一种导电高分子材料及其制备方法与流程

文档序号:11098563阅读:1590来源:国知局

本发明属于高分子材料改性技术领域,具体涉及一种导电高分子材料及其制备方法。



背景技术:

导电高分子材料由于具有良好的正温度系数效应(PTC效应),材料的电阻会随温度的升高而增加,通常用来替代金属制成电加热元器件。炭黑特别是纳米导电炭黑因炭黑粒径小,比表面积大,通常将其添加到基材中制备导电高分子材料,但是高导电分子材料要求的体积电阻率极低,需要更多的导电通道,因此需要加入大量炭黑,易导致炭黑分散不良,与高分子材料的相容性更差,极大的影响了材料的柔韧性、物理机械性能和可加工性。

目前,复合型导电高分子材料种类繁多,但均存在导电性能、加工性能和力学性能相互矛盾的问题,因此如何权衡三者之间的关系成为厄待解决的问题。



技术实现要素:

本发明提供了一种导电高分子材料,解决了现有的导电高分子材料导电性能、加工性能和力学性能相互矛盾的问题。

本发明的第一个目的是提供一种导电高分子材料,其原料由以下重量份的组分组成:基础树脂50-80份、碳纳米管2-10份、导电炭黑10-15份、聚乙二醇1-2份、木质素2-5份、硬脂酸0.1-1份、环氧油0.1-1份、钛酸钡1-2份、抗氧化剂0.1-0.5份、聚二甲基硅氧烷0.1-0.5份。

优选的,本发明的导电高分子材料,其原料由以下重量份的组分组成:基础树脂50份、碳纳米管2份、导电炭黑10份、聚乙二醇1份、木质素2份、硬脂酸0.1份、环氧油0.1份、钛酸钡1份、抗氧化剂0.1份、聚二甲基硅氧烷0.1份。

优选的,本发明的导电高分子材料,其原料由以下重量份的组分组成:基础树脂65份、碳纳米管6份、导电炭黑12份、聚乙二醇1.5份、木质素3.5份、硬脂酸0.5份、环氧油0.5份、钛酸钡1.5份、抗氧化剂0.2份、聚二甲基硅氧烷0.2份。

优选的,本发明的导电高分子材料,其原料由以下重量份的组分组成:基础树脂80份、碳纳米管10份、导电炭黑15份、聚乙二醇2份、木质素5份、硬脂酸1份、环氧油1份、钛酸钡2份、抗氧化剂0.5份、聚二甲基硅氧烷0.5份。

优选的,所述基础树脂为乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺中的一种或几种。

优选的,所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂CA中的一种或几种。

本发明的第二个目的是提供一种导电高分子材料的制备方法,具体按照以下步骤实施:

步骤1,原料准备:按重量份分别称取50-80份的基础树脂、2-10份的碳纳米管、10-15份的导电炭黑、1-2份的聚乙二醇、2-5份的木质素、0.1-1份的硬脂酸、0.1-1份的环氧油、1-2份的钛酸钡、0.1-0.5份的抗氧化剂、0.1-0.5份的聚二甲基硅氧烷,备用;

步骤2,共混:将步骤1中称取的原料同时放入搅拌机中,以50-100r/min的速度搅拌15-30min,得到共混物;

步骤3,挤出:以6-12r/min的投料速度将步骤2的共混物加入双螺杆挤出机中,设置双螺杆挤出机挤出温度为170-190℃,挤出速率为50-150r/min进行挤出加工,得到挤出物;

步骤4,热压:将步骤3的挤出物放入热压温度为160-190℃的热压机中进行热压成型,热压3-10min后自然冷却,即得到所述导电高分子材料。

与现有技术相比,本发明的有益效果在于:

1)本发明提供的导电高分子材料同时添加了导电炭黑和粒径小,比表面积大的碳纳米管,导电性能好;同时,本发明还添加了聚乙二醇作为分散剂,可以使导电炭黑和碳纳米管均匀的分散在体系中,有助于提高材料的整体导电性能;

2)本发明提供的导电高分子材料添加了木质素、硬脂酸和环氧油,从而使材料的断裂拉伸强度提高、断裂伸长率增大,加热伸缩量减少,并且材料的低温柔性好,抗老化性好,具备优越的力学性能和加工性能;

3)本发明提供的导电高分子材料还添加了铁电材料钛酸钡,增强了导电高分子材料的PCT效应。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施,下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,但所举实施例不作为对本发明的限定。

下述各实施例中所述实验方法和检测方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可在市场上购买得到。

实施例1

一种导电高分子材料,其原料由以下重量份的组分组成:25份乙烯-醋酸乙烯酯、25份乙烯-丙烯酸甲酯、2份碳纳米管、10份导电炭黑、1份聚乙二醇、2份木质素、0.1份硬脂酸、0.1份环氧油、1份钛酸钡、0.1份抗氧剂1010、0.1份聚二甲基硅氧烷。

具体实施步骤如下:

步骤1,原料准备:按重量份分别称取25份的乙烯-醋酸乙烯酯、25份的乙烯-丙烯酸甲酯、2份的碳纳米管、10份的导电炭黑、1份的聚乙二醇、2份的木质素、0.1份的硬脂酸、0.1份的环氧油、1份的钛酸钡、0.1份的抗氧剂1010、0.1份的聚二甲基硅氧烷,备用;

步骤2,共混:将步骤1中称取的原料同时放入搅拌机中,以50r/min的速度搅拌30min,得到共混物;

步骤3,挤出:以6r/min的投料速度将步骤2的共混物加入双螺杆挤出机中,设置双螺杆挤出机挤出温度为170℃,挤出速率为50r/min进行挤出加工,得到挤出物;

步骤4,热压:将步骤3的挤出物放入热压温度为160℃的热压机中进行热压成型,热压3min后自然冷却,即得到所述导电高分子材料。

实施例2

一种导电高分子材料,其原料由以下重量份的组分组成:35份乙烯-醋酸乙烯酯、20份聚乙烯、10份聚吡咯、6份碳纳米管、12份导电炭黑、1.5份聚乙二醇、3.5份木质素、0.5份硬脂酸、0.5份环氧油、1.5份钛酸钡、0.15份抗氧剂1010、0.05份抗氧剂CA、0.2份聚二甲基硅氧烷。

具体实施步骤如下:

步骤1,原料准备:按重量份分别称取35份的乙烯-醋酸乙烯酯、20份的聚乙烯、10份的聚吡咯、6份的碳纳米管、12份的导电炭黑、1.5份的聚乙二醇、3.5份的木质素、0.5份的硬脂酸、0.5份的环氧油、1.5份的钛酸钡、0.15份的抗氧剂1010、0.05份的抗氧剂CA、0.2份的聚二甲基硅氧烷,备用;

步骤2,共混:将步骤1中称取的原料同时放入搅拌机中,以80r/min的速度搅拌25min,得到共混物;

步骤3,挤出:以10r/min的投料速度将步骤2的共混物加入双螺杆挤出机中,设置双螺杆挤出机挤出温度为180℃,挤出速率为100r/min进行挤出加工,得到挤出物;

步骤4,热压:将步骤3的挤出物放入热压温度为180℃的热压机中进行热压成型,热压6min后自然冷却,即得到所述导电高分子材料。

实施例3

一种导电高分子材料,其原料由以下重量份的组分组成:35份乙烯-醋酸乙烯酯、25份聚乙烯、10份聚丙烯、10份聚苯胺、10份碳纳米管、15份导电炭黑、2份聚乙二醇、5份木质素、1份硬脂酸、1份环氧油、2份钛酸钡、0.2份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂1076、0.1份抗氧剂CA、0.5份聚二甲基硅氧烷。

具体实施步骤如下:

步骤1,原料准备:按重量份分别称取35份的乙烯-醋酸乙烯酯、25份的聚乙烯、10份的聚丙烯、10份的聚苯胺、10份的碳纳米管、15份的导电炭黑、2份的聚乙二醇、5份的木质素、1份的硬脂酸、1份的环氧油、2份的钛酸钡、0.2份的抗氧剂1010、0.2份的抗氧剂1076、0.1份的抗氧剂CA、0.5份的聚二甲基硅氧烷,备用;

步骤2,共混:将步骤1中称取的原料同时放入搅拌机中,以100r/min的速度搅拌15min,得到共混物;

步骤3,挤出:以12r/min的投料速度将步骤2的共混物加入双螺杆挤出机中,设置双螺杆挤出机挤出温度为190℃,挤出速率为150r/min进行挤出加工,得到挤出物;

步骤4,热压:将步骤3的挤出物放入热压温度为190℃的热压机中进行热压成型,热压10min后自然冷却,即得到所述导电高分子材料。

测定实施例1-3制备出的导电高分子材料的各项性能参数,具体结果如表1所示。

表1各实施例制备的导电高分子材料的主要性能参数

由表1可知,本发明的导电高分子材料具备较好的导电性能、力学性能以及加工性能。本发明在添加导电炭黑的同时,还添加了粒径更小,比表面积更大的碳纳米管配合使用,使制备出的导电高分子材料具有良好的导电性能,为了使导电炭黑和碳纳米管在体系中分散均匀,本发明添加了聚乙二醇作为分散剂,以使导电材料均匀的分散在体系中,有助于提高材料的整体导电性能。

目前的复合型导电高分子材料一般都存在导电性能、加工性能和力学性能相互矛盾的问题,往往难以三者都兼顾,为了解决这个问题,本发明在导电高分子材料中添加了木质素、硬脂酸和环氧油,木质素分子因具有众多不同种类的活性官能基,因此在一定程度上能加强材料的力学强度,还能对材料的流变特性、热稳定性以及结晶度都会产生积极的影响,而硬脂酸和环氧烷的添加则能够配合使用以增强导电高分子材料的柔韧性。

铁电材料钛酸钡是一种高介电常数的物质,能够增强导电高分子材料的PCT效应,聚二甲基硅氧烷的添加则可以减少导电高分子材料制备过程中内部出现的气孔数量,增强了分子之间的联结强度。

尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

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