一种导电热塑性弹性体复合材料及其制备方法与流程

1.本发明属于聚合物加工技术领域，特别涉及一种导电热塑性弹性体复合材料及其制备方法。


背景技术：

2.传统塑料复合材料用于汽车、电子电器、生活用品等方面，对材料的电性能要求相对较低，随着电子电器、新能源电动车的发展，各种类电池业相继发展迅速。注塑产品需要具有导电、消除静电等性能。
3.碳纳米管是一维材料，其具有良好的柔韧性，有研究人员曾将碳纳米管置于1011mpa的水压下(相当于水下10000米深的压强)，由于巨大的压力，碳纳米管被压扁。撤去压力后，碳纳米管像弹簧一样立即恢复了形状，表现出良好的韧性。这启示我们可以利用碳纳米管制造轻薄的弹簧，用在汽车、火车上作为减震装置。本发明得用碳纳米管的这一特性，与导电碳黑协同，对热塑性弹体进行改性处理，保证弹性体材料韧性的同时达到导电的目的。


技术实现要素：

4.针对以上现有技术的局限性，本发明的目的是提供一种导电热塑性弹性体复合材料及其制备方法。
5.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
6.一种导电热塑性弹性体复合材料，由以下组分按重量份组成：
[0007][0008]
所述导电母粒是由多壁碳纳米管、导电碳黑及偶联剂复配而成。
[0009]
进一步方案，所述热塑性弹性体材料是以pp为硬链段和epdm为软链段的共混物，含胶量为20％以上。
[0010]
进一步方案，所述导电母粒中多壁碳纳米管、导电碳黑及偶联剂的质量比为1：2：0.5～1：4：2。
[0011]
进一步方案，所述多壁碳纳米管为工业级羧基化多壁碳纳米管，其纯度≥95％、直径为10-40nm；导电碳黑为粒径小于35nm的超导电碳黑；偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。
[0012]
进一步方案，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂dstdp、抗氧剂168中的至少一种。
[0013]
进一步方案，所述高效分散剂为具有高活性锚固基团的多官能团结构的分散剂。
[0014]
本发明的另一个目的是提供上述所述的导电热塑性弹性体复合材料的制备方法，
包括以下步骤：
[0015]
(1)按配比将多壁碳纳米管、导电碳黑及偶联剂放入高混机中，混合得到复配的导电母粒；
[0016]
(2)再将热塑性弹性体材料、抗氧剂、高效分散剂加入高混机中，继续混合得到混合物；
[0017]
(3)将混合物加入双螺杆挤出机中进行造粒得到导电热塑性弹性体复合材料。
[0018]
进一步方案，步骤(3)中，所述双螺杆挤出机从下料口到模口的温度为170-205℃；挤出机的转速为150～350rpm；真空度为-0.07～-0.03mpa
[0019]
本发明同现有技术相比，具有以下有益效果：
[0020]
(1)本发明中导电母粒采用多壁碳纳米管与导电碳黑配合使用，其中多壁碳纳米管能嵌入复合材料中，起到架桥连接作用，使整个体系连通，电性能优异，同时碳纳米管的韧性较好，保证复合材料较好的韧性。
[0021]
(2)在导电母粒中加入偶联剂，对多壁碳纳米管与导电碳黑进行预混，偶联剂能够提高材料组分之间的相容性，使其在后期挤出过程中，分散均匀，提高多壁碳纳米管与导电碳黑与复合材料之间的结合强度。
[0022]
(3)本发明制备得到的导电热塑性弹性体复合材料，表面电阻率低，具备优异的导电性能的同时，兼具良好的韧性及硬度；且制备方法简单，适合产业化生产，极具应用前景。
具体实施方式
[0023]
下面结合实施例对本发明作更进一步的说明。显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]
本实施例中所用试剂的型号以及供应商如下：所用热塑性弹性体材料为山东道恩高分子材料股份有限公司的tpv 10-65a、tpv10-73a、tpv10-85a；导电碳黑为bp2000，卡博特化工有限公司；多壁碳纳米管，南京先丰纳米材料科技有限公司；偶联剂为市售的kh550；所用高效分散剂为德固赛的p121；所用抗氧剂1010、168、dstdp为市售。
[0025]
上述试剂只是为了说明本发明实验时所采用的试剂来源和成分，以便充分公开，并不表示采用其他同类试剂或其他供应商提供的试剂就不能实现本发明。
[0026]
实施例1
[0027]
(1)先将多壁碳纳米管：导电碳黑：偶联剂以质量比为1：2：0.5比例投入放入高混机中进行混合1min，制备导电母粒；
[0028]
(2)再将45份tpv 10-65a、50份导电母粒、0.2份抗氧剂1010、0.3份抗氧剂168、1份高效分散剂p121于高混机中混合2min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得导电热塑性弹性体复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃、185℃、190℃、190℃、200℃、205℃，主机转速150r/min，真空度-0.07mpa。
[0029]
实施例2
[0030]
(1)先将多壁碳纳米管：导电碳黑：偶联剂以质量比为1：4：2比例投入放入高混机中进行混合2min，制备导电母粒；
[0031]
(2)再将70份tpv 10-73a、25份导电母粒、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.5
份高效分散剂p121于高混机中混合2min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得导电热塑性弹性体复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃、185℃、190℃、190℃、200℃、205℃，主机转速350r/min，真空度-0.03mpa。
[0032]
实施例3
[0033]
(1)先将多壁碳纳米管：导电碳黑：偶联剂以质量比为1：3：1比例投入放入高混机中进行混合2min，制备导电母粒；
[0034]
(2)再将57份tpv 10-85a、38份导电母粒、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.5份高效分散剂p121于高混机中混合2min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得导电热塑性弹性体复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃、185℃、190℃、190℃、200℃、205℃，主机转速250r/min，真空度-0.04mpa。
[0035]
对比例1
[0036]
将57份tpv 10-85a、38份多壁碳纳米管、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.5份高效分散剂p121于高混机中混合2min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得导电热塑性弹性体复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃、185℃、190℃、190℃、200℃、205℃，主机转速250r/min，真空度-0.04mpa。
[0037]
对比例2
[0038]
将57份tpv 10-85a、38份导电碳黑、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂168、0.5份高效分散剂p121于高混机中混合2min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得导电热塑性弹性体复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃、185℃、190℃、190℃、200℃、205℃，主机转速250r/min，真空度-0.04mpa。
[0039]
上述实施例1-3和对比例1-2制备的导电热塑性弹性体复合材料采用iso的标准进行测试，即挤出粒料经过注塑机成型得到测试样条及样片，在23℃、相对湿度50％条件下稳定24h后进行性能测试及表面电阻率测试。其表面电阻率如下表1所示：
[0040]
表1
[0041][0042]
备注：上述测试的样品尺寸以及测试条件分别为：
[0043]
(1)悬臂梁缺口冲击强度测试中悬臂梁缺口冲击样条80*10*4mm，其中缺口深度2mm，冲击摆锤能量5.5j；
[0044]
(2)邵氏硬度测试样片厚度4mm，砝码的重量5kg；
[0045]
(3)表面电阻率采用高阻计测试，测试样片尺寸厚度2mm。
[0046]
从实施1-3与对比例1、2中可以看出，本发明通过对多壁碳纳米管、导电碳黑和偶联剂进行预混制成导电母粒后，再与其它组分混合后于双螺杆挤出造粒，可使导电母粒分布更均匀，所制成的导电热塑性弹性体复合材料的导电效果优异，表面电阻率更低。同时使导电热塑性弹性体复合材料在导电的同时，保持良好的韧性及硬度。单一的导电材料如导电碳黑或者多壁碳纳米管，于材料内部，形成的导电网络会有不同程度的缺陷，表现为材料的导电性能达不到最优效果。
[0047]
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。