專利名稱：一種高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尼龍復(fù)合材料，具體講，涉及一種高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，以及該復(fù)合材料的制備方法。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)和電子工業(yè)的高速發(fā)展，導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的應(yīng)用越來越廣泛。這類材料除了具有高分子材料固有的質(zhì)輕、易加工、高彈性、抗腐蝕、耐磨損等優(yōu)點外，還需具有一定的電性能以滿足作為抗靜電和導(dǎo)電材料、電磁屏蔽材料、自控溫發(fā)熱材料等領(lǐng)域 的需要。導(dǎo)電高分子復(fù)合材料是由絕緣聚合物基體和導(dǎo)電填料以一定的方式和加工工藝制成的一類功能高分子復(fù)合材料。常用的導(dǎo)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，炭黑由于原料易得，價格低廉，質(zhì)輕，導(dǎo)電性能持久穩(wěn)定，可以大幅度調(diào)整復(fù)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(yīng)用最廣、用量最大的導(dǎo)電填料。但是，炭黑的填充分數(shù)一般較大，往往導(dǎo)致復(fù)合材料韌性的下降，不能兼顧電學(xué)和力學(xué)性能上的使用要求。因此，降低炭黑的填充量和提高復(fù)合材料的韌性成為導(dǎo)電高分子復(fù)合材料的主要發(fā)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(dǎo)電滲濾閾值，提高電導(dǎo)率，但是隨之而來的問題是絕大多數(shù)共混體系都屬于熱力學(xué)不相容體系，存在微觀的相分離，如果界面結(jié)合不牢固，材料受到?jīng)_擊時界面發(fā)生分離，力學(xué)性能仍會下降。另一類是使用不同填料進行夾雜，發(fā)揮填料間的協(xié)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(xué)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(jì)30年代由美國杜邦公司開發(fā)并實現(xiàn)工業(yè)化以來，至今在激烈的市場競爭中仍保持領(lǐng)先地位，廣泛應(yīng)用于機械、儀表、汽車、包裝等行業(yè)。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(yīng)用范圍。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，采用官能團接枝的聚烯烴彈性體增韌方法制備高韌性尼龍合金，是目前增韌尼龍的最主要開發(fā)方向。聚烯烴彈性體增韌的三元復(fù)合體系同時具有較高導(dǎo)電性能和超高韌性的功能復(fù)合材料(缺口沖擊強度>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(dǎo)電填料僅分散于PA6相，橡膠相僅占據(jù)材料體積，間接提高了填料的有效含量，因此制備的三元復(fù)合材料在相同填料分數(shù)下得到更高的導(dǎo)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(fā)生反應(yīng)接枝，界面結(jié)合緊密，且橡膠粒子能夠發(fā)生塑性形變吸收大量的能量，導(dǎo)致復(fù)合材料沖擊強度大大提高。彈性體增增韌的納米復(fù)合材料兼具導(dǎo)電/抗靜電功能性和超高韌性的高性能?，F(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)公開以尼龍為基體樹脂，添加炭黑作為導(dǎo)電填料制備復(fù)合材料。本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)做了進一步的改進，制備出了一種高韌性的導(dǎo)電復(fù)合材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的首要發(fā)明目的在于提出一種高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料。本發(fā)明的第二發(fā)明目的在于提出該復(fù)合材料的制備方法。為了完成本發(fā)明的目的，采用的技術(shù)方案為本發(fā)明涉及一種高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，所述的復(fù)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%，占原料總重量O. 5 I. 5wt%的液體石蠟，優(yōu)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%，占原料總重量O. 75 I. 25wt%的液體石蠟。本發(fā)明的第一優(yōu)選技術(shù)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(fā)明的第二優(yōu)選技術(shù)方案為所述的炭黑選自乙炔炭黑、石墨炭黑、熱裂解炭黑、導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)電炭黑中的至少一種。本發(fā)明的第三優(yōu)選技術(shù)方案為所述的炭黑的粒徑為20 lOOnm，優(yōu)選25 80nm,更優(yōu)選30 50nm。本發(fā)明的第四優(yōu)選技術(shù)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(yōu)選I 1 ；POE-g-MA 與 SEBS-g-MA 合用，其重量比為 I :0. 5 I，優(yōu)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(yōu)選
I1 :1。本發(fā)明還涉及該高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料的制備方法，所述的制備方法包括以下步驟(I)將原料干燥后按比例稱重，混合后加入到高分子材料加工設(shè)備中220 280°C
熔融復(fù)合；(2)熔體下水冷卻，由切粒機牽引造粒；(3)粒料干燥后注塑成型。本發(fā)明制備方法的第一優(yōu)選技術(shù)方案為所述的高分子材料加工設(shè)備選自單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、雙輥開煉機、密煉機或壓延機。本發(fā)明制備方法的第二優(yōu)選技術(shù)方案為當(dāng)采用單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機進行加工時，所述擠出機各段的溫度為第一溫度區(qū)溫度220 260°C ；第二溫度區(qū)溫度230 270°C ；第三溫度區(qū)溫度240 280°C ；第四溫度區(qū)溫度240 280°C ;機頭溫度235 275 °C ；
螺桿轉(zhuǎn)速為30 120轉(zhuǎn)/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(fā)明制備方法的第三優(yōu)選技術(shù)方案為當(dāng)采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，并在混煉后進行熱壓成型，熱壓的條件為10 15MPa，熱壓時間為10 20分鐘。下面對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的解釋和說明具體制備方法如下本發(fā)明采用傳統(tǒng)的導(dǎo)電填料炭黑來獲得導(dǎo)電高分子復(fù)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(shè)備上一步法制備出導(dǎo)電性能優(yōu)良且韌性較高的三相復(fù)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(shù)下進一步提高了二元復(fù)合材料的導(dǎo)電性能，提高了填料的利用效率。因此，本發(fā)明的優(yōu)點和關(guān)出效果表現(xiàn)為 (I)本發(fā)明制備得到的材料的導(dǎo)電性能比炭黑/聚合物兩相復(fù)合材料的導(dǎo)電性能好；(2)本發(fā)明制備得到的材料的沖擊強度相對純基體和炭黑/聚合物兩相復(fù)合材料大巾畐提聞;(3)本發(fā)明采用一步法制備工藝，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并適于大規(guī)模的推廣應(yīng)用；(4)本發(fā)明使用基礎(chǔ)原料，原料價格低，顯著降低了成本，具有很強的價格優(yōu)勢。本發(fā)明的具體實施方式
僅限于對本發(fā)明做進一步的解釋和說明，并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
具體實施例方式下面通過幾個實施例對本發(fā)明進行具體的描述，但本發(fā)明的技術(shù)范圍包括但不限于這些實施例。實施例和比較例中所得材料導(dǎo)電性能的測試在PC40B型數(shù)字絕緣電阻測試儀(高阻計)和RTS-8型數(shù)字式四探針上完成的。當(dāng)樣品的電阻率低于108Q.cm時，用四探針進行電阻率測試，測試結(jié)果換算成電導(dǎo)率。懸臂梁沖擊強度的測試依據(jù)GB/T1843-2008進行，試樣為標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)電炭黑200g POE-g-MA 300gIOri
實施例 2~ PA6 550g 導(dǎo)電炭黑150g POE-g-MA 300gIOri
實施例 3~ PA6 600g 導(dǎo)電炭黑100g POE-g-MA 300gIOri
實施例 4~ PA6 700g 導(dǎo)電炭黑200g P0E-g-MA 100gIOri
權(quán)利要求
1.一種高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的復(fù)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%，占原料總重量O. 5 I. 5wt%的液體石蠟，優(yōu)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%，占原料總重量O. 75 I. 25wt%的液體石蠟。
2.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求I中所述的高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的炭黑選自乙炔炭黑、石墨炭黑、熱裂解炭黑、導(dǎo)電炭黑、超導(dǎo)電炭黑中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，其特征在于，所述的炭黑的粒徑為20 lOOnm，優(yōu)選25 80nm，更優(yōu)選30 50nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I中所述的高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，其特征在于，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(jù)權(quán)利要求5中所述的高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，其特征在于，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(yōu)選I :1 ； POE-g-MA與SEBS-g-MA合用，其重量比為I :0. 5 1，優(yōu)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(yōu)選 1:1:Io
7.—種如權(quán)利要求I所述的高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的制備方法包括以下步驟 (1)將原料干燥后按比例稱重，混合后加入到高分子材料加工設(shè)備中220 280°C熔融復(fù)合； (2)熔體下水冷卻，由切粒機牽引造粒； (3)粒料干燥后注塑成型。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述的高分子材料加工設(shè)備選自單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、雙輥開煉機、密煉機或壓延機。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，當(dāng)采用單螺桿擠出機或雙螺桿擠出機進行加工時，所述擠出機各段的溫度為 第一溫度區(qū)溫度220 260°C ； 第二溫度區(qū)溫度230 270°C ； 第三溫度區(qū)溫度240 280°C ； 第四溫度區(qū)溫度240 280°C ； 機頭溫度235 275 °C ； 螺桿轉(zhuǎn)速為30 120轉(zhuǎn)/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(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，當(dāng)采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，并在混煉后進行熱壓成型，熱壓的條件為10 15MPa，熱壓時間 為10 20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種尼龍復(fù)合材料，具體講，涉及一種高韌性導(dǎo)電尼龍復(fù)合材料，以及該復(fù)合材料的制備方法。所述的復(fù)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%，占原料總重量0.5～1.5wt%的液體石蠟。本發(fā)明制備得到的材料的導(dǎo)電性能比炭黑/聚合物兩相復(fù)合材料的導(dǎo)電性能好、制備得到的材料的沖擊強度相對純基體和炭黑/聚合物兩相復(fù)合材料大幅提高；本發(fā)明采用一步法制備工藝，易于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，并適于大規(guī)模的推廣應(yīng)用；本發(fā)明使用基礎(chǔ)原料，原料價格低，顯著降低了成本，具有很強的價格優(yōu)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(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者于中振, 張好斌, 胡娟, 何順倫, 余莉花 申請人:合肥利美科技有限公司