專利名稱：聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料及其制備的工 藝方法及相關性能研究，在已有的聚酯/石墨納米導電復合材料制備方法的基礎上，通過 添加碳纖維經簡單熔融共混插層的方法制備出了導電性能好且機械力學性能優(yōu)異的聚酯/ 納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料。
背景技術：
聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種最常見的飽和聚酯，廣泛用于制造纖維、薄 膜、瓶子、工程塑料等許多領域。PBT具有耐熱性、耐候性、耐藥品性、吸水性小、光澤良好，廣 泛應用于電子電器、汽車零件、機械、家用品等。近年來聚合物基導電復合材料由于具有密 度小、導電性能優(yōu)良以及耐化學腐蝕性好等優(yōu)點而得到廣泛的推廣和應用。但是，據目前報 道以聚合物作為基體的導電復合材料，多以碳黑、金屬粉、金屬氧化物等作為導電填料，采 用插層聚合或溶液插層的制備工藝，這種聚合物基導電復合材料往往需要較多的導電填料 才能達到理想的導電效果，導電填料含量一般在15 25%范圍內。填料含量的增加以及與 基體弱的界面粘合作用使得此類聚合物基導電復合材料加工性能和力學性能變差，從而限 制了其應用。在我們以前的研究成果中報道了采用熔融插層的方法制備了聚酯/石墨納米導 電復合材料，此法制備的聚酯基石墨納米復合材料在導電填料含量較少的情況下就可以獲 得較高的體積電導率，其滲濾閾值在4 5 %。與其它聚合物基導電復合材料相比無機導電 填料的含量有了大幅度的降低，從而降低了生產成本。但是，此法制備的聚酯/石墨納米導 電復合材料隨著石墨的加入使得其力學性能較純聚酰胺基體有所下降，這樣也限制了其工 業(yè)化應用。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于發(fā)明一種既具有較好抗靜電性能、一定范圍的屏蔽性能、導電性 能優(yōu)良且加工性能好、力學性能優(yōu)異，可滿足工業(yè)化應用的聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高 強導電復合材料及其制備方法。本發(fā)明的目的實現的技術方法是，所述復合材料由聚酯、膨脹倍數在100倍以上 的膨脹石墨和增強體碳纖維組成，各組分的質量份為聚酯100份、膨脹倍數在100倍以上 的膨脹石墨1 8份和增強體碳纖維1 30份；所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對
苯二甲酸丁二醇酯。所述增強體碳纖維為各種牌號及不同長徑比碳纖維。所述膨脹石墨為納米膨脹石墨(納米石墨片)。聚酯和納米膨脹石墨的最佳質量份比為100 8。實驗結果表明，本發(fā)明具有較低的滲濾閾值和較高的電導率以及優(yōu)異的機械力學性能。碳纖維作為增強材料，本身就具有良好的導電性能，因此隨著碳纖維的加入，在復合 材料內部與膨脹石墨實現良好的導電網絡，賦予主基體優(yōu)異的導電性能。同時，碳纖維還具 有增強作用，聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維復合材料的拉伸強度、彎曲強度以及沖擊強度等 相對于純聚酯基體都有大幅度的提高，與其它聚合物基導電復合材料相比也高出許多。因 此，聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料具有廣闊的工業(yè)化前景，有望在防靜電 材料、電磁屏蔽材料、微波吸收等領域獲得廣泛的應用。上述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料的制備方法，包括以下步 驟1)將天然鱗片石墨加入到濃硫酸和濃硝酸的混合液中浸泡24士3小時，然后將天 然鱗片石墨經洗滌、干燥處理后，在溫度為900 1100°C的馬弗爐中加熱膨脹處理，得到膨 脹倍數在100倍以上的膨脹石墨；再將膨脹石墨分散在70%的乙醇水溶液中放置24士 1小 時后，超聲4士0.2小時得到納米石墨片(納米膨脹石墨)；2)將納米石墨片(納米膨脹石墨)1 8份與主基體聚酯100份混合均勻后與增 強體碳纖維1 30份一起加入到既能提供剪切力又能同時將聚合物加熱到熔點以上的設 備中熔融共混，即得到導電復合材料；所述聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸 丁二醇酯。所述天然鱗片石墨顆粒度為100 i! m 500 u m。所述增強體碳纖維為不同長徑比的碳纖維。本發(fā)明利用碳纖維優(yōu)異的導電性能以及可以作為聚合物增強填料的優(yōu)點，在已取 得研究成果的基礎上，通過加入碳纖維，采用熔融共混的方法制備出了聚酯/納米膨脹石 墨/碳纖維高強導電復合材料。具體方法是將一定配比的納米膨脹石墨和主基體聚酯置于 高速混合機充分攪拌，使之混合均勻；然后將其和碳纖維置于密煉機(如哈克轉矩流變儀、 雙螺桿擠出機等)中，升溫至基體熔點以上進行混煉，從而得到導電復合材料。該制備方法 簡單易行，成本較低。
具體實施例方式1、制備膨脹石墨將天然鱗片石墨(粒度100 ii m 500 u m)加入到質量比為4 1的濃硫酸和濃 硝酸的混合液中浸泡24小時，然后經洗滌、干燥處理后，在溫度為900 1100°C的馬弗爐中 加熱膨脹處理，得到膨脹倍數在100倍以上的膨脹石墨，待用。2、制備納米石墨片將膨脹石墨分散在70%的乙醇水溶液中放置24小時，然后超聲4小時得到納米石 墨片(納米膨脹石墨)，待用。3.復合材料的共混將一定配比的納米膨脹石墨和主基體置于高速混合機中，充分攪拌lOmin，使填料 納米膨脹石墨在基體中分散均勻。下面主基體聚酯以PET為例，具體舉例說明納米膨脹石墨(納米石墨片)占總體系質量份數的8份和100份主基體PET在高 速混合機上充分攪拌混合均勻后，將其和2 30份增強體碳纖維料分別轉移至密煉機(哈克轉矩流變儀或雙螺桿擠出機)中于270°C條件下混煉8min，出料，即得高強度導電復合材 料。復合材料的電導率數據及各力學性能數據見表一。表一 納米膨脹石墨占總體系質量份數的1份(或2份、或3份或4份或5份或6份、或 7份)時和和100份主基體PET在高速混合機上充分攪拌混合均勻后，將其和2 30份增 強體碳纖維料分別轉移至密煉機(哈克轉矩流變儀或雙螺桿擠出機)中于270°C條件下混 煉8min，出料，即得高強度導電復合材料。復合材料的電導率數據及各力學性能數據與表一 相似。主基體聚酯與納米膨脹石墨的最佳質量份比為100 8。主基體聚酯采用聚對苯二甲酸丁二醇酯，其工藝過程、材料質量比和制得的復合 材料的電導率數據及各力學性能數據，與主基體聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)的相 似。
權利要求
聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料，其特征在于所述復合材料由主基體聚酯、膨脹倍數在100倍以上的膨脹石墨和增強體碳纖維組成，各組分的質量份為主基體聚酯100份、膨脹倍數在100倍以上的膨脹石墨1～8份和增強體碳纖維1～30份；所述主基體聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯。
2.根據權利要求1所述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料，其特征在于 所述增強體碳纖維為各種牌號及不同長徑比碳纖維。
3.—種如權利要求1所述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料的制備方 法，其特征在于包括以下步驟1)將天然鱗片石墨加入到濃硫酸和濃硝酸的混合液中浸泡24士3小時，然后將天然鱗 片石墨經洗滌、干燥處理后，在溫度為900 1100°C的馬弗爐中加熱膨脹處理，得到膨脹倍 數在100倍以上的膨脹石墨；再將膨脹石墨分散在70%的乙醇水溶液中放置24士 1小時 后，超聲4士0.2小時得到納米石墨片；2)將納米石墨片1 8份與主基體聚酯100份混合均勻后與增強體碳纖維1 30份 一起加入到既能提供剪切力又能同時將聚合物加熱到熔點以上的設備中熔融共混，即得到 導電復合材料；所述主基體聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯。
4.根據權利要求4所述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料的制備方法， 其特征在于所述天然鱗片石墨顆粒度為100 y m 500 u m。
5.根據權利要求4所述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料的制備方法， 其特征在于所述增強體碳纖維為不同長徑比的碳纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強導電復合材料及其制備方法，復合材料由聚酯、膨脹倍數在100倍以上的膨脹石墨和增強體碳纖維組成，各組分的質量份為主基體聚酯100份、膨脹倍數在100倍以上的膨脹石墨1～8份和增強體碳纖維1～30份；所述主基體聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯。本發(fā)明在聚酯/石墨納米復合材料體系中添加增強體碳纖維制備了高強度、高導電性的復合材料。碳纖維和膨脹石墨含量較少，體系的體積電導率可達10-2S/m，體系的力學性能優(yōu)異，拉伸強度可以達到66.48MPa，彎曲強度達到153.81MPa，沖擊強度為19.23kJ/m2。
文檔編號C08L67/02GK101875758SQ200910264350
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月21日 優(yōu)先權日2009年12月21日
發(fā)明者張明, 曹振東, 李滿 申請人:揚州大學