一種高韌性導電尼龍複合材料及其製備方法
2023-05-24 15:03:41 1
專利名稱：一種高韌性導電尼龍複合材料及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種尼龍複合材料，具體講，涉及一種高韌性導電尼龍複合材料，以及該複合材料的製備方法。
背景技術：
隨著科學技術和電子工業的高速發展，導電高分子複合材料的應用越來越廣泛。這類材料除了具有高分子材料固有的質輕、易加工、高彈性、抗腐蝕、耐磨損等優點外，還需具有一定的電性能以滿足作為抗靜電和導電材料、電磁屏蔽材料、自控溫發熱材料等領域 的需要。導電高分子複合材料是由絕緣聚合物基體和導電填料以一定的方式和加工工藝製成的一類功能高分子複合材料。常用的導電填料有①碳炭填料，如石墨、炭黑和碳纖維等；
②金屬填料，如金屬粉末、碎片和纖維，鍍金屬的粉末和纖維等；③其它填料，如無機鹽和金屬氧化物粉末等。其中，炭黑由於原料易得，價格低廉，質輕，導電性能持久穩定，可以大幅度調整複合材料的電阻率，同時具有增強、吸收紫外線等功能，是目前應用最廣、用量最大的導電填料。但是，炭黑的填充分數一般較大，往往導致複合材料韌性的下降，不能兼顧電學和力學性能上的使用要求。因此，降低炭黑的填充量和提高複合材料的韌性成為導電高分子複合材料的主要發展方向。目前，降低炭黑填充量的方法主要有兩大類，一類是使用兩種不相容的組分進行共混，使炭黑選擇性地分布在其中一相或兩相的界面上。這種方法在一定程度上能夠降低導電滲濾閾值，提高電導率，但是隨之而來的問題是絕大多數共混體系都屬於熱力學不相容體系，存在微觀的相分離，如果界面結合不牢固，材料受到衝擊時界面發生分離，力學性能仍會下降。另一類是使用不同填料進行夾雜，發揮填料間的協同作用，提高填料的利用效率。這種方法只是能在一定程度上減少材料力學性能的損失，但很難達到較高韌性。尼龍是工程塑料中最古老的品種之一，自20世紀30年代由美國杜邦公司開發並實現工業化以來，至今在激烈的市場競爭中仍保持領先地位，廣泛應用於機械、儀表、汽車、包裝等行業。但是，與金屬相比，尼龍還存在電絕緣、吸水率大，有一定脆性和難以承受重負荷等缺點，限制了其應用範圍。尼龍的增韌主要有以下三種途徑一是通過與聚烯烴及彈性體共混；二是摻混高韌性工程塑料；三是無機粒子增韌。其中，採用官能團接枝的聚烯烴彈性體增韌方法製備高韌性尼龍合金，是目前增韌尼龍的最主要開發方向。聚烯烴彈性體增韌的三元複合體系同時具有較高導電性能和超高韌性的功能複合材料(缺口衝擊強度>50KJ/m2)。其機理為聚烯烴彈性體在共混體系中一方面可以起到體積排除的作用，即促使導電填料僅分散於PA6相，橡膠相僅佔據材料體積，間接提高了填料的有效含量，因此製備的三元複合材料在相同填料分數下得到更高的導電性能。另一方面，聚烯烴彈性體的極性功能基團可與PA6上的氨基在熔融共混的過程中發生反應接枝，界面結合緊密，且橡膠粒子能夠發生塑性形變吸收大量的能量，導致複合材料衝擊強度大大提高。彈性體增增韌的納米複合材料兼具導電/抗靜電功能性和超高韌性的高性能。現有技術中已經公開以尼龍為基體樹脂，添加炭黑作為導電填料製備複合材料。本發明對現有技術做了進一步的改進，製備出了一種高韌性的導電複合材料。
發明內容
本發明的首要發明目的在於提出一種高韌性導電尼龍複合材料。本發明的第二發明目的在於提出該複合材料的製備方法。為了完成本發明的目的，採用的技術方案為本發明涉及一種高韌性導電尼龍複合材料，所述的複合材料原料的組成為聚合物基體50 80wt%，炭黑10 20wt%，馬來酸酐接枝的聚烯烴彈性體10 30wt%，佔原料總重量O. 5 I. 5wt%的液體石蠟，優選的組成為聚合物基體50 70wt%，炭黑15 20wt%，馬來酸酐接枝的聚烯烴彈性體15 30wt%，佔原料總重量O. 75 I. 25wt%的液體石蠟。本發明的第一優選技術方案為所述的聚合物基體選自尼龍6、尼龍9、尼龍11、尼 龍12、尼龍46、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍1010、尼龍1111、尼龍1212中的至少一種。本發明的第二優選技術方案為所述的炭黑選自乙炔炭黑、石墨炭黑、熱裂解炭黑、導電炭黑、超導電炭黑中的至少一種。本發明的第三優選技術方案為所述的炭黑的粒徑為20 lOOnm，優選25 80nm,更優選30 50nm。本發明的第四優選技術方案為所述的馬來酸酐接枝的聚烯烴彈性體中的聚烯烴彈性體選自三元乙丙橡膠、乙烯辛烯共聚物、氫化的苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的至少一種。其中，所述的聚烯烴彈性體選自三元乙丙橡膠、乙烯-辛烯共聚物、氫化的苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的兩種或三種；其中，POE-g-MA與EPDM-g-MA合用，其重量比為I :0. 5 1，優選I 1 ；POE-g-MA 與 SEBS-g-MA 合用，其重量比為 I :0. 5 I，優選 1:1;POE-g-MA、EPDM-g-MA 與 SEBS-g-MA 合用，其重量比為 I :0· 5 I :0· 5 1，優選
I1 :1。本發明還涉及該高韌性導電尼龍複合材料的製備方法，所述的製備方法包括以下步驟(I)將原料乾燥後按比例稱重，混合後加入到高分子材料加工設備中220 280°C
熔融複合；(2)熔體下水冷卻，由切粒機牽引造粒；(3)粒料乾燥後注塑成型。本發明製備方法的第一優選技術方案為所述的高分子材料加工設備選自單螺杆擠出機、雙螺杆擠出機、雙輥開煉機、密煉機或壓延機。本發明製備方法的第二優選技術方案為當採用單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機進行加工時，所述擠出機各段的溫度為第一溫度區溫度220 260°C ；第二溫度區溫度230 270°C ；第三溫度區溫度240 280°C ；第四溫度區溫度240 280°C ;機頭溫度235 275 °C ；
螺杆轉速為30 120轉/分鐘；所述的注塑溫度220 280°C，注射壓力60 80MPa，模具溫度40 90°C。本發明製備方法的第三優選技術方案為當採用雙輥開煉機進行加工時，所述的加工條件為混煉的溫度為230 250°C，混煉時間為10 30分鐘，並在混煉後進行熱壓成型，熱壓的條件為10 15MPa，熱壓時間為10 20分鐘。下面對本發明的技術方案作進一步的解釋和說明具體製備方法如下本發明採用傳統的導電填料炭黑來獲得導電高分子複合材料，同時加入馬來酸酐接枝的聚烯烴彈性體作為增韌劑，在普通高分子加工設備上一步法製備出導電性能優良且韌性較高的三相複合材料。同時，增韌劑的加入還起到了體積排除作用，在相同炭黑填充分數下進一步提高了二元複合材料的導電性能，提高了填料的利用效率。因此，本發明的優點和關出效果表現為 (I)本發明製備得到的材料的導電性能比炭黑/聚合物兩相複合材料的導電性能好；(2)本發明製備得到的材料的衝擊強度相對純基體和炭黑/聚合物兩相複合材料大巾畐提聞;(3)本發明採用一步法製備工藝，易於實現工業化生產，並適於大規模的推廣應用；(4)本發明使用基礎原料，原料價格低，顯著降低了成本，具有很強的價格優勢。本發明的具體實施方式
僅限於對本發明做進一步的解釋和說明，並不限制本發明的內容。
具體實施例方式下面通過幾個實施例對本發明進行具體的描述，但本發明的技術範圍包括但不限於這些實施例。實施例和比較例中所得材料導電性能的測試在PC40B型數字絕緣電阻測試儀(高阻計)和RTS-8型數字式四探針上完成的。當樣品的電阻率低於108Q.cm時，用四探針進行電阻率測試，測試結果換算成電導率。懸臂梁衝擊強度的測試依據GB/T1843-2008進行，試樣為標準I型試樣。實施例I 9 :按表I所示的比例稱取原料表I:
I聚合物基體~IWlI液體石賠
實施例 I~ PA6 500g 導電炭黑200g POE-g-MA 300gIOri
實施例 2~ PA6 550g 導電炭黑150g POE-g-MA 300gIOri
實施例 3~ PA6 600g 導電炭黑100g POE-g-MA 300gIOri
實施例 4~ PA6 700g 導電炭黑200g P0E-g-MA 100gIOri
權利要求
1.一種高韌性導電尼龍複合材料，其特徵在於，所述的複合材料原料的組成為聚合物基體50 80wt%，炭黑10 20wt%，馬來酸酐接枝的聚烯烴彈性體10 30wt%，佔原料總重量O. 5 I. 5wt%的液體石蠟，優選的組成為，聚合物基體50 70wt%，炭黑15 20wt%，馬來酸酐接枝的聚烯烴彈性體15 30wt%，佔原料總重量O. 75 I. 25wt%的液體石蠟。
2.根據權利要求I中所述的高韌性導電尼龍複合材料，其特徵在於，所述的聚合物基體選自尼龍6、尼龍9、尼龍11、尼龍12、尼龍46、尼龍66、尼龍610、尼龍612、尼龍1010、尼龍1111、尼龍1212中的至少一種。
3.根據權利要求I中所述的高韌性導電尼龍複合材料，其特徵在於，所述的炭黑選自乙炔炭黑、石墨炭黑、熱裂解炭黑、導電炭黑、超導電炭黑中的至少一種。
4.根據權利要求I中所述的高韌性導電尼龍複合材料，其特徵在於，所述的炭黑的粒徑為20 lOOnm，優選25 80nm，更優選30 50nm。
5.根據權利要求I中所述的高韌性導電尼龍複合材料，其特徵在於，所述的馬來酸酐接枝的聚烯烴彈性體中的聚烯烴彈性體選自三元乙丙橡膠、乙烯-辛烯共聚物、氫化的苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的至少一種。
6.根據權利要求5中所述的高韌性導電尼龍複合材料，其特徵在於，所述的聚烯烴彈性體選自三元乙丙橡膠、乙烯-辛烯共聚物、氫化的苯乙烯/ 丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的兩種或二種； 其中，POE-g-MA與EPDM-g-MA合用，其重量比為I :0. 5 1，優選I :1 ； POE-g-MA與SEBS-g-MA合用，其重量比為I :0. 5 1，優選I 1 ； POE-g-MA、EPDM-g-MA 與 SEBS-g-MA 合用，其重量比為 I :0· 5 I :0· 5 1，優選 1:1:Io
7.—種如權利要求I所述的高韌性導電尼龍複合材料的製備方法，其特徵在於，所述的製備方法包括以下步驟 (1)將原料乾燥後按比例稱重，混合後加入到高分子材料加工設備中220 280°C熔融複合； (2)熔體下水冷卻，由切粒機牽引造粒； (3)粒料乾燥後注塑成型。
8.根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，所述的高分子材料加工設備選自單螺杆擠出機、雙螺杆擠出機、雙輥開煉機、密煉機或壓延機。
9.根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，當採用單螺杆擠出機或雙螺杆擠出機進行加工時，所述擠出機各段的溫度為 第一溫度區溫度220 260°C ； 第二溫度區溫度230 270°C ； 第三溫度區溫度240 280°C ； 第四溫度區溫度240 280°C ； 機頭溫度235 275 °C ； 螺杆轉速為30 120轉/分鐘； 所述的注塑溫度220 280°C，注射壓力60 80MPa，模具溫度40 90°C。
10.根據權利要求7所述的製備方法，其特徵在於，當採用雙輥開煉機進行加工時，所述的加工條件為混煉的溫度為230 250°C，混煉時間為10 30分鐘，並在混煉後進行熱壓成型，熱壓的條件為10 15MPa，熱壓時間 為10 20分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種尼龍複合材料，具體講，涉及一種高韌性導電尼龍複合材料，以及該複合材料的製備方法。所述的複合材料原料的組成為聚合物基體50～80wt%，炭黑10～20wt%，馬來酸酐接枝的聚烯烴彈性體10～30wt%，佔原料總重量0.5～1.5wt%的液體石蠟。本發明製備得到的材料的導電性能比炭黑/聚合物兩相複合材料的導電性能好、製備得到的材料的衝擊強度相對純基體和炭黑/聚合物兩相複合材料大幅提高；本發明採用一步法製備工藝，易於實現工業化生產，並適於大規模的推廣應用；本發明使用基礎原料，原料價格低，顯著降低了成本，具有很強的價格優勢。
文檔編號C08L51/06GK102863783SQ20121038829
公開日2013年1月9日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者於中振, 張好斌, 胡娟, 何順倫, 餘莉花 申請人:合肥利美科技有限公司