CN1243045C - 导电高分子材料的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的导电高分子材料的制造方法，其特征在于该方法是在高分子材料的制造过程中，物料尚处于熔融状态且即将进入冷却定型阶段时，将粉状导电填料喷洒或涂覆在材料的表面或模具的内表面，使粉状导电填料与熔融物料直接热复合，然后冷却定型得到表面导电的高分子材料。本发明在保证了材料导电性的前提下，因大大降低了导电填料的添加量，使表面复合层的厚度甚微，因而对高分子材料的加工性能和机械性能几乎没有影响，且生产过程简单，无能源消耗，生产成本低，投资少，适用范围广，效益高。
Description
技术领域
本发明属于导电高分子材料成型加工领域，具体涉及一种导电高分子材料的制造方法。
背景技术
导电高分子材料按制造方法的不同可分为结构型与复合型两大类。结构型导电高分子材料又称为本征导电高分子材料，是指分子结构本身具有导电性能的高分子材料，如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺等，由于这类材料刚性大，难于溶解和熔融，成型较困难，成本高，因此应用范围有限。复合型导电高分子材料是以高分子材料为基体，添加各种导电材料经混合分散成型而得到的具有导电特性的复合材料，它既有高分子材料的特性，又可在较大范围内调节材料的电学，力学及其它性能，易成型，目前已广泛应用于电子，能源，化工，宇航等领域。
目前复合型高分子材料所添加的导电材料有两类：一类是抗静电剂，另一类是导电填料。添加抗静电剂是高分子材料最常用的抗静电方法，其作用机理是，利用均匀混入材料中的抗静电剂分子逐步向表面扩散的特性，在材料表面形成导电层，降低表面电阻率，使产生的静电荷迅速泄漏；另外还因抗静电剂分子赋予了材料表面一定的润滑性，可降低摩擦系数，从而也抑制和减少了静电荷的产生(张福强，塑料，1995，24(2)：7)。该方法的特点是工艺简单，抗静电剂添加量低(0.1～4％)，对基材性能影响较小，但电阻率的降低有限，通常只能降到108～1010Ω.cm，且耐久性差，受外在因素如空气湿度等的影响较大，一般只在短期要求抗静电的场合下使用。因此，目前复合型高分子材料皆以添加导电填料为主。常用的导电填料有：炭系列，如石墨，炭黑和炭纤维等；金属系列，如金属粉末、碎片和纤维，镀金属的粉末和纤维等；其它种类，如无机盐和金属氧化物粉末等。由于添加导电填料是将填料与高分子材料共混制得内外性质均一产品，因此它最大的缺陷就是随着导电性的改善，材料的机械性能急剧下降、加工性变差(黄锐等，现代塑料加工应用，1993，(1)：34)。
为了在满足导电性的条件下，尽可能不降低材料的机械性能和加工性能，人们又改用用导电填料进行表面喷镀，如真空喷镀、火焰喷镀、离子电镀和在制品表面涂覆导电涂料等(范五一，塑料科技，1993(4)：7)，使之在聚合物制品表面形成导电层，产生导电性。由于这类方法皆是在制品生产后期实施的，工艺上称为制品的后处理。如果采用喷镀则需要专用的后处理设备，而喷镀设备价格昂贵，所处理制品的范围较窄，时间较长，生产成本较高。如果采用涂覆工艺则涂层均匀性和持久性又难以保证。或采用复合的方法。即用不加导电填料的聚合物作基层，用加入了导电填料的与基层相同的聚合物作表层，基层与表层采用热复合的方式成型导电材料，如中国专利ZL96228960。这种方法虽然解决了产品导电性与机械性能间的矛盾，但不能解决表层材料的加工性问题，同时也要增加成型设备的数量和成型工艺的复杂性。或是基材采用多相体系，通常为含导电填料的三相体系，如中国专利ZL00115414.1。由于所加的导电填料含量可以降低，一定程度上兼顾加工性能与机械性能。但加工过程复杂，生产成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种新的导电高分子材料的制造方法。
本发明提供的导电高分子材料的制造方法是在高分子材料的制造过程中，物料尚处于熔融状态且即将进入冷却定型阶段时，将粉状导电填料喷洒或涂覆在材料的表面或模具的内表面，使粉状导电填料与熔融物料直接热复合，然后冷却定型得到表面导电的高分子材料。
该方法对现有的高分子材料的成型方法而言，具体可这样实施：在挤出机口模与定型装置之间安装导电填料喷洒装置，将导电填料喷洒在挤出物的表面，使之在定型阶段与挤出基材复合，冷却得到表面导电的挤出型材；或将导电填料喷洒装置置于压延机主机与冷却装置之间，将导电填料涂覆于压延片材或板材或膜的一面或两面，并使填料与基材复合，冷却后得到表面导电的压延片材或板材或膜；或在注射和层压成型加工时，将导电填料直接涂覆于模具的内表面，使填料热复合在制品的表面，冷却后得到表面导电的聚合物制品。
在本发明中所使用的粉状导电填料选用石墨、碳黑、金属粉末、镀金属粉末、金属氧化物粉末中的任一种，其粒径小于0.15mm；可采用未经表面活性剂处理过的，也可采用市售的经表面活性剂处理过的粉状导电填料或自制的经表面活性剂处理过的粉状导电填料。自制时采用的表面活性剂为偶联剂、硅烷、硬脂酸、硬脂酸盐中的任一种。
本发明具有如下优点
1.由于本发明是在高分子材料成型过程中将导电填料直接与熔融基材进行表面热复合，不仅保证了材料的导电性，也大大降低了导电填料的添加量。
2.由于本发明热复合在材料上的导电填料的含量极小，使表面复合层的厚度甚微，因而对高分子材料的加工性能和机械性能几乎没有影响。
3.由于本发明采用的热复合工艺与已有的热复合工艺或制品的表面后处理工艺相比，生产过程简单，无能源消耗，大大降低了生产成本。
4.由于本发明仅需在现有的高分子材料成型设备上添加一个导电填料的喷涂装置，因而投资少，适用范围广，效益高。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只能用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术熟练人员根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
实施例1
本实施例是采用平板硫化机和Φ100×4圆片模具成型塑料圆片。
先将粒径为28nm的导电填料乙炔炭黑与表面处理剂异丙基三羧酰基钛酸酯在预热温度为100℃的高速混合机中混合30min，出料，备用；然后将表面处理过的乙炔炭黑，未经表面处理过的粒径为28nm乙炔炭黑、粒径为45nm色素炭黑(N660)、粒径为0.08mm铝粉、粒径为0.1mm铜粉等导电填料分别分次喷洒在平板硫化机中的模具型腔内表面；再放入高密度聚乙烯(HDPE 5000S)，并按模板温度160℃，预热10min，热压5min，压力20Mpa的工艺参数进行压制，或先将高密度聚乙烯(HDPE 5000S)放入平板硫化机中的模具型腔内，在模板温度160℃下进行预热熔融，然后将表面处理过的乙炔炭黑，未经表面处理过的乙炔炭黑、色素炭黑(N660)、铝粉、铜粉等导电填料分别分次喷洒在其熔融表面，再在压力20Mpa下热压5min得到制品。为了对比还按上述工艺参数压制了未加导电填料的高密度聚乙烯(HDPE 5000S)塑料圆片。
将所得圆片制品分别按GB/T1692-92、GB1840-80测定表面电阻率和冲击强度，测试结果见表1。
实施例2
本实施例也是采用平板硫化机和Φ100×4圆片模具成型橡胶圆片。
先将粒径为28nm的导电填料乙炔炭黑喷洒在平板硫化机中的模具型腔内表面，然后放入混合均匀的氯丁橡胶及助剂，并按模板温度150℃，预热5min，硫化20min，压力10Mpa的工艺参数进行压制，或先将混合均匀的氯丁橡胶及助剂放入平板硫化机中的模具型腔内，在模板温度150℃下进行预热熔融，然后将粒径为28nm的导电填料乙炔炭黑喷洒在其熔融表面，再在压力10Mpa下硫化20min得到制品。为了对比还按上述工艺参数压制了未加导电填料的氯丁橡胶及助剂的圆片。
将所得圆片制品分别按GB/T1692-92、GB/T14647-93测定表面电阻率和拉伸强度，测试结果见表2。
实施例3
本实施例是采用45单螺杆真空外定径管材挤出机组和Φ50×4的管机头口模成型管材。
先将聚氯乙烯及助剂加入单螺杆挤出机，并按螺杆三段温度分别为165℃，140℃，100℃，螺杆转速15rpm，牵引速度1m/min，定径段真空度为0.05Mpa的工艺参数进行熔融挤出，粒径为28nm乙炔炭黑通过压缩空气喷洒在挤出管材外表面，空气压力为0.01Mpa，然后进行定型、冷却、牵引、切割的管材制品。为了对比还按上述工艺参数挤出成型了未加导电填料的聚氯乙烯管材制品。
将所得管材制品分别按GB/T1692-92、GB/T5836.1-92测定表面电阻率和扁平试验，测试结果见表3。
表1
| 导电填料 | 表面电阻率(Ohm) | 冲击强度(kgf.cm/cm) |
| 无 | 4.59×1015 | 12.5 |
| 乙炔炭黑 | 3.26×103 | 12.8 |
| 经表面处理剂处理过的乙炔炭黑 | 1.26×103 | 12.6 |
| 色素炭黑(N660) | 1.47×104 | 12.3 |
| 铝粉 | 2.14×106 | 12.6 |
| 铜粉 | 7.53×107 | 12.4 |
表2
| 导电填料 | 表面电阻率(Ohm) | 拉伸强度(Mpa) |
| 无 | 5.27×1012 | 18.9 |
| 乙炔炭黑 | 2.45×103 | 19.1 |
表3
| 导电填料 | 表面电阻率(Ohm) | 扁平试验 |
| 无 | 8.52×1014 | 无破裂 |
| 乙炔炭黑 | 4.97×104 | 无破裂 |
Claims (5)
1、一种导电高分子材料的制造方法，其特征在于该方法是在高分子材料的制造过程中，物料尚处于熔融状态且即将进入冷却定型阶段时，将粉状导电填料喷洒或涂覆在材料的表面或模具的内表面，使粉状导电填料与熔融物料直接热复合，然后冷却定型得到表面导电的高分子材料。
2、根据权利要求1所述的导电高分子材料的制造方法，其特征在于粉状导电填料的粒径小于0.15mm。
3、根据权利要求1或2所述的导电高分子材料的制造方法，其特征在于粉状导电填料还可为经表面活性剂处理过的粉状导电填料。
4、根据权利要求1或2所述的导电高分子材料的制造方法，其特征在于粉状导电填料选用石墨、碳黑、金属粉末、镀金属粉末、金属氧化物粉末中的任一种。
5、根据权利要求3所述的导电高分子材料的制造方法，其特征在于粉状导电填料选用石墨、碳黑、金属粉末、镀金属粉末、金属氧化物粉末中的任一种。
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