一种高强度低逾渗UHMWPE/超导炭黑导电复合材料及其制备方法与流程

本发明属于一种高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料的制备方法。

背景技术：

随着电子电器设备的进一步发展，聚合物导电复合材料的应用继而得到了快速的发展。超高分子量聚乙烯有很多优良的性能，如耐磨损性、耐冲击、耐化学腐蚀性、自润滑性等，存在的许多不足：热变形温度低、硬度低、强度低、耐温性能差、熔融粘度高、流动性差等缺点，限制了其应用，进行其uhmwpe的改性，改性方法主要有物理改性(填充改性)、化学改性(共聚改性、交联改性和交联等)和聚合物共混改性，通过改性可改善uhmwpe本身的缺陷，提高耐热性、阻燃、抗静电等方面的特性。

超高分子量聚乙烯的高性能化、工程塑料化、功能化是聚合物复合材料研究领域最重要的追求目标之一。uhmwpe因表面电阻率为ρs=1016～1017ω,体积电阻率ρv=1017～1018ω•cm,介电常数为ε=2.2～2.3。在使用过程会因摩擦形成电荷聚集现象，产生静电放电，静电放电会引起火灾等安全隐患，限制了uhmwpe管材在某些特殊的矿业的应用，因此对于uhmwpe管材进行抗静电改性研究成为研究人员关注的焦点。

塑料导电是其中一个主要的手段。最常用且最有效的导电手段就是在uhmwpe基体中引入导电填料，当体系中导电填料的达到一定临界值时，导电复合材料就会出现一个绝缘体-导体的转变，具体来说，当初始导电通路形成，材料的电导率急剧増加几个数量级。但这一类方法存在的致命弱点，即虽然材料的导电性提高了，但往往造成强度、韧性等机械性能的下降。

本发明主要是采用碳系导电填料(超导炭黑)填充改性uhmwpe材料，制备uhmwpe/超导炭黑导电复合材料，体积电阻可达到10⁴～10⁶ω•cm范围，表面电阻率≤10⁵ω。期望并将该复合材料运用于挤出煤矿业高耐磨的uhmwpe管材、高硬度和高强度板材生产及应用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明的目的是采用填料偶联剂表面处理和塑料填充改性方法，提供一种高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料及其制备方法，从而获得高性能、功能化的新材料，改善并提高了单一塑料材料的性能，且实现制品抗静电功能以及电磁屏蔽功能。

为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：

一种高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料及其制备方法，由下述重量配方组成：

uhmwpe粉料85～98.8份

超导炭黑1～14.8份

抗氧剂0.1～0.6份

偶联剂0.1～0.6份。

上述各组分重量百分比含量相加为100%。

所述uhmwpe为粉料，粒径分布范围30~200μm，数均分子量为300~800万g/mol，拉伸强度≥38mpa。

所述超导炭黑，品牌：亿博瑞，型号：f900a，氮吸附比表面750~1100m²/kg，dbp吸收值450ml/g，粒径范围9~17nm。超导炭黑的表面经过偶联剂处理，其制备方法为：将配方量的超导炭黑与0.1~0.6份的偶联剂加入高混机中，保持转速600~2000rpm，高速搅拌5~30min，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。

所述的一种高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料及其制备方法，其特征在于，各组分干燥后经高速混合机混合均匀，再经模压成型制备，其制备方法为：

包括如下步骤：

a.干燥：将uhmwpe、超导炭黑粉料在干燥箱中80℃干燥4~6h；

b.称量：按照重量份数，称取干燥后的uhmwpe粉料及其他添加助剂；

c.超导炭黑偶联剂处理：将配方量的超导炭黑与0.1~0.6份的偶联剂乙醇稀释液加入高混机中，保持转速600~2000rpm，高速搅拌5~30min，获得超导炭黑偶联剂处理产物，所述偶联剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂；

d.共混：将称取后的uhmwpe粉料、抗氧剂0.1~0.6份与步骤c制得的超导炭黑偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合5~10min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

e.模压成型：将上述充分混合均匀的原料投入到模具，经过高温200℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，获宽尺度范围粒径分布、低逾渗值导电炭黑/uhmwpe复合材料的uhmwpe板材。

采用上述技术方案后，本发明具有如下特点和优点：1、制品表面光泽度良好；2、制品具有高强度、高硬度等特点；3、制品具有很好的抗静电性能；4、采用导电填料填充改性方法，获得高性能、专用化的新材料，赋予了单一塑料材料新的性能，实现了制品的导电功能化，为电磁屏蔽、抗静电和阻-温传感器电子设备的应用提供了可能性。本发明提供的高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料，当超导炭黑的添加含量为1wt%，电导率可达到10^-5s/cm，见图2，相比普通炭黑而言，具有较低的逾渗值，较高的拉伸强度和韧性。复合材料压制成型的导电板材除了具有与超高分子量聚乙烯相媲美的优异机械性能，还赋予了超高分子聚乙烯工程塑料新的特殊功能，如抗静电，电磁屏蔽等特殊功能。

附图说明

图1为本发明超导炭黑的含量对超高分子量聚乙烯导电复合材料的力学拉伸强度的影响图。

图2为本发明超导炭黑的含量对超高分子量聚乙烯导电复合材料的电导率的影响图。

图3为本发明超导炭黑的fe-sem形貌图。

具体实施方式

本发明下述实施例所采用的所述uhmwpe，厂家上海联乐化工科技有限公司，粒径分布范围30~200μm，数均分子量为300~800万g/mol，拉伸强度≥38mpa的粉料；所述超导炭黑，品牌：亿博瑞，型号：f900a，氮吸附比表面750~1100m²/kg，dbp吸收值450ml/g，粒径范围9~17nm的粉料，超导炭黑fe-sem形貌图，见图3。

实施例1

一种高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料由：uhmwpe粉料89份、超导炭黑10份、抗氧剂420/抗氧剂1010/抗氧剂168复配(质量比=1/1/1)0.5份，钛酸酯偶联剂0.5份。

制备方法，按以下的步骤进行：

a.干燥：将uhmwpe粉料、超导炭黑在干燥箱中80℃干燥5h；

b.称量：uhmwpe粉料/超导炭黑/抗氧剂/钛酸酯偶联剂按照重量比=89/10/0.5/0.5，称取各组分；

c.超导炭黑偶联剂处理：将10份的超导炭黑与0.5份钛酸酯偶联剂加入高混机中，保持转速600~2000rpm，高速搅拌5~30min，获得超导炭黑偶联剂处理产物；

d.共混：将称取后的uhmwpe粉料和抗氧剂以及步骤c制得的超导炭黑偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合7min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

e.模压成型：将上述充分混合均匀的原料投入到模具，经过高温200℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，获高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料的uhmwpe板材，力学性能和导电性能指标见图1和图2。

实施例2

一种高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料由：uhmwpe粉料94份、超导炭黑5份、抗氧剂420/抗氧剂1010/抗氧剂168复配(质量比=1/1/1)0.5份，钛酸酯偶联剂0.5份。

制备方法，按以下的步骤进行：

a.干燥：将uhmwpe粉料、超导炭黑在干燥箱中80℃干燥5h；

b.称量：uhmwpe粉料/超导炭黑/抗氧剂/钛酸酯偶联剂按照重量比=94/5/0.5/0.5，称取各组分；

c.超导炭黑偶联剂处理：将5份的超导炭黑与0.5份钛酸酯偶联剂加入高混机中，保持转速600~2000rpm，高速搅拌5~30min，获得超导炭黑偶联剂处理产物；

d.共混：将称取后的uhmwpe粉料和抗氧剂以及步骤c制得的超导炭黑偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合7min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

e.模压成型：将上述充分混合均匀的原料投入到模具，经过高温200℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，获高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料的uhmwpe板材，力学性能和导电性能指标见图1和图2。

实施例3

一种高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料由：uhmwpe粉料96份、超导炭黑3份、抗氧剂420/抗氧剂1010/抗氧剂168复配(质量比=1/1/1)0.5份，钛酸酯偶联剂0.5份。

制备方法，按以下的步骤进行：

a.干燥：将uhmwpe粉料、超导炭黑在干燥箱中80℃干燥5h；

b.称量：uhmwpe粉料/超导炭黑/抗氧剂/钛酸酯偶联剂按照重量比=96/3/0.5/0.5，称取各组分；

c.超导炭黑偶联剂处理：将3份的超导炭黑与0.5份钛酸酯偶联剂加入高混机中，保持转速600~2000rpm，高速搅拌5~30min，获得超导炭黑偶联剂处理产物；

d.共混：将称取后的uhmwpe粉料和抗氧剂以及步骤c制得的超导炭黑偶联剂处理产物一起置于高速捏合机中高速混合7min，所述高速混合机的转速为34000rpm；

e.模压成型：将上述充分混合均匀的原料投入到模具，经过高温200℃加热、17mpa加压条件下，热压20min，使混合物充分在模具熔腔内熔融塑化，然后在17mpa、室温下冷压20min，充分冷却，脱模，获高强度低逾渗uhmwpe/超导炭黑导电复合材料的uhmwpe板材，力学性能和导电性能指标见图1和图2。