本发明属于塑料母粒
技术领域：
，具体地，涉及一种导电塑料母粒及其加工工艺。
背景技术：
：塑料母料(plasticmasterbatch)是把塑料助剂超常量地载附于树脂中而制成的浓缩体；在制造塑料制品时，不必再加入该种塑料助剂，只需按比例加入这种带有超常量的母料即可。因此塑料母料是一种新型高分子材料加工专用料。品种多种多样，例如填充母料、色母料、阻燃母料、抗静电母料、耐磨母料、多功能母料等。通常情况下，塑料制成的制品都是绝缘体，即不能导电，但是越来越多的实际应用中，需要塑料制品具有一定的导电性能，比如说，导电的塑料可以是一种具有良好抗静电性能的材料，或电磁波屏蔽材料。现有技术中，按照导电塑料的制作方法分类，可以分为结构型导电塑料和复合型导电塑料，结构型高分子导电材料主要有：(1)π共轭系高分子：如聚乙炔、(sr)n、线型聚苯、层状高聚物等；(2)金属螯合物：如聚酮酞菁；(3)电荷移动型高分子络合物：如聚阳离子、cq络合物。通常这类的高分子材料的生产成本高、工艺难度大，至今尚无大量生产。现有技术中广泛应用的导电高分子材料一般都是复合型高分子材料，其填充物质主要有金属分散系、炭黑系、有机络合物分散系；其中，炭黑系的填充料往往因为其黑色导致其应用受限，而且，导电炭黑填料不易加入(一般在35％以下)，且在基体中分散不均匀，体现不出导电炭黑优异的导电性能，更重要的是对基体物理性能的破坏较大，且易污染生产环境；而金属分散系填充到基体中后往往难以通过塑料熔融基础过程中的过滤器单元，导致过滤器的压力过大，往往无法正常生产或生产成本过高。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种导电塑料母粒及其加工工艺，通过以乙烯-辛烯共聚物和聚丙烯树脂为高分子基体，复合导电物为导电填料，改性碳纤维为增强填料，复合导电物为石墨烯负载纳米银的复合物，从而使导电塑料母粒获得极佳的导电性能，同时其直接添加也不会破坏基体物理机械性能，同时，改性碳纤维对塑料母粒起到增韧的效果，使得导电塑料母粒表现出优异的力学性能。本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种导电塑料母粒，由如下重量份的原料加工而成：乙烯-辛烯共聚物15-20份、聚丙烯树脂10-14份、复合导电物35-45份、改性碳纤维15-18份、抗氧剂0.1-0.4份、润滑剂0.2-0.3份；所述导电塑料母粒由如下步骤加工而成：步骤s1、在80℃的真空干燥箱中，将乙烯-辛烯共聚物与聚丙烯树脂干燥10h；步骤s2、将干燥后的乙烯-辛烯共聚物、复合导电物、抗氧剂加入到转矩流变仪进行熔融共混中，共混温度为180-190℃，螺杆转速为50r/min，混合时间为10min，然后得到第一混合物料；步骤s3、将干燥后的聚丙烯树脂、改性碳纤维和润滑剂加入到高速混合机内，升温至165℃，1000r/min的转速下混合5-6min，得到第二混合料；步骤s4、将第一混合料和第二混合料加入双螺杆挤出机中熔融共混改性，经挤出机头牵引成条，通过水槽中冷却降温，再经过切粒机切成粒料，得到的粒料在80℃下干燥8-9h，制备得到导电塑料母粒。进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂330中的一种或几种。进一步地，所述润滑剂为pe蜡、硬酯酸锌、单甘酯中的一种或几种。进一步地，所述复合导电物由如下方法制备：(1)称取0.1g石墨烯置于100ml无水乙醇中，超声分散30min，配制成石墨烯-乙醇分散液；(2)称取0.17g硝酸银加入到10ml无水乙醇中使其完全溶解，将浓度为25％的氨水缓慢滴加到硝酸银醇溶液中，保证最后一滴氨水加入时沉淀刚好消失，调节ph值为9，得到银氨溶液；(3)将银氨溶液与石墨烯-乙醇分散液混合，加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮并超声分散30min，转移到温度为60℃水浴锅中磁力搅拌，60℃恒温搅拌条件下，将60ml的0.3mol/l的葡萄糖乙醇溶液利用恒压滴液漏斗缓慢滴加到混合溶液中，加热搅拌60min后终止反应，自然冷却至室温，将所得产物在8000r/min高速下离心，取下层沉淀，再用去离子水洗涤2-3次，最后将沉淀在80℃的鼓风干燥箱干燥5-6h，得到复合导电物。进一步地，所述石墨烯由如下方法制备：1)称取3g金属钾和1.5g石墨于单口烧瓶中，于108℃抽真空，后保持真空条件升温至156℃反应22h，停止加热，冷却后加入15ml环己烷；2)随后向里加入30ml无水乙醇，超声60min后抽滤，依次用0.8mol/l的hcl、去离子水、dmf清洗三遍；清洗完成后置于均质器中4500r/min下搅拌20min，静置12h，取上层分散液，对分散液进行离心优化，10000r/min离心10min后取上清液，3000r/min离心20min取沉淀，对沉淀进行干燥，制得石墨烯。进一步地，所述改性碳纤维由如下方法制备：将碳纤维放入无水乙醇中，其中，碳纤维与无水乙醇之比为1g：5-6ml，超声分散8min，分散后的碳纤维放入丙酮中浸泡12h，浸泡温度为82℃，捞出再放入质量分数为68％的硝酸中浸泡2h，浸泡温度92℃，浸泡完成后，捞出，置于76℃的鼓风干燥箱中干燥8-9h，得到改性碳纤维。一种导电塑料母粒的加工工艺，包括如下步骤：步骤s1、在80℃的真空干燥箱中，将乙烯-辛烯共聚物与聚丙烯树脂干燥10h；步骤s2、将干燥后的乙烯-辛烯共聚物、复合导电物、抗氧剂加入到转矩流变仪进行熔融共混中，共混温度为180-190℃，螺杆转速为50r/min，混合时间为10min，然后得到第一混合物料；步骤s3、将干燥后的聚丙烯树脂、改性碳纤维和润滑剂加入到高速混合机内，升温至165℃，1000r/min的转速下混合5-6min，得到第二混合料；步骤s4、将第一混合料和第二混合料加入双螺杆挤出机中熔融共混改性，经挤出机头牵引成条，通过水槽中冷却降温，再经过切粒机切成粒料，得到的粒料在80℃下干燥8-9h，制备得到导电塑料母粒。进一步地，步骤s4中挤出工艺温度参数为一区温度210℃、二区温度220℃、三区温度225℃、四区温度230℃、五区温度240℃、六区温度250℃。本发明的有益效果：(1)本发明的导电塑料母粒以复合导电物作为导电填料，采用的复合导电物为石墨烯负载纳米银的复合物，负载纳米银后的石墨烯表面光滑平整，没有褶皱，边缘也没有卷曲；石墨烯表面负载的纳米银颗粒呈均匀的球形，大小均一，实现了纳米银颗粒与石墨烯的充分接触，增大了纳米银颗粒间的接触，能形成更多的导电通路，有利于导电性的提高；将导电复合物分散在基体树脂中时，石墨烯片因其较大的表面积，相当于一个桥梁搭载在纳米银颗粒间的空隙处，利用其优异的导电性能，在基体树脂中形成了更多的导电通路，形成了更多的电子流动，导致电阻率下降，导电性能提高；(2)本发明在塑料母粒的原料中添加了改性碳纤维，通过对碳纤维进行改性处理再加入树脂基体中，改性处理对碳纤维主要有三方面的作用，一是清除碳纤维表面的杂质，防止这些杂质在后续塑料母粒制备过程中形成弱结合界面，降低塑料母粒的力学性能；二是强氧化性酸(硝酸)能够刻蚀碳纤维表面，使纤维表面沟壑变多变深，增大纤维的表面积及粗糙度，提高碳纤维与树脂基体的机械咬合度；三是在碳纤维表面生成一些极性含氧官能团，增大碳纤维表面极性及碳纤维与树脂基体的相容性和分子间作用力；改性碳纤维均匀分散于树脂基体中，在受到外力作用时外部荷载从基体传递到强度较高碳纤维上，碳纤维能够有效消除外部负载，提高基体的韧性，从而提高了塑料母粒的韧性；同时，利用硝酸处理后的碳纤维与树脂基体之间有很好的界面粘结性和相容性，界面粘结性好可以在断裂过程中承载更多的能量，表现出优异的力学性能；(3)本发明的塑料母粒，以乙烯-辛烯共聚物和聚丙烯树脂为高分子基体，复合导电物为导电填料，改性碳纤维为增强填料，复合导电物为石墨烯负载纳米银的复合物，从而使导电塑料母粒获得极佳的导电性能，同时其直接添加也不会破坏基体物理机械性能，同时，改性碳纤维对塑料母粒起到增韧的效果，使得导电塑料母粒表现出优异的力学性能；藉此，此种具有较佳导电性的导电塑料母粒尤其适用于制作电子产品包装用材料，使电子产品的包装具有抗静电的效果。具体实施方式下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。一种导电塑料母粒，由如下重量份的原料加工而成：乙烯-辛烯共聚物(poe)15-20份、聚丙烯树脂10-14份、复合导电物35-45份、改性碳纤维15-18份、抗氧剂0.1-0.4份、润滑剂0.2-0.3份；所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂330中的一种或几种；所述润滑剂为pe蜡、硬酯酸锌、单甘酯中的一种或几种；所述复合导电物由如下方法制备：1)称取3g金属钾和1.5g石墨于单口烧瓶中，于108℃抽真空，后保持真空条件升温至156℃反应22h，停止加热，冷却后加入15ml环己烷；2)随后向里加入30ml无水乙醇，超声60min后抽滤，依次用0.8mol/l的hcl、去离子水、dmf清洗三遍；清洗完成后置于均质器中4500r/min下搅拌20min，静置12h，取上层分散液(总的分散液体积的3/4)，对分散液进行离心优化，10000r/min离心10min后取上清液，3000r/min离心20min取沉淀，对沉淀进行干燥，制得石墨烯；通过真空高温环境，k汽化进入石墨片层之间形成kc8，扩大了石墨片层间距，再利用溶剂液相剥离法从插层石墨中剥离石墨烯，这样制备出的石墨烯片层片层不仅大且结构完整，制备得到的石墨烯尺寸为微米级别；(1)称取0.1g石墨烯置于100ml无水乙醇中，超声分散30min，配制成石墨烯-乙醇分散液；(2)称取0.17g硝酸银加入到10ml无水乙醇中使其完全溶解，将浓度为25％的氨水缓慢滴加到硝酸银醇溶液中，保证最后一滴氨水加入时沉淀刚好消失，调节ph值为9，得到银氨溶液；(3)将银氨溶液与石墨烯-乙醇分散液混合，加入0.1g聚乙烯吡咯烷酮(pvp)并超声分散30min，转移到温度为60℃水浴锅中磁力搅拌，60℃恒温搅拌条件下，将60ml的0.3mol/l的葡萄糖乙醇溶液利用恒压滴液漏斗缓慢滴加到混合溶液中，加热搅拌60min后终止反应，自然冷却至室温，将所得产物在8000r/min高速下离心，取下层沉淀，再用去离子水洗涤2-3次，最后将沉淀在80℃的鼓风干燥箱干燥5-6h，得到复合导电物；制备得到的复合导电物为石墨烯负载纳米银的复合物，负载纳米银后的石墨烯表面光滑平整，没有褶皱，边缘也没有卷曲；石墨烯表面负载的纳米银颗粒呈均匀的球形，大小均一，实现了纳米银颗粒与石墨烯的充分接触，增大了纳米银颗粒间的接触，能形成更多的导电通路，有利于导电性的提高；将导电复合物分散在基体树脂中时，石墨烯片因其较大的表面积，相当于一个桥梁搭载在纳米银颗粒间的空隙处，利用其优异的导电性能，在基体树脂中形成了更多的导电通路，形成了更多的电子流动，导致电阻率下降，导电性能提高；poe具有非晶态结构且具有弹性体的性质，因此poe分子链段排列较为无序且分子链活动性强，经过双螺杆挤出后，石墨烯微片更容易分散到分子链段之间，使石墨烯在poe内相互接触的几率增大，更容易形成导电网络；所述改性碳纤维由如下方法制备：将碳纤维放入无水乙醇中，其中，碳纤维与无水乙醇之比为1g：5-6ml，超声分散8min，分散后的碳纤维放入丙酮中浸泡12h，浸泡温度为82℃，捞出再放入质量分数为68％的硝酸中浸泡2h，浸泡温度92℃，浸泡完成后，捞出，置于76℃的鼓风干燥箱中干燥8-9h，得到改性碳纤维；改性处理对碳纤维主要有三方面的作用，一是清除碳纤维表面的杂质，防止这些杂质在后续塑料母粒制备过程中形成弱结合界面，降低塑料母粒的力学性能；二是强氧化性酸(硝酸)能够刻蚀碳纤维表面，使纤维表面沟壑变多变深，增大纤维的表面积及粗糙度，提高碳纤维与树脂基体的机械咬合度；三是在碳纤维表面生成一些极性含氧官能团，增大碳纤维表面极性及碳纤维与树脂基体的相容性和分子间作用力；改性碳纤维均匀分散于树脂基体中，在受到外力作用时外部荷载从基体传递到强度较高碳纤维上，碳纤维能够有效消除外部负载，提高基体的韧性，从而提高了塑料母粒的韧性；同时，利用硝酸处理后的碳纤维与树脂基体之间有很好的界面粘结性和相容性，界面粘结性好可以在断裂过程中承载更多的能量，表现出优异的力学性能；所述导电塑料母粒的加工工艺，包括如下步骤：步骤s1、在80℃的真空干燥箱中，将乙烯-辛烯共聚物与聚丙烯树脂干燥10h；步骤s2、将干燥后的乙烯-辛烯共聚物、复合导电物、抗氧剂加入到转矩流变仪进行熔融共混中，共混温度为180-190℃，螺杆转速为50r/min，混合时间为10min，然后得到第一混合物料；步骤s3、将干燥后的聚丙烯树脂、改性碳纤维和润滑剂加入到高速混合机内，升温至165℃，1000r/min的转速下混合5-6min，得到第二混合料；步骤s4、将第一混合料和第二混合料加入双螺杆挤出机中熔融共混改性，经挤出机头牵引成条，通过水槽中冷却降温，再经过切粒机切成粒料，得到的粒料在80℃下干燥8-9h，制备得到导电塑料母粒；其中，挤出工艺温度参数为一区温度210℃、二区温度220℃、三区温度225℃、四区温度230℃、五区温度240℃、六区温度250℃。实施例1一种导电塑料母粒，由如下重量份的原料加工而成：乙烯-辛烯共聚物(poe)15份、聚丙烯树脂10份、复合导电物35份、改性碳纤维15份、抗氧剂10100.1份、pe蜡0.2份；所述导电塑料母粒由如下方法加工而成：步骤s1、在80℃的真空干燥箱中，将乙烯-辛烯共聚物与聚丙烯树脂干燥10h；步骤s2、将干燥后的乙烯-辛烯共聚物、复合导电物、抗氧剂1010加入到转矩流变仪进行熔融共混中，共混温度为180℃，螺杆转速为50r/min，混合时间为10min，然后得到第一混合物料；步骤s3、将干燥后的聚丙烯树脂、改性碳纤维和pe蜡加入到高速混合机内，升温至165℃，1000r/min的转速下混合5min，得到第二混合料；步骤s4、将第一混合料和第二混合料加入双螺杆挤出机中熔融共混改性，经挤出机头牵引成条，通过水槽中冷却降温，再经过切粒机切成粒料，得到的粒料在80℃下干燥8h，制备得到导电塑料母粒。实施例2一种导电塑料母粒，由如下重量份的原料加工而成：乙烯-辛烯共聚物(poe)18份、聚丙烯树脂12份、复合导电物40份、改性碳纤维17.5份、抗氧剂1680.2份、硬酯酸锌0.25份；所述导电塑料母粒由如下方法加工而成：步骤s1、在80℃的真空干燥箱中，将乙烯-辛烯共聚物与聚丙烯树脂干燥10h；步骤s2、将干燥后的乙烯-辛烯共聚物、复合导电物、抗氧剂168加入到转矩流变仪进行熔融共混中，共混温度为185℃，螺杆转速为50r/min，混合时间为10min，然后得到第一混合物料；步骤s3、将干燥后的聚丙烯树脂、改性碳纤维和硬酯酸锌加入到高速混合机内，升温至165℃，1000r/min的转速下混合5.5min，得到第二混合料；步骤s4、将第一混合料和第二混合料加入双螺杆挤出机中熔融共混改性，经挤出机头牵引成条，通过水槽中冷却降温，再经过切粒机切成粒料，得到的粒料在80℃下干燥8.5h，制备得到导电塑料母粒。实施例3一种导电塑料母粒，由如下重量份的原料加工而成：乙烯-辛烯共聚物(poe)20份、聚丙烯树脂14份、复合导电物45份、改性碳纤维18份、抗氧剂3300.1-0.4份、单甘酯0.2-0.3份；所述导电塑料母粒由如下方法加工而成：步骤s1、在80℃的真空干燥箱中，将乙烯-辛烯共聚物与聚丙烯树脂干燥10h；步骤s2、将干燥后的乙烯-辛烯共聚物、复合导电物、抗氧剂330加入到转矩流变仪进行熔融共混中，共混温度为190℃，螺杆转速为50r/min，混合时间为10min，然后得到第一混合物料；步骤s3、将干燥后的聚丙烯树脂、改性碳纤维和单甘酯加入到高速混合机内，升温至165℃，1000r/min的转速下混合6min，得到第二混合料；步骤s4、将第一混合料和第二混合料加入双螺杆挤出机中熔融共混改性，经挤出机头牵引成条，通过水槽中冷却降温，再经过切粒机切成粒料，得到的粒料在80℃下干燥9h，制备得到导电塑料母粒。将实施例1-3制备得到的导电塑料母粒先在平板硫化机下热压2min，温度为185℃，再在室温下冷压4min，制得规格为直径为7cm，厚为3.5mm的圆片状测试试样，对试样性能进行如下测试：(1)按照塑料电阻率测试标准gb/t1410-2006，将7cm×3.5mm的圆片状试样干燥后，放入高阻计测试箱中，调节合适电压及电阻值量程，进行体积电阻测试，测试电压200-500v，按照公式ρ＝(r*s)/h，计算体积电阻率，其中，r为电阻测试值，s为测试样有效面积，h为试样厚度，测试结果如下表：实施例1实施例2实施例3体积电阻率/ω·cm0.0040.0050.005可知，本发明制备得到的导电塑料母粒的体积电阻率可达0.005ω·cm，具有较高的导电性能；(2)试样的拉伸性能测试，按gb/t1040-2006进行，拉伸速率为50mm/min；试样的冲击性能测试按gb/t1043-2008进行，u形缺口，量程为4j，每组测试试样均取5-8个样品进行测试，最后以平均值作为最后测试结果，测试结果如下表：实施例1实施例2实施例3拉伸强度/mpa46.748.948.5断裂伸长率/％250320290冲击强度/kj·m249.647.548.1可知，本发明制备得到的塑料母粒的拉伸强度高于46.7mpa，断裂伸长率达到250％，冲击强度达到47.5kj·m2，说明本发明的导电塑料母粒具有较优的力学性能。以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属
技术领域：
技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。当前第1页12