聚苯胺?碳纤维复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了聚苯胺?碳纤维复合材料，包括如下组分：聚苯胺、碳纤维、硝酸亚铈、氧化锌、肉桂酸、硅酮粉、EPR、二甲基硅油、芥酸酰胺、偏锑酸钠、聚乙烯蜡、乌洛托品、乙烯基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸酯份、乙烯?醋酸乙烯酯共聚物、EVA、N,N?二甲基甲酰胺。本发明还提供了所述聚苯胺?碳纤维复合材料的制备方法。本实施例制备的聚苯胺?碳纤维复合材料具有良好的导电性，同时拉伸强度和断裂伸长率值高，综合性能优良，此外还具有良好的导热和抗静电性，充分发挥了材料的各自的优点，市场前景广阔。
【专利说明】
聚苯胺-碳纤维复合材料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及复合材料领域，具体涉及聚苯胺-碳纤维复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚苯胺的主链上含有交替的苯环和氮原子，是一种特殊的导电聚合物。聚苯胺由于合成简单，价格低廉，耐高温，抗氧化性好，电导率高和电致变色等优点，在二次电池、抗静电及吸波材料、防腐蚀材料、超级电容器、选择性透过膜、传感器、分子导线及分子器件等方面有着一定的应用。然而，为了更好的应用，聚苯胺材料的抗静电性、导电、导热性等方面还有待进一步提尚。
[0003]碳纤维是含碳量在90%以上的高强度高模量纤维，是用分解温度低于熔融温度的纤维聚合物，通过千度以上固相热解而制成。其种类包括有聚丙烯腈基碳纤维(PAN基碳纤)、沥青基碳纤维、粘胶基碳纤维。碳纤维具有高强度、质量轻、耐疲劳、性能优良、模量大和热膨胀系数低等优点，应用范围广。然而，纤维中的碳分子平面是沿纤维轴取向，表面呈化学惰性，与热塑性树脂基体之间亲和力较差，难以形成化学键连接并且界面存在不相容组分，界面粘结强度低，复合时容易在界面上形成孔隙和缺陷，增强体与基体树脂难以形成有效粘结，影响复合材料综合性能的发挥。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供聚苯胺-碳纤维复合材料及其制备方法。
[0005]为了实现本发明的目的，本发明提供聚苯胺-碳纤维复合材料，包括如下重量份数的组分:聚苯胺45-66份、碳纤维13-19份、硝酸亚铺5-9份、氧化锌3-6份、肉桂酸5-10份、娃酮粉3-7份、EPR 2-5份、二甲基硅油2-8份、芥酸酰胺3-7份、偏锑酸钠2-5份、聚乙烯蜡2-6份、乌洛托品4-7份、乙烯基三乙氧基硅烷3-9份、邻苯二甲酸酯2-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-4份、EVA 1-3份、N ,N-二甲基甲酰胺65-120份。
[0006]优选地，所述碳纤维为PAN基碳纤维。
[0007]优选地，包括如下重量份数的组分:聚苯胺49份、碳纤维17份、硝酸亚铈6份、氧化锌5份、肉桂酸8份、硅酮粉6份、EPR 4份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏锑酸钠3份、聚乙烯蜡4份、乌洛托品6份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、邻苯二甲酸酯3份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物3份、EVA 2份、N，N-二甲基甲酰胺98份。
[0008]优选地，所述包括如下重量份数的组分:聚苯胺63份、碳纤维16份、硝酸亚铈7份、氧化锌5份、肉桂酸8份、硅酮粉4份、EPR 3份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏锑酸钠4份、聚乙烯蜡4份、乌洛托品5份、乙烯基三乙氧基硅烷7份、邻苯二甲酸酯4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份、EVA 1.8份、N ,N-二甲基甲酰胺105份。
[0009]本发明还提供上述聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤:
步骤I):按重量份称重各组分:聚苯胺45-66份、碳纤维13-19份、硝酸亚铈5-9份、氧化锌3-6份、肉桂酸5-10份、硅酮粉3-7份、EPR 2_5份、二甲基硅油2_8份、芥酸酰胺3_7份、偏锑酸钠、聚乙烯蜡2-6份、乌洛托品4-7份、乙烯基三乙氧基硅烷3-9份、邻苯二甲酸酯2-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-4份、EVA 1-3份、N，N-二甲基甲酰胺65-120份；
步骤2):将聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在75-100°C下搅拌50-90分钟，得到聚苯胺溶液；
步骤3):经碳纤维与乙烯基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合机中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亚铈、氧化锌、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏锑酸钠、聚乙烯蜡、乌洛托品，控制温度为70-900C，转速为250-500rpm，搅拌50-120分钟，出料；
步骤4):将步骤3)中的物料加入到步骤2)中的聚苯胺溶液中充分搅拌均匀;然后加入余下组分，控制温度为40-60 0C，转速为300-600rpm，搅拌15_60分钟，得到混合料；
步骤5)将步骤4)得到的混合料入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，控制挤出机料筒温度为150-190°C，螺杆转速为70rpm，即得聚苯胺-碳纤维复合材料。
[0010]优选的，所述步骤2)中在80°C下搅拌65分钟。
[0011]优选地，所述步骤3)中控制温度为82°C，转速为450印111，搅拌110分钟。
[0012]优选地，步骤4)中控制温度为45°C，转速为320rpm，搅拌20分钟。
[0013]本发明的有益效果为:
本实施例制备的聚苯胺-碳纤维复合材料通过引入碳纤维，所制备的复合材料具有良好的导电性，同时拉伸强度和断裂伸长率值高，综合性能优良，此外还具有良好的导热和抗静电性，充分发挥了材料的各自的优点，市场前景广阔。
【具体实施方式】
[0014]以下通过【具体实施方式】的描述对本发明作进一步说明，但这并非是对本发明的限制，本领域技术人员根据本发明的基本思想，可以做出各种修改或改进，但是只要不脱离本发明的基本思想，均在本发明的范围之内。
[0015]实施例1
聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤:
步骤I):按重量份称重各组分:聚苯胺45份、PAN基碳纤维13份、硝酸亚铈5份、氧化锌3份、肉桂酸5份、硅酮粉3份、EPR 2份、二甲基硅油2份、芥酸酰胺3份、偏锑酸钠2份、聚乙烯蜡2份、乌洛托品4份、乙烯基三乙氧基硅烷3份、邻苯二甲酸酯2份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物I份、EVA I份、N，N-二甲基甲酰胺65份；
步骤2):将聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在75°C下搅拌50分钟，得到聚苯胺溶液；步骤3):经PAN基碳纤维与乙烯基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合机中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亚铈、氧化锌、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏锑酸钠、聚乙烯蜡、乌洛托品，控制温度为700C，转速为250rpm，搅拌50分钟，出料；
步骤4):将步骤3)中的物料加入到步骤2)中的聚苯胺溶液中充分搅拌均匀;然后加入余下组分，控制温度为40 0C，转速为300rpm，搅拌15_60分钟，得到混合料；
步骤5)将步骤4)得到的混合料入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，控制挤出机料筒温度为150-190°C，螺杆转速为70rpm，即得聚苯胺-碳纤维复合材料。
[0016]本实施例制备的聚苯胺-碳纤维复合材料的性能测试结果为:表面电阻由3.84X16欧姆，拉伸强度为48MPa，断裂伸长率为116%。
[0017]实施例2
聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤:
步骤I):按重量份称重各组分:聚苯胺55份、PAN基碳纤维16份、硝酸亚铈7份、氧化锌4.5份、肉桂酸7份、硅酮粉5份、EPR 3.5份、二甲基硅油5份、芥酸酰胺5份、偏锑酸钠3.5份、聚乙烯蜡4份、乌洛托品5份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、邻苯二甲酸酯4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份、EVA 2份、N，N-二甲基甲酰胺92份；
步骤2):将聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在87 °C下搅拌70分钟，得到聚苯胺溶液；步骤3):经PAN基碳纤维与乙烯基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合机中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亚铈、氧化锌、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏锑酸钠、聚乙烯蜡、乌洛托品，控制温度为800C，转速为375rpm，搅拌85分钟，出料；
步骤4):将步骤3)中的物料加入到步骤2)中的聚苯胺溶液中充分搅拌均匀;然后加入余下组分，控制温度为50 0C，转速为450rpm，搅拌15_60分钟，得到混合料；
步骤5)将步骤4)得到的混合料入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，控制挤出机料筒温度为150-190°C，螺杆转速为70rpm，即得聚苯胺-碳纤维复合材料。
[0018]本实施例制备的聚苯胺-碳纤维复合材料的性能测试结果为:表面电阻由3.23X16欧姆，拉伸强度为52MPa，断裂伸长率为125%。
[0019]实施例3
聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤:
步骤I):按重量份称重各组分:聚苯胺66份、PAN基碳纤维19份、硝酸亚铈9份、氧化锌6份、肉桂酸1份、硅酮粉7份、EPR 5份、二甲基硅油8份、芥酸酰胺7份、偏锑酸钠5份、聚乙烯蜡6份、乌洛托品7份、乙烯基三乙氧基硅烷9份、邻苯二甲酸酯7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物4份、EVA 3份、N，N-二甲基甲酰胺120份；
步骤2):将聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在100°C下搅拌90分钟，得到聚苯胺溶液；步骤3):经PAN基碳纤维与乙烯基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合机中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亚铈、氧化锌、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏锑酸钠、聚乙烯蜡、乌洛托品，控制温度为90 0C，转速为500rpm，搅拌120分钟，出料;
步骤4):将步骤3)中的物料加入到步骤2)中的聚苯胺溶液中充分搅拌均匀;然后加入余下组分，控制温度为60 0C，转速为600rpm，搅拌60分钟，得到混合料；
步骤5)将步骤4)得到的混合料入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，控制挤出机料筒温度为150-190°C，螺杆转速为70rpm，即得聚苯胺-碳纤维复合材料。
[0020]本实施例制备的聚苯胺-碳纤维复合材料的性能测试结果为:表面电阻由3.87X16欧姆，拉伸强度为43MPa，断裂伸长率为104%。
[0021 ] 实施例4
聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤:
步骤I):按重量份称重各组分:聚苯胺49份、碳纤维17份、硝酸亚铈6份、氧化锌5份、肉桂酸8份、硅酮粉6份、EPR 4份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏锑酸钠3份、聚乙烯蜡4份、乌洛托品6份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、邻苯二甲酸酯3份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物3份、EVA 2份、N，N-二甲基甲酰胺98份；
步骤2):将聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在80 V下搅拌65分钟，得到聚苯胺溶液；步骤3):经PAN基碳纤维与乙烯基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合机中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亚铈、氧化锌、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏锑酸钠、聚乙烯蜡、乌洛托品，控制温度为82 0C，转速为450rpm，搅拌110分钟，出料；
步骤4):将步骤3)中的物料加入到步骤2)中的聚苯胺溶液中充分搅拌均匀;然后加入余下组分，控制温度为45 0C，转速为320rpm，搅拌20分钟，得到混合料；
步骤5)将步骤4)得到的混合料入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，控制挤出机料筒温度为150-190°C，螺杆转速为70rpm，即得聚苯胺-碳纤维复合材料。
[0022]本实施例制备的聚苯胺-碳纤维复合材料的性能测试结果为:表面电阻由1.66X16欧姆，拉伸强度为56MPa，断裂伸长率为131%。
[0023]实施例5
聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，包括以下制备步骤:
步骤I):按重量份称重各组分:聚苯胺63份、碳纤维16份、硝酸亚铈7份、氧化锌5份、肉桂酸8份、硅酮粉4份、EPR 3份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏锑酸钠4份、聚乙烯蜡4份、乌洛托品5份、乙烯基三乙氧基硅烷7份、邻苯二甲酸酯4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份、EVA 1.8份、N，N-二甲基甲酰胺105份；
步骤2):将聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在80 V下搅拌65分钟，得到聚苯胺溶液；步骤3):经PAN基碳纤维与乙烯基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合机中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亚铈、氧化锌、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏锑酸钠、聚乙烯蜡、乌洛托品，控制温度为82 0C，转速为450rpm，搅拌110分钟，出料；
步骤4):将步骤3)中的物料加入到步骤2)中的聚苯胺溶液中充分搅拌均匀;然后加入余下组分，控制温度为45 0C，转速为320rpm，搅拌20分钟，得到混合料；
步骤5)将步骤4)得到的混合料入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，控制挤出机料筒温度为150-190°C，螺杆转速为70rpm，即得聚苯胺-碳纤维复合材料。
[0024]本实施例制备的聚苯胺-碳纤维复合材料的性能测试结果为:表面电阻由1.58X16欧姆，拉伸强度为54MPa，断裂伸长率为128%。
【主权项】
1.聚苯胺-碳纤维复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分:聚苯胺45-66份、碳纤维13-19份、硝酸亚铈5-9份、氧化锌3-6份、肉桂酸5-10份、硅酮粉3-7份、EPR 2_5份、二甲基硅油2-8份、芥酸酰胺3-7份、偏锑酸钠2-5份、聚乙烯蜡2-6份、乌洛托品4_7份、乙烯基三乙氧基硅烷3-9份、邻苯二甲酸酯2-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-4份、EVA 1_3份、N，N-二甲基甲酰胺65-120份。2.根据权利要求1所述的聚苯胺-碳纤维复合材料，其特征在于，所述碳纤维为PAN基碳纤维。3.根据权利要求1所述的聚苯胺-碳纤维复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分:聚苯胺49份、碳纤维17份、硝酸亚铈6份、氧化锌5份、肉桂酸8份、硅酮粉6份、EPR 4份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏锑酸钠3份、聚乙烯蜡4份、乌洛托品6份、乙烯基三乙氧基硅烷6份、邻苯二甲酸酯3份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物3份、EVA 2份、N，N-二甲基甲酰胺98份。4.根据权利要求1所述的聚苯胺-碳纤维复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的组分:聚苯胺63份、碳纤维16份、硝酸亚铈7份、氧化锌5份、肉桂酸8份、硅酮粉4份、EPR 3份、二甲基硅油6份、芥酸酰胺4份、偏锑酸钠4份、聚乙烯蜡4份、乌洛托品5份、乙烯基三乙氧基硅烷7份、邻苯二甲酸酯4份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物2份、EVA 1.8份、N，N-二甲基甲酰胺105 份。5.聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤: 步骤I):按重量份称重各组分:聚苯胺45-66份、碳纤维13-19份、硝酸亚铈5-9份、氧化锌3-6份、肉桂酸5-10份、硅酮粉3-7份、EPR 2_5份、二甲基硅油2_8份、芥酸酰胺3_7份、偏锑酸钠、聚乙烯蜡2-6份、乌洛托品4-7份、乙烯基三乙氧基硅烷3-9份、邻苯二甲酸酯2-7份、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物1-4份、EVA 1-3份、N，N-二甲基甲酰胺65-120份； 步骤2):将聚苯胺入N，N-二甲基甲酰胺中，在75-1000C下搅拌50-90分钟，得到聚苯胺溶液； 步骤3):经碳纤维与乙烯基三乙氧基硅烷、邻苯二甲酸酯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、EVA加入混合机中，在85°C下高速混合30min;然后加入硝酸亚铈、氧化锌、肉桂酸、硅酮粉、EPR、芥酸酰胺、偏锑酸钠、聚乙烯蜡、乌洛托品，控制温度为70-900C，转速为250-500rpm，搅拌50-120分钟，出料； 步骤4):将步骤3)中的物料加入到步骤2)中的聚苯胺溶液中充分搅拌均匀；然后加入余下组分，控制温度为40-60 0C，转速为300-600rpm，搅拌15_60分钟，得到混合料； 步骤5)将步骤4)得到的混合料入到双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，控制挤出机料筒温度为150-190°C，螺杆转速为70rpm，即得聚苯胺-碳纤维复合材料。6.根据权利要求5所述的聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中在80 °C下搅拌65分钟。7.根据权利要求5所述的聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中控制温度为82 °C，转速为450rpm，搅拌110分钟。8.根据权利要求5所述的聚苯胺-碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中控制温度为45 0C，转速为320rpm，搅拌20分钟。
【文档编号】C08K5/12GK106065179SQ201610390137
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2016年6月6日 公开号201610390137.1, CN 106065179 A, CN 106065179A, CN 201610390137, CN-A-106065179, CN106065179 A, CN106065179A, CN201610390137, CN201610390137.1
【发明人】蔡小连
【申请人】苏州市奎克力电子科技有限公司