CN104842568A - 导电高分子材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于导电高分子技术领域，具体涉及一种导电高分子材料的制备方法。解决了现有技术中复合型导电高分子材料的制备方法导电填料用量大、制备成本高的技术问题，进一步提高了导电高分子材料的导电性能。本发明的导电高分子材料是经复合高分子颗粒模压成型、发泡后模压成型或者发泡的同时模压成型得到，其中，复合高分子颗粒，由芯层和包覆芯层的导电层组成，芯层的材料为热塑性高分子材料，导电层的材料为热塑性高分子材料和导电填料的复合材料。该方法使用的导电填料少、成本低，且工艺简单，易于连续大批量生产，制备的导电高分子材料的体积电阻率为50-7×104Ω·cm。
Description
技术领域
本发明属于导电高分子技术领域，具体涉及一种导电高分子材料的制备方法。
背景技术
导电高分子材料一般可分为结构型和复合型两类。结构型导电材料，是指高分子自身结构或经过一定的掺杂后具有导电功能的材料，一般由电子高度离域的共轭聚合物通过适当电子受体或供体进行掺杂后得到。其导电机理主要是通过聚合物分子中的电子π域(结构中带有共轭双键，π键电子作为载流子)引入导电性基团或者掺杂一些其他物质通过电荷变换形成导电性。复合型导电材料，是以高分子材料为基体，加入一定量的导电填料后，复合而成的材料，兼有高分子材料的加工性和导电填料的导电性。结构型导电高分子材料因受诸多因素限制，应用较少。复合型导电高分子材料具有加工性好、工艺简单、耐腐蚀、电阻率可调范围大、价格低等优点，因此广泛的应用于医学工程、电磁屏蔽材料、吸波材料、光电材料、抗静电材料、金属防腐材料、气敏材料、电致变色材料等领域。
现有技术中的复合型导电高分子材料的制备方法，是将导电填料(如金属)与高分子材料熔融共混或者液体共混得到导电性原材料，然后将导电性原材料模压成型，依靠导电填料构成的网络实现导电功能。但是，液体共混法工艺复杂，熔融共混的方法虽然加工简单，但导电填料的用量较大，成本较高。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中复合型导电高分子材料的制备方法导电填料用量大、成本较高的技术问题，进一步提高导电高分子材料的导电性能，提供一种导电高分子材料的制备方法。
本发明的导电高分子材料的制备方法：
将复合高分子颗粒模压成型，得到导电高分子材料；
或者将复合高分子颗粒发泡后模压成型，得到导电高分子材料；
或者将复合高分子颗粒发泡的同时模压成型，得到导电高分子材料；
所述复合高分子颗粒，由芯层和包覆芯层的导电层组成；
所述芯层的材料为热塑性高分子材料；
所述导电层的材料为热塑性高分子材料和导电填料的复合材料，且导电层中的热塑性高分子材料与芯层的热塑性高分子材料相同或者不同，导电层的表面电阻率为30-2×105Ω。
优选的，将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在110-270℃，5-16MPa压力下，模压4-20min，得到导电高分子材料。
优选的，将复合高分子颗粒放置在高压釜中，在140-180℃，二氧化碳压力为5-10MPa下，发泡0.5-1.5h，得到发泡的复合高分子颗粒，然后将发泡的复合高分子颗粒加入成型机中，0.2-0.4MPa水蒸气压力下模压成型，得到导电高分子材料。
优选的，将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在110-180℃，二氧化碳压力为10-20MPa下，模压1-4h，得到导电高分子材料。
优选的，所述芯层的直径为1-5mm。
优选的，所述导电层的平均厚度为30-500μm。
优选的，所述热塑性高分子材料为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚酰胺(PA)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、三元乙丙橡胶(EPDM)、氯化聚乙烯(CPE)、热塑性聚氨酯弹性体(TPU)、可发性乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中一种或几种的混合。
优选的，所述导电填料为炭黑、碳纤维、碳纳米管、黄铜纤维、不锈钢纤维、铝粉、铜粉、镍粉、铁粉、镀镍玻璃球、镀银玻璃球、镀银玻璃纤维、镀银云母中的一种或多种的混合。
优选的，所述复合高分子颗粒通过双层共挤挤出机挤出造粒获得。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明通过双层共挤技术制备表面涂覆有导电高分子的复合高分子颗粒，并与模压成型工艺相结合来获得导电高分子材料制品的方法，与现有的高分子材料熔融共混工艺相比，具有导电性材料用量小，制备成本底的优点，且工艺简单，易于连续大批量生产。采用该方法制备的导电高分子材料比采用现有熔融共混工艺制备的导电高分子材料，在同样的材料组成的情况下导电性更好，该方法制备导电高分子材料体积电阻率为50-7×104Ω·cm。
附图说明
图1为本发明的复合高分子颗粒的结构示意图；
图2为本发明的复合高分子颗粒模压成型后得到的导电高分子材料的结构示意图；
图中，1、芯层，2、导电层。
具体实施方式
为了进一步了解本发明，下面结合附图进一步说明本发明。
本发明的导电高分子材料的制备方法：可以是将复合高分子颗粒模压成型，如将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在110-270℃，5-16MPa压力下，模压4-20min，得到导电高分子材料；也可以是将复合高分子颗粒发泡后，模压成型，如将复合高分子颗粒放置在高压釜中，在140-180℃，二氧化碳压力为5-10MPa下，发泡0.5-1.5h，得到发泡的复合高分子颗粒，然后将发泡的复合高分子颗粒加入EPP成型机中，0.2-0.4MPa水蒸气压力下模压成型，得到导电高分子材料；还可以是将复合高分子颗粒发泡的同时模压成型，如将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在110-180℃，二氧化碳压力为10-20MPa下，模压1-4h，得到导电高分子材料。
其中，复合高分子颗粒，如图1所示，由芯层1和包覆在芯层1外的导电层2组成，芯层1的直径为1-5mm，芯层1的材料为热塑性高分子材料，导电层2为管状结构，导电层2的平均厚度为30-500μm，导电层2的材料为热塑性高分子材料和导电填料的复合材料，且导电层2中的热塑性高分子材料与芯层1的热塑性高分子材料可以相同也可以不同一般导电层2的厚度越厚，制备的导电高分子材料的导电性能越好。
本发明中，芯层1的热塑性高分子材料可以为PE、PP、PVC、PS、PC、PA、PET、EPDM、CPE、TPU、可发性EVA、ABS中一种或几种的混合。导电层2的材料可以商购也可以实验室制备，导电层2的材料中的热塑性高分子材料和导电填料的配比没有限制，只要表面电阻率为30-2×105Ω即可。其中，热塑性高分子材料也可以为PE、PP、PVC、PS、PC、PA、PET、EPDM、CPE、TPU、可发性EVA、ABS中一种或几种的混合；导电填料可以为炭黑、碳纤维、碳纳米管、黄铜纤维、不锈钢纤维、铝粉、铜粉、镍粉、铁粉、镀镍玻璃球、镀银玻璃球、镀银玻璃纤维、镀银云母中的一种或多种的混合。
本发明的复合高分子颗粒可以采用双层共挤挤出机挤出造粒获得，即在芯层材料挤出的同时，挤出导电层材料，导电层材料涂覆在芯层材料形成的料条表面，冷却、切粒，即得到复合高分子颗粒。需要说明的是，双层共挤挤出机挤出造粒为现有技术，工艺条件只要达到芯层材料和导电层材料的熔点以上，实现挤出即可。根据成型工艺，芯层1一般为圆柱形，导电层2一般为圆管形，导电层2套在芯层1外，导电层2的内壁与芯层1的外壁紧密接触。
本发明的复合高分子颗粒制备导电高分子材料的模压成型工艺，发泡后模压成型工艺，以及发泡的同时模压成型工艺，皆为现有技术，具体工艺条件采用复合高分子颗粒熔点以上温度即可，形状、压力和时间依据具体需要确定。
如图2所示，本发明的复合高分子颗粒表面具有可塑性的导电层2，在复合高分子颗粒模压成型时，复合高分子颗粒熔融后在压力作用下相互粘结而成为一个整体，同时复合高分子颗粒表面的导电层2之间相互熔合形成具有导电性的通路，使得制备的高分子材料具有优异导电性，经试验，本发明的导电高分子材料的体积电阻率为50-7×104Ω·cm。
以下结合实施例具体说明本发明。
实施例1
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为PP，导电层为导电PP的复高分子颗粒，其中，导电PP的表面电阻率为300Ω，导电层平均厚度为110μm，芯层的直径为1mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在185℃，5MPa压力下模压5min，制成10mm厚的平板，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为2×102Ω·cm。
实施例2
将实施例1步骤一得到的复合高分子颗粒放置在高压釜中，在155℃，5MPa二氧化碳压力下发泡1h，得到发泡的复合高分子颗粒，然后将发泡的复合高分子颗粒加入EPP成型机中，0.39MPa水蒸气压力下模压成型，得到泡沫材料(发泡倍率：20倍)，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为6×103Ω·cm。
实施例3
将实施例1步骤一得到的复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在160℃温度，16MPa二氧化碳压力下模压2h，得到泡沫材料，即为导电高分子材料，测得其体积电阻为5×103Ω·cm。
实施例4
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为PP，导电层为导电PE的复高分子颗粒，其中，导电PE的表面电阻率为30Ω，导电层平均厚度为30μm，芯层的直径为1.5mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在185℃，10MPa压力下模压4min，制成10mm厚的平板，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为50Ω·cm。
实施例5
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为可发性EVA，导电层为导电EVA的复高分子颗粒，其中，导电EVA的电阻率为100Ω，导电层平均厚度为100μm，芯层的直径为5mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在165℃，15MPa压力下模压20min，制成10mm厚的平板，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为8×102Ω·cm。
实施例6
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为PE，导电层为导电EVA的复高分子颗粒，其中，导电EVA的表面电阻率为2×105Ω，导电层平均厚度为500μm，芯层的直径为4mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在180℃，10MPa压力下模压8min，制成10mm厚的平板，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为7×102Ω·cm。
实施例7
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为ABS/PVC合金(ABS/PVC重量比为60/40)，导电层为导电PVC/ABS合金(ABS/PVC重量比为60/40)的复高分子颗粒，导电层中，导电PVC/ABS合金的表面电阻率为3×104Ω，导电层平均厚度为80μm，芯层的直径为3mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在180℃，10MPa压力下模压10min，制成10mm厚的平板，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为9×102Ω·cm。
实施例8
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为PET/PC合金(PET/PC重量比为70/30)，导电层为导电PET/PC合金(PET/PC重量比为70/30)的复高分子颗粒，导电层中，导电PET/PC合金的表面电阻率为5×103Ω，导电层平均厚度为100μm，芯层的直径为2mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在270℃，10MPa压力下模压15min，制成10mm厚的平板，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为5×102Ω·cm。
实施例9
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为PVC/PP/EPDM/CPE合金(PVC/PP/EPDM/CPE重量比为25/25/25/25)，导电层为导电CPE的复高分子颗粒，其中，导电CPE的表面电阻率为800Ω，导电层平均厚度为100μm，芯层的直径为3mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在183℃，11MPa压力下模压10min，制成10mm厚的平板，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为4×102Ω·cm。
实施例10
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为PA1010/TPU(PA1010/TPU重量比为50/50)，导电层为导电TPU的复高分子颗粒，其中，导电TPU的表面电阻率为40Ω，导电层平均厚度为250μm，芯层的直径为2mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在200℃，8MPa压力下模压6min，制成10mm厚的平板，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为50Ω·cm。
实施例11
步骤一、采用双层共挤挤出机挤出制备芯层为PS，导电层为导电PS的复高分子颗粒，其中，导电PS的表面电阻率为4×102Ω，导电层平均厚度为75μm，芯层的直径为1mm；
步骤二、将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在110℃，16MPa二氧化碳压力下模压4h，得到泡沫材料，即为导电高分子材料，测得其体积电阻率为7×104Ω·cm。
对比例1
将实施例1获得的复合高分子颗粒加入到密炼机中185℃熔融塑化混合10min，再填充在平板硫化机的模具中，在185℃，10MPa压力下5min，模压成10mm厚的平板，测定其体积电阻率为7.2×1010Ω·cm。
通过对比例1与实施例1-11可以看出，本发明的方法制备的导电高分子材料比采用普通熔融共混工艺制备的导电高分子材料，在同样的材料组成的情况下导电性更好，本发明的方法制备的导电高分子材料体积电阻率为50-7×104Ω·cm。
显然，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (9)
1.导电高分子材料的制备方法：
将复合高分子颗粒模压成型，得到导电高分子材料；
或者将复合高分子颗粒发泡后模压成型，得到导电高分子材料；
或者将复合高分子颗粒发泡的同时模压成型，得到导电高分子材料；
其特征在于，
所述复合高分子颗粒，由芯层和包覆芯层的导电层组成；
所述芯层的材料为热塑性高分子材料；
所述导电层的材料为热塑性高分子材料和导电填料的复合材料，且导电层中的热塑性高分子材料与芯层的热塑性高分子材料相同或者不同，导电层的表面电阻率为30-2×105Ω。
2.根据权利要求1所述的导电高分子材料的制备方法，其特征在于，将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在110-270℃，5-16MPa压力下，模压4-20min，得到导电高分子材料。
3.根据权利要求1所述的导电高分子材料的制备方法，其特征在于，将复合高分子颗粒放置在高压釜中，在140-180℃，二氧化碳压力为5-10MPa下，发泡0.5-1.5h，得到发泡的复合高分子颗粒，然后将发泡的复合高分子颗粒加入成型机中，0.2-0.4MPa水蒸气压力下模压成型，得到导电高分子材料。
4.根据权利要求1所述的导电高分子材料的制备方法，其特征在于，将复合高分子颗粒填充在平板硫化机的模具中，在110-180℃，二氧化碳压力为10-20MPa下，模压1-4h，得到导电高分子材料。
5.根据权利要求1-4任何一项所述的导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述芯层的直径为1-5mm。
6.根据权利要求1-4任何一项所述的导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述导电层的平均厚度为30-500μm。
7.根据权利要求1-4任何一项所述的导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述热塑性高分子材料为聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、三元乙丙橡胶、氯化聚乙烯、热塑性聚氨酯弹性体、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、可发性乙烯-乙酸乙烯共聚物中一种或几种的混合。
8.根据权利要求1-4任何一项所述的导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述导电填料为炭黑、碳纤维、碳纳米管、黄铜纤维、不锈钢纤维、铝粉、铜粉、镍粉、铁粉、镀镍玻璃球、镀银玻璃球、镀银玻璃纤维、镀银云母中的一种或多种的混合。
9.根据权利要求1-4任何一项所述的导电高分子材料的制备方法，其特征在于，所述复合高分子颗粒通过双层共挤挤出机挤出造粒获得。
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