一種聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料及其製備方法

2023-05-25 03:49:26

專利名稱：：一種聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料及其製備方法
技術領域：
：本發明涉及一種聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料及其製備技術。
背景技術：
：導電塑料具有普通塑料的優點(質量輕、價格低、耐腐蝕、易成型等)，同時擁有類金屬的導電特性，是一種理想的抗靜電、電磁屏蔽材料。以上這些功能的實現通常是通過在塑料基體中加入逾滲閾值濃度以上的導電填料來實現的，主要包括導電炭黑，金屬粉，金屬纖維，石墨纖維，碳纖維，碳納米管等。而導電炭黑是其中應用最為廣泛的導電填料。然而，導電炭黑填充熱塑性導電複合材料在實際的生產和應用中還存在不少問題，如在單一聚合物基體中添加的導電炭黑的含量需達到一較高濃度才能使最終的複合材料具有較好的導電性能。高的導電炭黑添加量至少產生如下不良後果1、材料成本的增加。2、材料綜合物理性能劣化，尤其是韌性。因此，降低整個體系的導電炭黑添加滲濾值是導電炭黑填充熱塑性導電複合材料的一個非常重要的研究和開發方向。中國專利CN101531786A中公開了一種黑色啞光導電塑料的製備方法。整個製備過程分為三步，第一步，先在雙螺杆擠出機上製備炭黑導電母粒；第二步，在雙螺杆擠出機上製備光母粒；第三步，將前兩步的母粒與聚苯乙烯，聚醯胺，增韌劑按一定比例混合抽粒即得光導電聚苯乙烯。該材料的導電性能是通過兩步來完成的，第一，製備高濃度炭黑導電母粒；第二，將導電母粒與聚合物基體共混抽粒稀釋。該專利使用的是特導電碳黑(比表面積達1000m2/g以上)，與普通高導碳黑相比，價格要高很多，且添加量仍需8-12份。製備過程包括兩步擠出工藝，生產成本比一步擠出工藝的要高。
發明內容本發明的目的在於克服現有技術存在的不足，提供一種低導電炭黑含量且綜合性能優良的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料。本發明的另一個目的在於提供上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料的製備方法。為實現以上目的，本發明採用如下技術方案一種聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，由以下重量份的組分組成聚碳酸酯50-80份聚乙烯樹脂10-30份導電炭黑6-12份相容劑2-6份。在上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料中，還可以添加有如下重量份的組分熱穩定劑0.1-0.3份。在上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料中，還可以添加有如下重量份的組分加工助劑0.1-0.3份。在上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料中，所述的聚碳酸酯的熔體流動速率為530g/10min(300°C,1.2KgASTMD-1238)。在上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料中，所述的聚乙烯樹脂為粉狀，其熔體流動速率為0.230g/10min(190°C，2.16kgISOl133)。在上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料中，所述的導電炭黑為高結構導電炭黑，其氮氣吸附值為150400m2/g。在上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料中，所述的相容劑優選為N-苯基馬來醯胺-苯乙烯共聚物、乙烯_丙烯酸丁酯_甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、馬來酸酐接枝聚烯烴中的一種或幾種的混合物。主要作為聚碳酸酯和聚乙烯兩相不相容體系的相容劑。在上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料中，所述的熱穩定劑優選為酚類、胺類、亞磷酸酯類、半受阻酚類、丙烯醯基官能團、硫代酯類中的一種或幾種的混合物。在上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料中，所述的加工助劑優選為低分子酯類、金屬皂類、硬脂酸複合酯類、醯胺類中的一種或幾種的混合物。上述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料的製備方法，包括如下步驟(1)導電聚乙烯基體的製備將聚乙烯樹脂、導電炭黑、熱穩定劑和加工助劑在高混機中混合均勻後，進入到同向雙螺杆擠出機中，在190°C-220°C的溫度下熔融擠出造粒。(2)將聚碳酸酯、相容劑和導電聚乙烯基體混合均勻後直接於注塑機中注塑最終得到產品。導電炭黑填充熱塑性導電複合材料要達到導電的目的，必須滿足兩個基本條件(1)導電炭黑分布所在的介質在整個體系中是連續的(此處指的是廣義上的連續，允許介質間存在微小間隙，對應導電機理中的隧道效應)。(2)導電炭黑粒子之間是導通的。包括兩個方面a，導電炭黑粒子之間是金屬接觸的；b，導電炭黑粒子之間存在微小間隙。相當於電容，在高壓高頻作用下電子很容易躍遷。在導電炭黑填充單一基體體系中，導電炭黑分布的連續介質只能是整個聚合物基體，導電炭黑的導通滲濾體積是整個聚合物基體，因此添加量較多。而本發明中所採用的是聚碳酸酯和聚乙烯的兩相不相容體系，通過選擇合理的聚合物種類，合適的配方比例和加工工藝，使整個體系形成兩相雙連續相結構，並利用導電炭黑對於不同聚合物親和性不同的特點將導電炭黑基本分布於其中的少組分相聚乙烯中，使得整個體系的導電炭黑導通滲濾有效體積大為減小，因此使得整個體系導通所需的導電炭黑添加量也大為減少。與現有技術相比，本發明具有如下有益效果(1)本發明整個複合材料的導電性能是通過形成兩相雙連續相結構，使導電炭黑選擇性的分布於其中的少組分連續相，通過讓少組分連續相導電來使得整個複合材料體系也同樣具有優異的導電性能。與稀釋導電母粒相比，其有效導通滲濾體積大大減小，因此使得整個複合材料的導電炭黑填充滲濾值大為降低。(2)與高濃度導電母粒的生產過程相比，本發明第一步導電聚乙烯基體的生產過程加入的導電炭黑明顯減少，加工便利性提高。(3)本發明整個生產過程只包括一步擠出工藝，與稀釋導電母粒過程相比，減少了一步擠出過程，有效降低生產成本。(4)可通過改變最終注塑成型過程中各種物料的比例來方便的調節最終產品的各項性能。具體實施例方式實施例1導電聚乙烯基體的製備將80公斤的熔體流動速率為0.9g/10min的低密度聚乙烯，20公斤的高結構導電炭黑，0.2公斤的複合穩定劑(抗氧劑1010抗氧劑168=11)和0.2公斤的硬脂酸鈣在轉速700rpm的高混機中混合10分鐘後，加入到螺杆轉速為400rpm的同向雙螺杆擠出機中進行擠出造粒，熔融擠出溫度為190°C。將65公斤的聚碳酸酯，30公斤的導電聚乙烯基體和5公斤的乙烯-丙烯酸丁酯_甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物混合均勻後直接注塑成型，注塑溫度為240°C，最終得到產品。上述產品具有很低的表面電阻率，能達到105Ω，缺口衝擊強度能達到70ΚJ/m2(IS0180-93)，熱變形溫度>120°C(IS075/1,1.8MPa)。具體性能如表1所示表1tableseeoriginaldocumentpage5實施例2導電聚乙烯基體的製備將140公斤熔體流動速率為0.9g/10min的低密度聚乙烯，60公斤的高結構導電炭黑，0.5公斤的複合穩定劑(抗氧劑1010抗氧劑168=11)和0.5公斤的硬脂酸鋅在轉速700轉/分的高混機中混合10分鐘後，加入到螺杆轉速為400rpm的同向雙螺杆擠出機中進行擠出造粒，熔融擠出溫度為220°C。將130公斤的聚碳酸酯，60公斤的導電聚乙烯基體和10公斤的馬來酸酐接枝聚乙烯混合均勻後直接注塑成型，注塑溫度為280°C，最終得到產品。上述產品具有很低的表面電阻率，能達到IO5Ω，具體性能如表2所示表2tableseeoriginaldocumentpage6實施例3導電聚乙烯基體的製備將60公斤熔體流動速率為0.9g/10min的低密度聚乙烯，24公斤的高結構導電炭黑，0.2公斤的複合穩定劑(抗氧劑1010抗氧劑168=11)和0.2公斤的硬脂酸鋅在轉速700轉/分的高混機中混合10分鐘後，加入到螺杆轉速為400rpm的同向雙螺杆擠出機中進行擠出造粒，熔融擠出溫度為220°C。將100公斤的聚碳酸酯，84公斤的導電聚乙烯基體和8公斤的N-苯基馬來醯胺_苯乙烯共聚物混合均勻後直接注塑成型，注塑溫度為280°C，最終得到產品。上述產品具有很低的表面電阻率，能達到IO3Ω，具體性能如表3所示表3tableseeoriginaldocumentpage7實施例4導電聚乙烯基體的製備將40公斤熔體流動速率為10.0g/10min的低密度聚乙烯，20公斤的高結構導電炭黑，0.2公斤的複合穩定劑(抗氧劑1010抗氧劑168=11)和0.2公斤的硬脂酸鋅在轉速700轉/分的高混機中混合10分鐘後，加入到螺杆轉速為400rpm的同向雙螺杆擠出機中進行擠出造粒，熔融擠出溫度為220°C。將120公斤的聚碳酸酯，60公斤的導電聚乙烯基體和6公斤的馬來酸酐接枝聚乙烯混合均勻後直接注塑成型，注塑溫度為280°C，最終得到產品。上述產品具有很低的表面電阻率，能達到IO5Ω，具體性能如表4所示表4tableseeoriginaldocumentpage7tableseeoriginaldocumentpage8實施例5導電聚乙烯基體的製備將20公斤熔體流動速率為30.0g/10min的低密度聚乙烯，12公斤的高結構導電炭黑，0.2公斤的複合穩定劑(抗氧劑1010抗氧劑168=11)和0.2公斤的硬脂酸鈣在轉速700轉/分的高混機中混合10分鐘後，加入到螺杆轉速為400rpm的同向雙螺杆擠出機中進行擠出造粒，熔融擠出溫度為220°C。將160公斤的聚碳酸酯，32公斤的導電聚乙烯基體和4公斤的N-苯基馬來醯胺_苯乙烯共聚物混合均勻後直接注塑成型，注塑溫度為280°C，最終得到產品。上述產品具有很低的表面電阻率，能達到IO6Ω，具體性能如表5所示表5tableseeoriginaldocumentpage8tableseeoriginaldocumentpage9權利要求一種聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，由以下重量份的組分組成聚碳酸酯50-80份聚乙烯樹脂10-30份導電炭黑6-12份相容劑2-6份。2.如權利要求1所述的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，還添加有如下重量份的組分熱穩定劑0.1-0.3份。3.如權利要求1或2所述的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，還添加有如下重量份的組分加工助劑0.1-0.3份。4.如權利要求1所述的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，所述的聚碳酸酯的熔體流動速率為530g/10min(300°C,l.2KgASTMD-1238)。5.如權利要求1所述的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，所述的聚乙烯樹脂為粉狀，其熔體流動速率為0.230g/10min(190°C，2.16kgIS01133)。6.如權利要求1所述的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，所述的導電炭黑為高結構導電炭黑，其氮氣吸附值為150400m2/g。7.如權利要求1所述的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，所述的相容劑為N-苯基馬來醯胺-苯乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯_甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物、馬來酸酐接枝聚烯烴中的一種或幾種的混合物。8.如權利要求1所述的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，所述的熱穩定劑為酚類、胺類、亞磷酸酯類、半受阻酚類、丙烯醯基官能團、硫代酯類中的一種或幾種的混合物。9.如權利要求1所述的聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料，其特徵在於，所述的加工助劑為低分子酯類、金屬皂類、硬脂酸複合酯類、醯胺類中的一種或幾種的混合物。10.權利要求1所述聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料的製備方法，包括如下步驟(1)導電聚乙烯基體的製備將聚乙烯樹脂、導電炭黑、熱穩定劑和加工助劑在高混機中混合均勻後，進入到同向雙螺杆擠出機中，在190°c-220°C的溫度下熔融擠出造粒。(2)將聚碳酸酯、相容劑和導電聚乙烯基體混合均勻後直接於注塑機中注塑最終得到產品。全文摘要本發明公開了一種聚碳酸酯/聚乙烯合金導電複合材料及其製備方法，由以下重量份的組分組成聚碳酸酯50-80份，聚乙烯樹脂10-30份，導電炭黑6-12份，相容劑2-6份。製備方法將聚乙烯樹脂、導電炭黑、熱穩定劑和加工助劑在高混機中混合均勻後，進入到同向雙螺杆擠出機中，在190℃-220℃的溫度下熔融擠出造粒。將聚碳酸酯、相容劑和導電聚乙烯基體混合均勻後直接於注塑機中注塑最終得到產品。本發明整個複合材料的導電炭黑填充滲濾值大為降低，而綜合性能優良。製備方法的加工便利性提高，生產成本降低。文檔編號C08K13/02GK101805503SQ20101014424公開日2010年8月18日申請日期2010年4月2日優先權日2010年4月2日發明者姜蘇俊,寧凱軍,寧方林,易慶鋒,蔣智強,蔡彤旻,陳健,龍傑明申請人:金髮科技股份有限公司;上海金髮科技發展有限公司