本发明涉及一种改性聚碳酸酯，具体涉及一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯，属于高分子材料技术领域。
技术背景
聚碳酸酯(简称pc)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，根据酯基的结构可分为脂肪族、芳香族、脂肪族-芳香族等多种类型。聚碳酸酯是一种强韧的热塑性树脂，可由双酚a和氧氯化碳(cocl2)合成。pc是一种线型碳酸聚酯，分子中碳酸基团与另一些基团交替排列，这些基团可以是芳香族，可以是脂肪族，也可两者皆有。双酚a型pc是最重要的工业产品。pc是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。pc高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为600～900j/m，树脂可加工制成大的刚性制品。低于100℃时，在负载下的蠕变率很低。pc耐水解性差，不能用于重复经受高压蒸汽的制品。pc主要性能缺陷是耐水解稳定性不够高，对缺口敏感，耐有机化学品性，耐刮痕性较差，长期暴露于紫外线中会发黄。和其他树脂一样，pc容易受某些有机溶剂的侵蚀。pc材料具有阻燃性、耐磨性及抗氧化性。
中国发明专利(申请号为201010611811)公开了一种高性能导电聚碳酸酯材料及其制备方法。该专利通过选用聚碳酸酯材料和碳纳米管，同时加入增韧剂等使聚碳酸酯材料具有较高的弯曲模量、拉伸强度和冲击强度以及优异的导电性能。但通过该专利所述组成和方法获得的改性聚碳酸酯材料刚性不足，同时由于碳纳米管的特殊性，单单加入到聚碳酸酯材料中并不能获得很好的分散效果，其导电性能并不能完全体现，也使得此种聚碳酸酯材料的应用领域很窄。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提出了一种利用纳米碳管改性导电聚碳酸酯。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯，包括以下按重量份数计的组分：聚碳酸酯：70-80份，纳米碳管：10-15份，导电炭黑：0.5-1份，纳米高岭土：0.4-0.8份，改性空心玻璃微珠：0.5-1份，抗氧剂：0.4-0.8份，润滑剂：1-2份，相容剂：5-10份。
与普通聚碳酸酯相比，本发明的纳米碳管改性导电聚碳酸酯不仅在导电性能上有了极大的提升，且由于加入了纳米高岭土和改性玻璃微珠，改性玻璃微珠能够使纳米高岭土作为填料的流动性能增加，同时发挥其复合性能的作用，增加导电性能的同时具有高强度和高刚性。
再者，本发明纳米碳管改性聚碳酸酯材料中添加了纳米碳管(cnt)，为管状的纳米级石墨晶体，是单层或多层石墨片围绕中心轴按一定的螺旋角卷曲而成的无缝纳米级管，每层的c是sp2杂化，形成六边形平面的圆柱面。碳纳米管具有极高的强度、韧性，同时具有独特的导电性、很高的热稳定性和本征迁移率。本发明在添加碳钠米管的同时还添加了导电炭黑，与基体聚碳酸酯形成三者的三维复合网络，提高纳米碳管在聚碳酸酯材料中的分散性，从而大大提高改性聚碳酸酯材料的导电性能。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料中，所述纳米碳管为单壁纳米碳管。本发明采用的单壁碳纳米管，是由单层圆柱形石墨层构成，其直径大小的分布范围小、缺陷少，而且其电容量远远大于多壁碳纳米管。所以在本发明中加入单壁碳纳米管能大幅提高聚碳酸酯材料的导电性能。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料中，所述导电炭黑粒径为20-25nm。碳黑本身是半导体材料，导电碳黑具有较低的电阻率，能够使橡胶或塑料具有一定的导电性能。在本发明中，通过加入导电炭黑，使得到的改性聚碳酸酯材料导电性能增强。同时，该改性聚碳酸酯材料中纳米碳管与导电炭黑的重量份数比为10-30:1。在该比例范围内，炭黑颗粒可大大促进碳纳米管在聚碳酸酯材料中的分散，同时三者形成三维复合网络，增加了活性物质的相互接触，有效提高了该改性聚碳酸酯材料的导电性能。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料中，所述纳米高岭土的长径比为15-20:1。纳米高岭土是指高岭土原矿用破碎机进行粗、中碎以后，采用冲击磨进行一段超细粉碎，然后煅烧和气流超细粉碎等工艺精制而成的粉末高岭土。纳米高岭土作为改性塑料的增强、增韧及耐老化剂，在本发明中加入纳米高岭土，能使得到的改性聚碳酸酯材料兼具高强度、硬度，且耐老化。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料中，所述改性空心玻璃微珠为表面镀导电颗粒的空心玻璃微珠。空心玻璃微珠是一种经过特殊处理的玻璃微珠，是一种微米级新型轻质材料，其主要成分是硼硅酸盐，空心玻璃微珠是微小的球体，球型率大，具有滚珠轴承效应，能提高流动性，能降低混合物的黏度和内应力。且其具有质轻、低导热、强度高和良好的化学稳定性等优点。在本发明中，通过加入空心玻璃微珠，可对聚碳酸酯材料的综合力学性能进行改性，使其同时充当了改善加工流动性的固体润滑剂，能防止润滑不足和局部热分解，更容易挤出。
作为优选，所述导电颗粒为黑磷、铜中的一种或两种。黑磷是用白磷在很高压强和较高温度下转化而形成的，黑磷具有类似石墨的片状结构(波形层状结构),层之间的键合比层内的键合弱，与石墨相似，具有导电性。铜具有优良的导电性，一般用于电线中。在本发明空心玻璃微珠中镀上导电颗粒，能够使得到的改性空心玻璃微珠在其原有的性能基础上还含有导电的性能，在本发明中能使得到的改性聚碳酸酯材料导电性能进一步增强。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料中，所述相容剂为溴化聚丙烯、一乙醇胺中的一种或两种。上述相容剂能分别和聚碳酸酯及纳米碳管中的石墨相容，从而使聚碳酸酯与纳米碳管的混合体系在该相容剂的作用下形成稳定的混合物。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料中，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168中的一种或两者。上述种类的抗氧剂能显著改善聚碳酸酯材料的老化性能，为其在制作及使用过程中提供更好的老化保护，进而提高该聚碳酸酯材料的使用寿命。
在上述的一种高强度高刚性石墨烯改性聚丙烯材料中，所述润滑剂为硬脂酸钙、硅酮粉、低分子聚乙烯蜡中一种或几种。润滑剂的加入能有效降低聚碳酸酯材料加工过程中所出现的高剪切力和高摩擦力，改善改性聚碳酸酯材料，避免聚合物高温受热分解和产品质量的下降。
本发明的另一个目的在于提供一种上述纳米碳管改性聚碳酸酯材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤:
按上述重量份数称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，加入到混料机中混合均匀，将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入脱模剂，得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料的制备方法中，所述混合时间为5-10min。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料的制备方法中，所述混料机的设定转速为300-600rpm/min。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料的制备方法中，所述双螺杆挤出机选用强剪切的螺杆组合。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料的制备方法中，加入的脱模剂的质量为改性聚碳酸酯材料的0.01％-0.03％。脱模剂是一种介于模具和成品之间的功能性物质。脱模剂有耐化学性，在与不同树脂的化学成份(特别是苯乙烯和胺类)接触时不被溶解。脱模剂还具有耐热及应力性能，不易分解或磨损。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料的制备方法中，所述脱模剂为硅油、聚乙二醇、低分子量聚乙烯中的一种或多种。
在上述的一种纳米碳管改性导电聚碳酸酯材料的制备方法中，所述双螺杆挤出机的主机转速25-35hz，主喂料15-25hz，侧喂料8-18hz，温度设定为230-250℃。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1、本发明在聚碳酸酯材料的基础上，加入了纳米碳管和导电炭黑，能形成三者的三维复合网络，提高纳米碳管在聚碳酸酯材料中的分散性，从而大大提高改性聚碳酸酯材料的导电性能。
2、本发明的纳米碳管改性导电聚碳酸酯不仅在导电性能上有了极大的提升，且由于加入了纳米高岭土和改性玻璃微珠，改性玻璃微珠能够使纳米高岭土作为填料的流动性能增加，同时发挥其复合性能的作用，增加导电性能的同时具有高强度和高刚性。
3、本发明纳米碳管改性聚碳酸酯材料成分配置合理，同时采用了特定的制备方法，并在制备过程中加入脱模剂，使得到的聚碳酸酯材料具有高导电性，同时兼具高强度和高刚性。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
表1：本发明实施例1-5纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组成成分及其重量份
实施例1：
按表1中实施例1称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为20nm，纳米高岭土的长径比为15:1，改性空心玻璃微珠表面镀铜。
将上述组分加入到混料机中混合5min，混料机的转速为300rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.01％的脱模剂，脱模剂选用硅油，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速25hz，主喂料15hz，侧喂料8hz，温度设定为230℃。
实施例2：
按表1中实施例2称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为20.5nm，纳米高岭土的长径比为15.5:1，改性空心玻璃微珠表面镀黑鳞。
将上述组分加入到混料机中混合5.5min，混料机的转速为330rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.012％的脱模剂，脱模剂选用硅油，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速26hz，主喂料16hz，侧喂料9hz，温度设定为232℃。
实施例3：
按表1中实施例3称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为21nm，纳米高岭土的长径比为16:1，改性空心玻璃微珠表面镀铜。
将上述组分加入到混料机中混合6min，混料机的转速为360rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.014％的脱模剂，脱模剂选用聚乙二醇，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速27hz，主喂料17hz，侧喂料10hz，温度设定为234℃。
实施例4：
按表1中实施例4称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为21.5nm，纳米高岭土的长径比为16.5:1，改性空心玻璃微珠表面镀铜和黑鳞。
将上述组分加入到混料机中混合6.5min，混料机的转速为390rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.016％的脱模剂，脱模剂选用低分子量聚乙烯，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速28hz，主喂料18hz，侧喂料11hz，温度设定为236℃。
实施例5：
按表1中实施例5称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为22nm，纳米高岭土的长径比为17:1，改性空心玻璃微珠表面镀铜。
将上述组分加入到混料机中混合7min，混料机的转速为420rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.018％的脱模剂，脱模剂选用硅油和聚乙二醇，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速29hz，主喂料19hz，侧喂料12hz，温度设定为238℃。
表2：本发明实施例6-10纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组成成分及其重量份
实施例6：
按表2中实施例6称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为22.5nm，纳米高岭土的长径比为17.5:1，改性空心玻璃微珠表面镀铜和黑鳞。
将上述组分加入到混料机中混合7.5min，混料机的转速为450rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.02％的脱模剂，脱模剂选用硅油、聚乙二醇和低分子量聚乙烯，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速30hz，主喂料20hz，侧喂料13hz，温度设定为240℃。
实施例7：
按表2中实施例7称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为23nm，纳米高岭土的长径比为18:1，改性空心玻璃微珠表面镀铜。
将上述组分加入到混料机中混合8min，混料机的转速为480rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.022％的脱模剂，脱模剂选用低分子量聚乙烯，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速31hz，主喂料21hz，侧喂料14hz，温度设定为242℃。
实施例8：
按表2中实施例8称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为23.5nm，纳米高岭土的长径比为18.5:1，改性空心玻璃微珠表面镀黑鳞。
将上述组分加入到混料机中混合8.5min，混料机的转速为510rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.024％的脱模剂，脱模剂选用聚乙二醇，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速32hz，主喂料22hz，侧喂料15hz，温度设定为244℃。
实施例9：
按表2中实施例9称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为24.5nm，纳米高岭土的长径比为19:1，改性空心玻璃微珠表面镀铜。
将上述组分加入到混料机中混合9min，混料机的转速为560rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.027％的脱模剂，脱模剂选用聚乙二醇和低分子量聚乙烯，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速34hz，主喂料23hz，侧喂料17hz，温度设定为247℃。
实施例10：
按表2中实施例10称取纳米碳管改性聚碳酸酯材料的组分，其中纳米碳管为单壁纳米碳管，导电炭黑粒径为25nm，纳米高岭土的长径比为20:1，改性空心玻璃微珠表面镀黑鳞和铜。
将上述组分加入到混料机中混合10min，混料机的转速为600rpm/min。将混合均匀后的物料倒入双螺杆挤出机中挤出造粒，造粒的同时加入质量为聚碳酸酯材料0.03％的脱模剂，脱模剂选用硅油、聚乙二醇和低分子量聚乙烯，挤出得纳米碳管改性聚碳酸酯粒料。其中双螺杆挤出机为强剪切的螺杆组合，其主机转速35hz，主喂料25hz，侧喂料18hz，温度设定为250℃。
对比例1：
选取市售聚碳酸酯材料采用如实施例1中所述的方法制成聚碳酸酯粒料。
对比例2：
与实施例1的区别仅在于，该对比例改性聚碳酸酯材料中不含有纳米碳管，其他与实施例1相同，此处不再累述。
对比例3：
与实施例1的区别仅在于，该对比例改性聚碳酸酯材料中不含有导电炭黑，其他与实施例1相同，此处不再累述。
对比例4：
与实施例1的区别仅在于，该对比例改性聚碳酸酯材料中不含有纳米高岭土，其他与实施例1相同，此处不再累述。
对比例5：
与实施例1的区别仅在于，该对比例改性聚碳酸酯材料中不含有改性空心玻璃微珠，其他与实施例1相同，此处不再累述。
对比例6：
与实施例1的区别仅在于，该对比例改性聚碳酸酯材料在制备过程中不含有脱模剂，其他与实施例1相同，此处不再累述。
对上述实施例1-10及对比例1-6中制得的聚碳酸酯材料进行性能检测，测试条件见表3，测试结果见表4。
表3：实施例1-10及对比例1-6中聚碳酸酯的性能测试条件
表4：实施例1-10及对比例1-6中聚碳酸酯的性能测试结果
与现有技术相比，本发明在聚碳酸酯基础上，加入了纳米碳管、导电炭黑以及纳米高岭土和改性空心玻璃微珠，既能够发挥其复合作用，又能使各种成分相容，增强聚碳酸酯的作用。不仅成分配置合理，且采用特定的方法，从以上数据可以看出，改性后的聚碳酸酯导电性能强，同时兼具其他力学性能。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。