钟,得到作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料。
进一步地,步骤S1.1中的清洗剂为丙酮溶液。
进一步地,步骤S2.1中进行辐照的离子为氦离子。
进一步地,步骤S4.1中的分散剂为辛基苯磺酸钠。
一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料,其由一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺制备得到。
有益效果是:1、本发明先通过对碳纤维进行氧化处理,使其在碳黑改性过程中能将各组分更好的连结起来,然后对碳黑颗粒进行离子辐照,增大其表面积,进一步增加连结能力,然后通过步骤S2将纳米SiO2、硅烷偶联剂、氧化的碳纤维与碳黑连结,完成对碳黑的改性,提升其强度,并且在复合材料升温时避免氧化,达到在增强复合材料强度的同时增强其稳定性以及降低室温电阻率的效果。
2、本发明通过在碳化钛粉的表面镀上PP层,制备了表面镀PP的碳化钛,在复合材料中加入少量表面镀PP的碳化钛,碳化钛为PTC复合材料带来了高强度和高稳定性,并且将碳化钛与PP结合,进一步改善了PTC复合材料的强度及其稳定性。
3、本发明先对碳纳米管去团聚,随后在改性碳黑中加入去团聚的碳纳米管,在碳黑颗粒之间作为一个桥梁,在复合材料之中将碳黑颗粒连接起来,进一步降低室温电阻率,并减少在热循环过程中由于碳黑颗粒的不可逆出现的碳黑框架受损坏现象,进一步增强复合材料的稳定性。
附图说明
图1为本发明的实施例所采用的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺流程图。
图2为本发明的对比例1中作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料与具有PTC效应的柔性高分子复合材料强度对比表格图。
图3为本发明的对比例2中作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料与具有PTC效应的柔性高分子复合材料经过高温处理后在20℃下电阻大小的对比表格图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,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。
实施例1:一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺,如图1所示,具体包括以下步骤:
S1:碳纤维的氧化
S1.1:取10份清洗剂置于容器中,加入0.5份碳纤维,搅拌5分钟,随后将容器置于超声波处理器中,调节超声频率为20KHZ,超声处理25分钟,然后将容器内的混合物通过过滤膜进行过滤,将所得固体用清水冲洗12分钟,得到预处理碳纤维,使其在碳黑改性过程中能将各组分更好的连结起来,备用;
S1.2:取浓度为65%的浓硝酸20份置于容器中,加入0.5份预处理碳纤维,再将容器放于回流冷凝器中,调节加热温度为110℃,回流反应3小时后将容器内的反应物倒在过滤膜上,将过滤所得固体用清水冲洗30分钟,将冲洗所得固体置于干燥箱中以70℃烘干1小时,得到氧化的碳纤维,备用。
S2:碳黑颗粒的改性
S2.1:将4份碳黑颗粒置于离子辐照设备中,调节离子束能量为10keV,离子束束流密度为2mA/cm2,辐照10分钟,得到预处理碳黑颗粒,增大其表面积及导电性,进一步增加连结能力,备用;
S2.2:将水溶液与无水乙醇按1:8的体积比加入容器中混合,搅拌2分钟,配制24份乙醇溶液,将1份硅烷偶联剂加入容器中,搅拌10分钟,得到硅烷偶联剂溶液,备用;
S2.3:取步骤S2.2中的硅烷偶联剂溶液12份和碳黑颗粒4份加入容器中混合,搅拌8分钟后静置25分钟,随后将1份氧化的碳纤维加入容器中,搅拌5分钟后静置35分钟,得到固液混合物Ⅰ,备用;
S2.4:将0.2份纳米二氧化硅与8份无水乙醇混合加入容器中,调节磁力搅拌器的转速为1000rpm,磁力搅拌30分钟,随后将步骤S2.3中制得的固液混合物Ⅰ加入容器中,调节转速为500rpm,磁力搅拌25分钟,再将容器置于超声波处理器中超声震荡30分钟,得到固液混合物Ⅱ,备用;
S2.5:将步骤S2.2剩下的12份硅烷偶联剂溶液加入固液混合物Ⅱ中,静置1.5小时后,对所得混合液先进行过滤,再将所得固体粉末放入旋转蒸发仪中,调节转速为60rpm,温度为80℃,旋转蒸发60分钟,再将所得固体粉末放入真空干燥箱中以115℃的温度加热2小时,得到改性碳黑颗粒,提升其强度,同时使复合材料同时在升温时避免复合材料的氧化,在增强复合材料强度的同时增强其稳定性以及降低室温电阻率,备用。
S3:碳化钛表面镀PP
S3.1:将0.2份PP粉末置于真空干燥箱中以80℃的温度干燥6小时,将所得干燥PP粉末与0.8份的二甲苯混合装入容器内,将容器通过油浴加热至125℃,加热5分钟,得到PP溶液;
S3.2:将0.8份碳化钛粉末与10份乙醇混合加入容器中,搅拌6分钟,再将步骤S3.1制得的PP溶液趁热加入容器内搅拌10分钟,将所得混合液过滤得到固体混合物,将固体混合物置于真空干燥箱中以80℃的温度烘干10小时,得到镀PP的碳化钛。
S4:碳纳米管去团聚
S4.1:将1份多壁碳纳米管与8份乙醇混合加入容器内,搅拌4分钟,然后向容器内加入分散剂,搅拌10分钟,得到混合溶液;
S4.2:将步骤S4.1中得到的混合溶液投入珠磨机中,调节转速为2000rpm,珠磨2小时,得到溶液A,备用。
S5:材料的球磨与压模
S5.1:将步骤S2.5制得的改性碳黑颗粒与步骤S4.2刚制得的溶液A混合加入容器内,搅拌10分钟,将所得混合液置于真空干燥箱内以75℃的恒定温度烘干2-3小时,得到碳纳米管连结的碳黑颗粒,在碳黑颗粒之间作为一个桥梁,在复合材料之中将碳黑颗粒连接起来,进一步降低室温电阻率,并减少在热循环过程中由于碳黑颗粒的不可逆出现的碳黑框架受损坏现象;
S5.2:先将步骤S3.2中制得的镀PP的碳化钛与14份高密度聚乙烯投入球磨机中球磨20分钟,进一步增强了复合材料的强度及其稳定性,再依次投入4份聚烯烃弹性体和碳纳米管连结的碳黑颗粒,分别球磨15分钟,得到混合物料;
S5.3:将混合物料置于热压成型机内,调节热压温度180℃,压力18Mpa,压模15分钟,再在常温,压力18Mpa下压模10分钟,得到作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料。
实施例2:一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺,如图1所示,具体包括以下步骤:
S1:碳纤维的氧化
S1.1:取11份清洗剂置于容器中,加入1份碳纤维,搅拌5分钟,随后将容器置于超声波处理器中,调节超声频率为20KHZ,超声处理25分钟,然后将容器内的混合物通过过滤膜进行过滤,将所得固体用清水冲洗12分钟,得到预处理碳纤维,使其在碳黑改性过程中能将各组分更好的连结起来,备用;
S1.2:取浓度为70%的浓硝酸25份置于容器中,加入1份预处理碳纤维,再将容器放于回流冷凝器中,调节加热温度为110℃,回流反应3小时后将容器内的反应物倒在过滤膜上,将过滤所得固体用清水冲洗30分钟,将冲洗所得固体置于干燥箱中以70℃烘干1小时,得到氧化的碳纤维,备用。
S2:碳黑颗粒的改性
S2.1:将5份碳黑颗粒置于离子辐照设备中,调节离子束能量为10keV,离子束束流密度为2mA/cm2,辐照10分钟,得到预处理碳黑颗粒,增大其表面积及导电性,进一步增加连结能力,备用;
S2.2:将水溶液与无水乙醇按1:10的体积比加入容器中混合,搅拌2分钟,配制24份乙醇溶液,将2份硅烷偶联剂加入容器中,搅拌10分钟,得到硅烷偶联剂溶液,备用;
S2.3:取步骤S2.2中的硅烷偶联剂溶液12份和碳黑颗粒5份加入容器中混合,搅拌8分钟后静置25分钟,随后将2份氧化的碳纤维加入容器中,搅拌5分钟后静置35分钟,得到固液混合物Ⅰ,备用;
S2.4:将0.4份纳米二氧化硅与10份无水乙醇混合加入容器中,调节磁力搅拌器的转速为1000rpm,磁力搅拌30分钟,随后将步骤S2.3中制得的固液混合物Ⅰ加入容器中,调节转速为500rpm,磁力搅拌25分钟,再将容器置于超声波处理器中超声震荡30分钟,得到固液混合物Ⅱ,备用;
S2.5:将步骤S2.2剩下的12份硅烷偶联剂溶液加入固液混合物Ⅱ中,静置1.5小时后,对所得混合液先进行过滤,再将所得固体粉末放入旋转蒸发仪中,调节转速为60rpm,温度为80℃,旋转蒸发60分钟,再将所得固体粉末放入真空干燥箱中以115℃的温度加热2小时,得到改性碳黑颗粒,提升其强度,同时使复合材料同时在升温时避免复合材料的氧化,在增强复合材料强度的同时增强其稳定性以及降低室温电阻率,备用。
S3:碳化钛表面镀PP
S3.1:将0.3份PP粉末置于真空干燥箱中以80℃的温度干燥6小时,将所得干燥PP粉末与1份的二甲苯混合装入容器内,将容器通过油浴加热至125℃,加热50分钟,得到PP溶液;
S3.2:将1份碳化钛粉末与10份乙醇混合加入容器中,搅拌6分钟,再将步骤S3.1制得的PP溶液趁热加入容器内搅拌10分钟,将所得混合液过滤得到固体混合物,将固体混合物置于真空干燥箱中以80℃的温度烘干10小时,得到镀PP的碳化钛。
S4:碳纳米管去团聚
S4.1:将1份多壁碳纳米管与11份乙醇混合加入容器内,搅拌4分钟,然后向容器内加入分散剂,搅拌10分钟,得到混合溶液;
S4.2:将步骤S4.1中得到的混合溶液投入珠磨机中,调节转速为2000rpm,珠磨2小时,得到溶液A,备用。
S5:材料的球磨与压模
S5.1:将步骤S2.5制得的改性碳黑颗粒与步骤S4.2刚制得的溶液A混合加入容器内,搅拌10分钟,将所得混合液置于真空干燥箱内以75℃的恒定温度烘干2-3小时,得到碳纳米管连结的碳黑颗粒,在碳黑颗粒之间作为一个桥梁,在复合材料之中将碳黑颗粒连接起来,进一步降低室温电阻率,并减少在热循环过程中由于碳黑颗粒的不可逆出现的碳黑框架受损坏现象;
S5.2:先将步骤S3.2中制得的镀PP的碳化钛与12份高密度聚乙烯投入球磨机中球磨20分钟,进一步增强了复合材料的强度及其稳定性,再依次投入5份聚烯烃弹性体和碳纳米管连结的碳黑颗粒,分别球磨15分钟,得到混合物料;
S5.3:将混合物料置于热压成型机内,调节热压温度180℃,压力18Mpa,压模15分钟,再在常温,压力18Mpa下压模10分钟,得到作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料。
实施例3:一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料及其制备工艺,如图1所示,具体包括以下步骤:
S1:碳纤维的氧化
S1.1:取10份清洗剂置于容器中,加入1份碳纤维,搅拌6分钟,随后将容器置于超声波处理器中,调节超声频率为25KHZ,超声处理27分钟,然后将容器内的混合物通过过滤膜进行过滤,将所得固体用清水冲洗15分钟,得到预处理碳纤维,使其在碳黑改性过程中能将各组分更好的连结起来,备用;
S1.2:取浓度为65%的浓硝酸20份置于容器中,加入0.5份预处理碳纤维,再将容器放于回流冷凝器中,调节加热温度为115℃,回流反应3.5小时后将容器内的反应物倒在过滤膜上,将过滤所得固体用清水冲洗35分钟,将冲洗所得固体置于干燥箱中以75℃烘干1.5小时,得到氧化的碳纤维,备用。
S2:碳黑颗粒的改性
S2.1:将4份碳黑颗粒置于离子辐照设备中,调节离子束能量为12keV,离子束束流密度为3mA/cm2,辐照12分钟,得到预处理碳黑颗粒,增大其表面积及导电性,进一步增加连结能力,备用;
S2.2:将水溶液与无水乙醇按1:8的体积比加入容器中混合,搅拌3分钟,配制24份乙醇溶液,将1份硅烷偶联剂加入容器中,搅拌15分钟,得到硅烷偶联剂溶液,备用;
S2.3:取步骤S2.2中的硅烷偶联剂溶液12份和碳黑颗粒4份加入容器中混合,搅拌10分钟后静置30分钟,随后将1份氧化的碳纤维加入容器中,搅拌6分钟后静置40分钟,得到固液混合物Ⅰ,备用;
S2.4:将0.2份纳米二氧化硅与8份无水乙醇混合加入容器中,调节磁力搅拌器的转速为1100rpm,磁力搅拌35分钟,随后将步骤S2.3中制得的固液混合物Ⅰ加入容器中,调节转速为600rpm,磁力搅拌30分钟,再将容器置于超声波处理器中超声震荡35分钟,得到固液混合物Ⅱ,备用;
S2.5:将步骤S2.2剩下的12份硅烷偶联剂溶液加入固液混合物Ⅱ中,静置2小时后,对所得混合液先进行过滤,再将所得固体粉末放入旋转蒸发仪中,调节转速为70rpm,温度为85℃,旋转蒸发60分钟,再将所得固体粉末放入真空干燥箱中以120℃的温度加热2.5小时,得到改性碳黑颗粒,提升其强度,同时使复合材料同时在升温时避免复合材料的氧化,在增强复合材料强度的同时增强其稳定性以及降低室温电阻率,备用。
S3:碳化钛表面镀PP
S3.1:将0.2份PP粉末置于真空干燥箱中以85℃的温度干燥8小时,将所得干燥PP粉末与0.8份的二甲苯混合装入容器内,将容器通过油浴加热至130℃,加热6分钟,得到PP溶液;
S3.2:将0.8份碳化钛粉末与2份乙醇混合加入容器中,搅拌8分钟,再将步骤S3.1制得的PP溶液趁热加入容器内搅拌15分钟,将所得混合液过滤得到固体混合物,将固体混合物置于真空干燥箱中以85℃的温度烘干12小时,得到镀PP的碳化钛。
S4:碳纳米管去团聚
S4.1:将0.5份多壁碳纳米管与11份乙醇混合加入容器内,搅拌5分钟,然后向容器内加入分散剂,搅拌15分钟,得到混合溶液;
S4.2:将步骤S4.1中得到的混合溶液投入珠磨机中,调节转速为2200rpm,珠磨3小时,得到溶液A,备用。
S5:材料的球磨与压模
S5.1:将步骤S2.5制得的改性碳黑颗粒与步骤S4.2刚制得的溶液A混合加入容器内,搅拌15分钟,将所得混合液置于真空干燥箱内以80℃的恒定温度烘干3小时,得到碳纳米管连结的碳黑颗粒,在碳黑颗粒之间作为一个桥梁,在复合材料之中将碳黑颗粒连接起来,进一步降低室温电阻率,并减少在热循环过程中由于碳黑颗粒的不可逆出现的碳黑框架受损坏现象;
S5.2:先将步骤S3.2中制得的镀PP的碳化钛与14份高密度聚乙烯投入球磨机中球磨25分钟,进一步增强了复合材料的强度及其稳定性,再依次投入5份聚烯烃弹性体和碳纳米管连结的碳黑颗粒,分别球磨20分钟,得到混合物料;
S5.3:将混合物料置于热压成型机内,调节热压温度200℃,压力20Mpa,压模20分钟,再在常温,压力20Mpa下压模12分钟,得到作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料。
对比例1:与实施例1相比,对比例1的不同之处在于,对比例1为具有PTC效应的柔性高分子复合材料,具体为《具有PTC效应的柔性高分子复合材料的研究》中制备的最优材料,记为对比例1。
实施例1、实施例2、实施例3制得的作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料和对比例1采用《GB/T1040-2006塑料拉伸性能的测定》测量其拉伸强度,拉伸强度能够代表复合材料的力学性能,也就是材料强度,拉伸强度越高,材料强度越高,测三次,分别记录数据,将数据制成表格,参考图2,可以看出实施例1、实施例2、实施例3制得的作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的强度均大于对比例1,证明了本实施例能够制备一种高强度的PTC材料。
对比例2:实施例1、实施例2、实施例3制得的作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料和对比例1进行三次热循环处理,具体为在2分钟内将材料温度加热至150℃,然后采用风冷的方式将其冷却至20℃,用万用表分别测试三次热循环处理后材料在20℃时的电阻值,记录数据,将数据制成表格,参考图3,可以看出实施例1、实施例2、实施例3制得的作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料20℃电阻值变化均远小于对比例1在20℃电阻值变化,而对材料进行高温处理后的电阻率变化能够体现材料的稳定性,电阻率变化越小说明材料的稳定性越高,证明了作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料具有高稳定性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,具体包括以下步骤:
S1:碳纤维的氧化
将清洗剂与碳纤维混合搅拌,再进行超声处理、过滤、清水冲洗,将所得预处理碳纤维加入浓硝酸中,回流冷凝反应,然后过滤,将所得固体用清水冲洗后烘干,得到氧化的碳纤维,备用;
S2:碳黑颗粒的改性
先将碳黑颗粒进行离子辐照,再配制乙醇溶液,将硅烷偶联剂加入乙醇溶液中搅拌,得到硅烷偶联剂溶液,取部分与预处理的碳黑颗粒混合、搅拌、静置,随后加入氧化的碳纤维,搅拌、静置,得到固液混合物Ⅰ,加入纳米二氧化硅与无水乙醇混合进行磁力搅拌和超声震荡后的溶液中,再加入剩下的硅烷偶联剂溶液进行反应、过滤、旋转蒸发,干燥得到改性碳黑颗粒,备用;
S3:碳化钛表面镀PP
将PP粉末进行干燥后与二甲苯混合油浴加热,得到PP溶液,加入碳化钛粉末与乙醇的混合液中,然后进行过滤,将所得固体混合物烘干,得到镀PP的碳化钛;
S4:碳纳米管去团聚
将多壁碳纳米管与乙醇混合搅拌,加入分散剂并搅拌,然后投入珠磨机中进行珠磨得到溶液A,备用;
S5:材料的球磨与压模
将改性碳黑颗粒与溶液A混合搅拌,随后烘干得到碳纳米管连结的碳黑颗粒,先将镀PP的碳化钛与高密度聚乙烯进行球磨,再依次加入聚烯烃弹性体和碳纳米管连结的碳黑颗粒,分别进行球磨,将所得混合物料进行热压成型,得到作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,步骤S1碳纤维的氧化,具体包括以下步骤:
S1.1:取10-11份清洗剂置于容器中,加入0.5-1份碳纤维,搅拌5-6分钟,随后将容器置于超声波处理器中,调节超声频率为20-25KHZ,超声处理25-30分钟,然后将容器内的混合物通过过滤膜进行过滤,将所得固体用清水冲洗10-15分钟,得到预处理碳纤维,备用;
S1.2:取浓度为65-70%的浓硝酸20-25份置于容器中,加入0.5-1份预处理碳纤维,再将容器放于回流冷凝器中,调节加热温度为110-115℃,回流反应3-4小时后将容器内的反应物倒在过滤膜上,将过滤所得固体用清水冲洗30-35分钟,将冲洗所得固体置于干燥箱中以70-75℃烘干1-1.5小时,得到氧化的碳纤维,备用。
3.根据权利要求1所述的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,步骤S2碳黑颗粒的改性,具体包括以下步骤:
S2.1:将4-5份碳黑颗粒置于离子辐照设备中,调节离子束能量为10-15keV,离子束束流密度为2-3mA/cm2,辐照10-12分钟,得到预处理碳黑颗粒,备用;
S2.2:将水溶液与无水乙醇按1:(8-10)的体积比加入容器中混合,搅拌2-3分钟,配制24份乙醇溶液,将1-2份硅烷偶联剂加入容器中,搅拌10-15分钟,得到硅烷偶联剂溶液,备用;
S2.3:取步骤S2.2中的硅烷偶联剂溶液12份和碳黑颗粒4-5份加入容器中混合,搅拌8-10分钟后静置25-30分钟,随后将1-2份氧化的碳纤维加入容器中,搅拌5-6分钟后静置35-40分钟,得到固液混合物Ⅰ,备用;
S2.4:将0.2-0.4份纳米二氧化硅与8-10份无水乙醇混合加入容器中,调节磁力搅拌器的转速为1000-1100rpm,磁力搅拌30-35分钟,随后将步骤S2.3中制得的固液混合物Ⅰ加入容器中,调节转速为500-600rpm,磁力搅拌25-30分钟,再将容器置于超声波处理器中超声震荡30-35分钟,得到固液混合物Ⅱ,备用;
S2.5:将步骤S2.2剩下的12份硅烷偶联剂溶液加入固液混合物Ⅱ中,静置1.5-2小时后,对所得混合液先进行过滤,再将所得固体粉末放入旋转蒸发仪中,调节转速为60-70rpm,温度为80-85℃,旋转蒸发50-60分钟,再将所得固体粉末放入真空干燥箱中以110-120℃的温度加热2-2.5小时,得到改性碳黑颗粒,备用。
4.根据权利要求1所述的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,步骤S3碳化钛表面镀PP,具体包括以下步骤:
S3.1:将0.2-0.3份PP粉末置于真空干燥箱中以80-85℃的温度干燥6-8小时,将所得干燥PP粉末与0.8-1份的二甲苯混合装入容器内,将容器通过油浴加热至125-130℃,加热50-60分钟,得到PP溶液;
S3.2:将0.8-1份碳化钛粉末与8-10份乙醇混合加入容器中,搅拌6-8分钟,再将步骤S3.1制得的PP溶液趁热加入容器内搅拌10-15分钟,将所得混合液过滤得到固体混合物,将固体混合物置于真空干燥箱中以80-85℃的温度烘干10-12小时,得到镀PP的碳化钛。
5.根据权利要求1所述的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,步骤S4碳纳米管去团聚,具体包括以下步骤:
S4.1:将0.5-1份多壁碳纳米管与10-11份乙醇混合加入容器内,搅拌4-5分钟,然后向容器内加入分散剂,搅拌10-15分钟,得到混合溶液;
S4.2:将步骤S4.1中得到的混合溶液投入珠磨机中,调节转速为2000-2200rpm,珠磨2-3小时,得到溶液A,备用。
6.根据权利要求1所述的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,步骤S5材料的球磨与压模,具体包括以下步骤:
S5.1:将步骤S2.5制得的改性碳黑颗粒与步骤S4.2刚制得的溶液A混合加入容器内,搅拌10-15分钟,将所得混合液置于真空干燥箱内以75-80℃的恒定温度烘干2-3小时,得到碳纳米管连结的碳黑颗粒;
S5.2:先将步骤S3.2中制得的镀PP的碳化钛与12-14份高密度聚乙烯投入球磨机中球磨20-25分钟,再依次投入4-5份聚烯烃弹性体和碳纳米管连结的碳黑颗粒,分别球磨15-20分钟,得到混合物料;
S5.3:将混合物料置于热压成型机内,调节热压温度180-200℃,压力18-20Mpa,压模15-20分钟,再在常温,压力18-20Mpa下压模10-12分钟,得到作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料。
7.根据权利要求2所述的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,步骤S1.1中的清洗剂为丙酮溶液。
8.根据权利要求3所述的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,步骤S2.1中进行辐照的离子为氦离子。
9.根据权利要求5所述的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺,其特征在于,步骤S4.1中的分散剂为辛基苯磺酸钠。
10.一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料,其特征在于,其由上述权利要求1-9任一项的一种作为PTC材料的高密度聚乙烯复合材料的制备工艺得到。
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PB01 | Publication | ||
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