一種新型低填充導電複合材料及其製備方法
2023-06-03 10:00:36
專利名稱：一種新型低填充導電複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明屬於高分子材料領域，涉及一種導電複合材料及其製備方法。
背景技術：
隨著科技進步和生活水平的提高，各種家用或工業用電子、電器和自動控制領域對導電材料的要求日益提高，對這些儀器或設備的輕型化、微型化正在成為其發展趨勢，儘管金屬銀、銅、鋁等金屬具有很好的導電能力，但由於其比重大，價格貴等局限嚴重限制了其應用範圍。而聚合物具有低比重、易加工等優點，但其體積電阻率一般為101° 102°Ω/ cm之間，長期以來作為絕緣材料使用。將質輕、易加工成型的高分子變成能導電且能替換金屬使用的材料成為一個極具潛力的領域。目前，根據導電高分子材料的結構、組成及製備工藝的不同，可以將其分為結構型和複合型兩大類。結構型導電高分子材料是指高分子本身結構具有導電性或經化學摻雜後具有導電性的一類高分子材料，雖然目前有少數共軛高分子如聚乙炔等在導電性能上和傳統高分子相比有質的飛躍，其導電能力提高了一百萬倍。 但由於這類高分子本身合成方法複雜，成本較高且綜合性能仍然不足以替代成熟的金屬材料，因此在實際應用中受到很大限制。複合型導電高分子主要是通過在高分子基體中添加導電性能良好的粒子如石墨、金屬粉等，在過去幾十年的研究及應用過程中，這類導電高分子無論是在理論上還是在工藝上都已取得了長足進步。目前較多的是用碳黑或石墨粒子增加基體的導電性，如 CN1438363，CN1255512, CN1242286, CN1584140, CN1903935, CN1903938 等以及添加金屬粒子如CN1605604。然而，困擾或阻礙這類材料的最大問題在於需要較高的填充量才能達到較為理想的導電效果，即導電逾滲值相對較高，這主要是源於這些填料和高分子基體相容性和密度相差較大，導致不能有效分散，而且高填充的結果在造成較高的成本的同時必然導致基體材料力學性能的較大降低。因此，本領域缺乏一種低填充下具備較好的導電能力，而且其基體具備較好的綜合力學性能的導電高分子複合材料。
發明內容
本發明的目的在於針對現有技術的缺點提供一種低填充且具備優良的導電能力及綜合力學性能的導電高分子材料及其製備方法。本發明的技術方案如下以兩種或多種性能互補而又不相容的高分子混合物作為基體，通過控制基體組員的比例使之在共混物中形成雙連續相或海島結構，利用性能優異的碳納米管作為導電填料，使其選擇性存在於其中一相中形成導電通道，從而大大減少其填充量，利用簡單的熔融共混工藝製備出低填充導電高分子複合材料。—種新型低填充導電複合材料，包含以下組分及其重量份數基體100份碳納米管0. 1 5份；
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所述的基體由以下材料及其重量比共混獲得芳香族聚酯1橡膠或熱塑性彈性體按 0.25 4。所述的芳香族聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯中的一種或幾種。所述的橡膠為丁腈橡膠、異戊二烯橡膠、三元乙丙橡膠和納米端羧基丁腈橡膠中的一種或幾種。所述的熱塑性彈性體為乙烯-辛烯共聚物。所述的乙烯-辛烯共聚物的級別為通用級、擠出級或注塑級。所述的碳納米管為單壁、雙壁或多壁碳納米管。所述的碳納米管為未改性的碳納米管、羧基化碳納米管或羥基化碳納米管。所述的碳納米管的直徑為2-50nm ；長度為0. 5_30 μ m ；羧基化和羥基化碳納米管中羧基和羥基的重量含量範圍為0. 73-3. 2#t%。一種新型低填充導電複合材料的製備方法，包含步驟(1)將芳香族聚酯與橡膠或熱塑性彈性體，以及碳納米管按所述比例加入到高分子材料加工設備中；(2)熔融混煉，混煉溫度為240-280°C，螺杆轉速為30-120r/min，混煉時間為 5_15min。(3)將所得樣品在240-280°C溫度下熱壓成膜。所述的高分子材料加工設備為密煉機、雙輥開煉機、單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機。與現有技術相比，本發明製備的新型低填充導電複合材料，與現有其他導電高分子複合材料相比，具有以下突出優點通過性能互補而又不相容的高分子作為基體，其混合基體具備較好的綜合物理性能尤其是力學性能；碳納米管作為導電粒子選擇性分散在其中一種基體中形成導電通道，從而大大減少了其導電逾滲值；所選擇的成型工藝簡單易操作， 便於大規模生產。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明，而不是限制本發明的範圍。實施例1將40份聚對苯二甲酸乙二醇酯(美國杜邦，415HPNC)，10份三元乙丙橡膠 (Keltan 1446A)，未改性直徑10_20nm，長度為20-30 μ m多壁碳納米管0. 05份(中國科學院成都有機化學有限公司)，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為275°C，螺杆轉速為 90r/mino混煉時間為lOmin。將所得樣品在275°C條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所示。實施例2將40份聚對苯二甲酸丙二醇酯(美國Siell，特性粘數0. 9dL/g)，10份異戊二烯橡膠(，日本，NIPOL)，未改性直徑10-20nm，長度為20-30μπι多壁碳納米管2. 5份(中國科學院成都有機化學有限公司)，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為240°C，螺杆轉速為60r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。 數值如表1所示。實施例3將40份聚對苯二甲酸丁二醇酯(美國GE，310SE0-BK)，10份納米端羧基丁腈橡膠 (美國，CTBN 1300X8F)，未改性直徑10-20nm，長度為20-3(^111多壁碳納米管1份(中國科學院成都有機化學有限公司)，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為245°C，螺杆轉速為60r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。 數值如表1所示。實施例4將40份聚對苯二甲酸丁二醇酯(美國GE，310SE0-BK)，10份納米端羧基丁腈橡膠 (美國，CTBN 1300X8F)，未改性直徑10-20nm，長度為0. 5-2μπι多壁碳納米管1份(中國科學院成都有機化學有限公司)，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為245°C，螺杆轉速為60r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。 數值如表1所示。實施例5將10份聚對苯二甲酸乙二醇酯(美國杜邦，415HPNC)，40份三元乙丙橡膠 (Keltan 1446A)，直徑30-50nm，長度為20-30 μ m羥基化多壁碳納米管1份(中國科學院成都有機化學有限公司，羥基含量為0. 73wt% )，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為 275°C，螺杆轉速為90r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在275°C條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所示。實施例6將10份聚對苯二甲酸乙二醇酯(美國杜邦，415HPNC)，40份三元乙丙橡膠 (Keltan 1446A)，直徑30-50nm，長度為0. 5-2 μ m羥基化多壁碳納米管1份(中國科學院成都有機化學有限公司，羥基含量為0. 73wt% )，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為 275°C，螺杆轉速為90r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在275°C條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所示。實施例7將10份聚對苯二甲酸乙二醇酯(美國杜邦，415HPNC)，40份異戊二烯橡膠(日本， NIPOL)，直徑2-lOnm，長度為0. 5-2 μ m羥基化多壁碳納米管1份(中國科學院成都有機化學有限公司，羥基含量為0. 73wt % )，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為275°C，螺杆轉速為90r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在275°C條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所示。實施例8將36份聚對苯二甲酸丁二醇酯(美國GE，310SE0_BK)，14份乙烯-辛烯共聚物 (美國杜邦，POE 7256)，直徑30-50nm，長度為20-30 μ m羧基化多壁碳納米管1份(中國科學院成都有機化學有限公司，羧基含量為0. 73wt% )，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為M5°C，螺杆轉速為60r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所示。實施例9
將36份聚對苯二甲酸丁二醇酯(美國GE，310SE0_BK)，18份乙烯-辛烯共聚物 (埃克森美孚，POE 5061，擠出級)，直徑30-5011111，長度為20-3(^111羧基化多壁碳納米管1 份(中國科學院成都有機化學有限公司，羧基含量為1. 86wt% )，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為M5°C，螺杆轉速為90r/pm。混煉時間為IOmin。將所得樣品在條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所示。實施例10將36份聚對苯二甲酸丁二醇酯(美國GE，310SE0_BK)，14份乙烯-辛烯共聚物 (埃克森美孚，POE 8201，通用級)，直徑30-50nm，長度為20-30 μ m羧基化多壁碳納米管1 份(中國科學院成都有機化學有限公司，羧基含量為3. 24wt% )，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為M5°C，螺杆轉速為60r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所示。實施例11將36份聚對苯二甲酸丁二醇酯(美國GE，310SE0_BK)，14份乙烯-辛烯共聚物 (三井化學，POE DF610，注塑級)，直徑10-20nm，長度為20-30 μ m羧基化多壁碳納米管2. 5 份(中國科學院成都有機化學有限公司，羧基含量為0. 73wt%。)，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為M5°C，螺杆轉速為60r/pm。混煉時間為IOmin。將所得樣品在條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所示。比較例1將40份聚對苯二甲酸乙二醇酯(美國杜邦，415HPNC)，10份三元乙丙橡膠 (Keltan 1446A)，加入轉矩流變儀中進行混煉。混煉溫度為275°C，螺杆轉速為90r/pm。混煉時間為lOmin。將所得樣品在275°C條件下熱壓成膜，測量樣品的電阻率。數值如表1所不。表 權利要求
1.一種低填充導電複合材料，其特徵在於由以下組分及其重量份數製備基體100份碳納米管0.1 5份。
2.根據權利要求1所述的低填充導電複合材料，其特徵在於所述的基體由以下材料及其重量比共混獲得芳香族聚酯1橡膠或熱塑性彈性體按 0. 25 4。
3.根據權利要求2所述的低填充導電複合材料，其特徵在於所述的芳香族聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯中的一種或幾種。
4.根據權利要求2所述的低填充導電複合材料，其特徵在於所述的橡膠為丁腈橡膠、 異戊二烯橡膠、三元乙丙橡膠和納米端羧基丁腈橡膠中的一種或幾種。
5.根據權利要求2所述的低填充導電複合材料，其特徵在於所述的熱塑性彈性體為乙烯-辛烯共聚物；所述的乙烯共聚物的級別為通用級、擠出級或注塑級。
6.根據權利要求1所述的低填充導電複合材料，其特徵在於所述的碳納米管為單壁、 雙壁或多壁碳納米管。
7.根據權利要求1所述的低填充導電複合材料，其特徵在於所述的碳納米管為未改性的碳納米管、羧基化碳納米管或羥基化碳納米管。
8.根據權利要求1所述的低填充導電複合材料，其特徵在於所述的碳納米管的直徑為2-50nm ；長度為0. 5-30 μ m ；羧基化和羥基化碳納米管中羧基和羥基的重量含量範圍為 0. 73-3. Mwt %。
9.一種製備權利要求1-8中任一所述的低填充導電複合材料的方法，其特徵在於包含步驟(1)將芳香族聚酯與橡膠或熱塑性彈性體，以及碳納米管按所述比例加入到高分子材料加工設備中；(2)熔融混煉，混煉溫度為240-280°C，螺杆轉速為30-120r/min，混煉時間為5-15min。(3)將所得樣品在溫度下熱壓成膜。
10.根據權利要求9所述的方法，其特徵在於所述的高分子材料加工設備為密煉機、 雙輥開煉機、單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機。
全文摘要
本發明涉及一種新型低填充導電複合材料及其製備方法。該複合材料包含以下組分及其重量份數基體100份，碳納米管0.1～5份；所述的基體由芳香族聚酯與橡膠或熱塑性彈性體按重量比為1∶0.25～4共混獲得。本發明製備的低填充導電複合材料通過性能互補而又不相容的高分子作為基體，其混合基體具備較好的綜合物理性能尤其是力學性能；碳納米管作為導電粒子選擇性分散在其中一種基體中形成導電通道，從而大大減少了其導電逾滲值；所選擇的成型工藝簡單易操作，便於大規模生產。
文檔編號C08L9/00GK102558773SQ201010587710
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者陳珍明 申請人:上海傑事傑新材料(集團)股份有限公司