CN104987659A

CN104987659A - 一种耐高温抗静电的导电聚合物复合材料及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN104987659A
Application number: CN201510483664.2A
Authority: CN
Inventors: 高军; 林志丹; 邓淑玲
Original assignee: Guangzhou Suorun Environmental Protection Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Suorun Environmental Protection Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2015-08-10
Filing date: 2015-08-10
Publication date: 2015-10-21

Abstract

本发明提供了一种耐高温抗静电的导电聚合物复合材料及其制备方法和应用，包括以下按质量百分数计的组分：聚醚醚酮30-60%；聚苯硫醚 30-60%；碳纳米管1-10%；导电炭黑1-10%。本发明采用PEEK、PPS、CNT和导电炭黑优化搭配，不同粒径紧密堆砌，可形成互锁可控的网络形态，在保证力学性能的同时，在较低的导电添加剂含量下实现10¹²Ω·㎝以下的抗静电要求、在适当碳材料含量下实现10⁸Ω·㎝的导电要求，同时满足对PEEK材料的回收再利用。采用本发明的物理共混-注塑成型的方法获得复合材料，比现有技术用熔融共混-注塑成型方法更为简单、可调节性更高。

Description

一种耐高温抗静电的导电聚合物复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于导电聚合物技术领域，更具体地，涉及一种耐高温抗静电的导电聚合物复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

聚醚醚酮（PEEK）是一种高性能结晶性特种工程塑料，性能类似于聚苯硫醚（PPS），其具有耐高温、耐腐蚀等物理化学性能，且具有优异的力学性能和电性能，广泛应用于航空航天，汽车工业、电子电气和医疗器械等领域等领域。高熔融温度和高粘度使得PEEK成型加工困难，其废料是块状碎料，难重新加工，抽粒难能耗高，不易于回收利用。

PPS脆性大，PEEK难加工，应用受到很大的限制，目前已有相关研究，两者的复合改性能够获得的力学性能良好共混体系，但其在复合后导电性能尚不能满足需求。

因此，本发明针对上述不足，进一步扩展了其在耐高温抗静电，且导电性能较高材料领域的应用。

发明内容

本发明根据目前导电聚合物材料中的不足，提供了一种耐高温抗静电的导电聚合物复合材料。

本发明的另一目的在于提供上述导电聚合物复合材料的制备方法和应用。

本发明的技术目的通过以下技术方案实现：

本发明提供了一种耐高温抗静电的导电聚合物复合材料，包括以下按质量百分数计的组分：

聚醚醚酮 30-60%

聚苯硫醚 30-60%

碳纳米管 1-10%

导电炭黑 1-10%。

本发明用PEEK粉与PPS粉共混，并添加碳纳米管（CNT）和导电炭黑使得复合材料形成互锁可控的网络形态，从而提高共混体系的导电性能。本发明多组分的搭配和多粒径的堆砌使得导电粒子处于聚合物粒子的界面，建立起复合材料互锁可控网络形态，从而达到良好的导电性能，可作为抗静电和导电材料使用。

优选地，所述导电聚合物复合材料包括如下按质量百分数计的组分：

聚醚醚酮 35-60%

聚苯硫醚 35-60%

碳纳米管 2-8%

导电炭黑 2-8%。

更优选地，所述导电聚合物复合材料包括如下按质量百分数计的组分：

聚醚醚酮 56%

聚苯硫醚 36%

碳纳米管 3%

导电炭黑 5%。

优选地，所述聚醚醚酮的目数为150~300目，所述聚苯硫醚的目数为80~120目；所述碳纳米管的粒径为20~40nm，所述导电碳黑的粒径为15~30nm。

优选地，所述聚醚醚酮的目数为200目，所述聚苯硫醚的目数为100目；所述碳纳米管的粒径为30nm，所述导电碳黑的粒径为20nm。

本发明用200目的PEEK粉与100目的PPS粉共混，并添加30nm的碳纳米管（CNT）和20nm的导电炭黑使得复合材料形成互锁可控的网络形态，从而提高共混体系的导电性能，其体积电阻率达到4.5*10⁴，相比较现有技术制备PEEK复合材料的体积电阻率小4~6个数量级，显示出其突出的导电性能。

本发明所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1. 对碳纳米管进行分散处理：将碳纳米管与浓酸混合，加热回流后，洗涤过滤，烘干；

S2. 对导电碳黑进行表面改性：将导电碳黑与过硫酸铵溶液混合，超声后加热搅拌，洗涤，干燥；

S3. 将聚醚醚酮和聚苯硫醚在混合机中初步混合，并缓慢添加S1步骤中经分散处理的碳纳米管和S2步骤中处理的导电炭黑，注塑成型后即得所述导电聚合物复合材料。

聚合物复合材料不经双螺杆挤出机，直接注塑成型，制备方法更为简单，且粘度低的PPS粉的改性使得PEEK易加工和回收。

优选地，所述S1中混酸为体积比1：1的浓H₂SO₄和浓HNO₃，所述回流时间为0.5~1h。

优选地，所述S2中超声时间为2~4h，加热温度为340~360℃，搅拌时间为16~20h。

优选地，所述S3中注塑温度为360~380℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明采用PEEK、PPS、CNT和导电炭黑优化搭配，不同粒径紧密堆砌，可形成互锁可控的网络形态，在保证力学性能的同时，在较低的导电添加剂含量下实现10¹²Ω·㎝以下抗静电要求、在适当碳材料含量下实现10⁸Ω·㎝的导电要求（体积电阻率比现有技术制备PEEK复合材料的体积电阻率小4~6个数量级）、同时满足PEEK的回收再利用要求。采用本发明的物理共混-注塑成型的方法获得复合材料，比现有技术用熔融共混-注塑成型方法得复合材料制备上更为简单、可调节性更高。本发明提供的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料，在航空航天，汽车工业、电子电气和医疗器械领域，具备广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料形态示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

体积电阻率：采用EST121型数字超高电阻、微电流测量仪，依据GB/T1410-2006测试

冲击强度：采用冲击试验机，依据GB/T1043测试

拉伸强度：采用万能材料试验机，依据ASTM/D638测试

弯曲强度：采用万能材料试验机，依据ASTM/D790测试

实施例1：

按照表1中实施例1各组分含量进行配比，其中制备步骤如下：

S1. 碳纳米管的分散处理：将CNT粉体放置于500ml球形瓶，量取过量浓H₂SO₄浓HNO₃混合液（体积比H₂SO₄：HNO₃=3：1）倒入球形瓶内直至完全淹没粉体，上插通循环水的冷凝管，于电热套内加热，在通冷却水的条件下使酸液沸腾回流，持续0.5h，而后用铺垫隔孔膜的陶瓷漏斗在抽真空的条件下进行冲洗过滤至pH值为中性，放置于烘箱中℃下烘干。

S2.导电炭黑的表面改性：将导电炭黑放置于500ml球形瓶中，量取过量过硫酸铵水溶液倒入球形瓶内直至完全淹没粉体，超声3h，在350℃下磁力搅拌18h，离心洗涤，真空干燥24h。

S3. 导电复合材料的制备：将干燥过的PEEK粉和PPS粉在高速混合机中初步混合后，边混合边往里缓慢添加经S1分散处理的CNT和S2处理的导电炭黑，然后经注塑机370℃下注塑得到导电复合材料。

其中，PEEK粉、PPS粉、CNT、导电炭黑的粒径分别为200目、100目、30nm、 20nm。

如图1所示，本发明实施例1提供的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料形态示意图，其中PEEK粉的粒径比PPS粉稍大，CNT管状结构和球形的导电炭黑组成导电构成的碳材料，上述物质混合形成了互锁可控的网络致密形态。

实施例2：

制备方法同实施例1，组分配比见表1。

实施例3：

制备方法同实施例1，组分配比见表1。

实施例4：

制备方法同实施例1，组分配比见表1。

实施例5：

制备方法同实施例1，组分配比见表1。

实施例6：

制备方法同实施例1，组分配比见表1。

实施例7：

制备方法同实施例1，组分配比见表1，其中，PEEK粉、PPS粉、CNT、导电炭黑的粒径分别为300目、120目、40nm、 30nm。

实施例8：

制备方法同实施例1，组分配比见表1，其中，PEEK粉、PPS粉、CNT、导电炭黑的粒径分别为150目、80目、20nm、 15nm。

实施例9：

制备方法同实施例1，组分配比同实施例6。其中，其中，PEEK粉、PPS粉、CNT、导电炭黑的粒径分别为200目、100目、20nm、 30nm。

对比例1：

对比例1采用传统的制备方法： PEEK粒料、PPS粉料和碳材料按一定的比例初混后，经双螺杆挤出机360℃下熔融共混，挤出造粒，共混粒料在100℃下干燥6h，后用注塑机370℃注塑成型。

其组分配比见表1。

对比例2：

制备方法同对比例1，组分配比见表1。

对比例3：

制备方法同对比例1，组分配比同实施例6。其中，其中，PEEK粉、PPS粉、CNT、导电炭黑的粒径分别为100目、200目、30nm、 20nm。

对比例4：

制备方法同对比例1，组分粒径同实施例1，组分配比按质量比为PEEK粉：PPS粉：CNT=56:36:8，不添加导电碳黑。

对比例5：

制备方法同对比例1，组分粒径同实施例1，组分配比按质量比为PEEK粉：PPS粉：导电碳黑=56:36:8，不添加CNT。

表1

实施例6和实施例9由于碳纳米管和导电炭黑粒径的差别，对最终形成的导电复合物的体积电阻率影响较大。

而实施例7和8相较于其他实施例，其体积电阻率高出几个数量级，显示出了特定目数及特定目数的组分配比对最终材料的导电性能均存在较大的影响。

对比例3中由于碳纳米管粒径小于导电炭黑粒径，其导电性能较各实施例均差。

对比例4和5说明本发明碳材料的复合（碳纳米管和导电碳黑的配合）能够显著改善导电性能。

以上实施例和对比例再次证明，本发明采用不同粒径大小的PEEK粉和PPS粉搭配，且前者的粒径需比后者大，其混合中空隙被碳材料（特定配比和粒径的碳纳米管和导电碳黑）占据，形成互锁可控的网络致密形态，直接混合后压制成型很容易得到导电网络良好的材料。这样的粒径设计，能使得制备的复合材料堆积更紧密，密切堆积保证压制成型时无气泡，导电性能更好。

Claims

1.一种耐高温抗静电的导电聚合物复合材料，其特征在于，包括以下按质量百分数计的组分：

聚醚醚酮 30-60%

聚苯硫醚 30-60%

碳纳米管 1-10%

导电炭黑 1-10%。

2.根据权利要求1所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料，其特征在于，所述导电聚合物复合材料包括如下按质量百分数计的组分：

聚醚醚酮 35-60%

聚苯硫醚 35-60%

碳纳米管 2-8%

导电炭黑 2-8%。

3.根据权利要求1所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料，其特征在于，所述导电聚合物复合材料包括如下按质量百分数计的组分：

聚醚醚酮 56%

聚苯硫醚 36%

碳纳米管 3%

导电炭黑 5%。

4.根据权利要求1至3任意一项权利要求所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料，其特征在于，所述聚醚醚酮的目数为150~300目，所述聚苯硫醚的目数为80~120目；所述碳纳米管的粒径为20~40nm，所述导电碳黑的粒径为15~30nm。

5.根据权利要求1至4任意一项权利要求所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料，其特征在于，所述聚醚醚酮的目数为200目，所述聚苯硫醚的目数为100目；所述碳纳米管的粒径为30nm，所述导电碳黑的粒径为20nm。

6.一种权利要求1至5任意一项权利要求所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述S1中混酸为体积比1：1的浓H₂SO₄和浓HNO₃，所述回流时间为0.5~1h。

8.根据权利要求6所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述S2中超声时间为2~4h，加热温度为340~360℃，搅拌时间为16~20h。

9.根据权利要求6所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料的制备方法，其特征在于，所述S3中注塑温度为360~380℃。

10.一种权利要求1至5任意一项权利要求所述的耐高温抗静电的导电聚合物复合材料在航空航天，汽车工业、电子电气和医疗器械领域材料中的应用。