CN106671386B - 轴径双向电导率可控导电聚合物管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于导电聚合物材料技术领域，具体涉及一种轴径双向电导率可控导电聚合物管及其制备方法。本发明所要解决的技术问题是提供一种轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，包括以下步骤：将聚合物与导电填料混合均匀，然后将混合料置于聚合物管旋转挤出装置中进行熔融旋转挤出，挤出的管坯冷却定径即可。本发明方法能够诱导导电填料在管壁内由单维取向变为多维取向，促进导电网络形成；同时利用多维度导电填料在旋转流动场中各异的形态响应，形成具有更大连接程度的杂化导电填料体系，从而大幅降低导电聚合物管的渗阈值，减少昂贵导电填料用量，制备高导电率、优异加工性能和力学性能的导电聚合物管。

Description

轴径双向电导率可控导电聚合物管及其制备方法
技术领域
本发明属于导电聚合物材料技术领域，具体涉及一种轴径双向电导率可控导电聚合物管及其制备方法。
背景技术
导电聚合物是一种通过添加一种或者多种导电填料实现聚合物导电性能的复合材料，并在抗静电、电磁屏蔽、传感器及导体等领域具有十分广阔的应用前景。导电聚合物管是一类具有高附加值、特殊用途的特种导电材料，尤其是直径小于5mm的微管其特殊的形状在柔性传感器、医疗卫生领域具有重要用途而逐渐受到学术与工业界的关注(US4278835A)。但是，在聚合物管的加工过程中保持聚合物材料的导电性能却十分困难。制备聚合物导电材料的关键在于能在聚合物基体中形成导电通路，但传统的熔融挤出或注塑加工过程中，聚合物熔体受到极强的剪切或者拉伸作用，使导电填料在聚合物基体中单维高度取向。
Uttandaraman Sundaraj(1.Al-Saleh M H and Sundararaj U.Electromagneticinterference shielding mechanisms of CNT/polymer composites[J].Carbon,2009.47(7):1738-1746.2.Arjmand M,Apperley T,Okoniewski M,and SundararajU.Comparative study of electromagnetic interference shielding properties ofinjection molded versus compression molded multi-walled carbon nanotube/polystyrene composites[J].Carbon,2012.50(14):5126-5134.3.Arjmand M,MahmoodiM,Gelves G A,Park S,and Sundararaj U.Electrical and electromagneticinterference shielding properties of flow-induced oriented carbon nanotubesin polycarbonate[J].Carbon,2011.49(11):3430-3440.4.Mahmoodi M,Arjmand M,Sundararaj U,and Park S.The electrical conductivity and electromagneticinterference shielding of injection molded multi-walled carbon nanotube/polystyrene composites[J].Carbon,2012.50(4):1455-1464.)研究了高度取向导电填料的导电性能并发现，高度取向导电纤维间存在极厚的聚合物绝缘层，使导电纤维之间难以相互接触形成导电通路，材料的渗阈值大幅提高。导电聚合物管的生产过程中，聚合物熔体受到强拉伸，其中的导电填料如碳纤维、碳纳米管等高度取向，因此其生产难度更高于传统注塑样品。因此，常规生产过程中往往需要添加大量的导电填料或者采用更加复杂的生产工艺如长纤挤出等。但是这些工艺具有明显的缺陷：添加大量导电填料将大幅降低聚合物物管的机械性能，出现使用过程中失效；特殊的生产工艺，例如将长导电纤维如碳纤维、金属丝包埋在聚合物直接挤出，对挤出机械技术要求极高，不利于大规模传统工业化生产，极大地限制了产品的普及。
随国民经济的发展和激烈的市场竞争，对导电聚合物管的生产与性能提出更高要求，如希望其具备高导电率、优异加工性能和力学性能，但现有的聚合物管加工方法难以实现。
发明内容
本发明目的是针对现有技术存在的加工技术不足以及导电填料添加量大的缺点，提供一种轴径双向电导率可控导电聚合物管及其制备方法。
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法。该方法包括以下步骤：将聚合物与导电填料混合均匀，然后将混合料置于聚合物管旋转挤出装置中进行熔融旋转挤出，挤出的管坯冷却定径即可。
优选的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述的聚合物管旋转挤出装置为ZL200810045785.9所述装置；所述旋转为芯棒相对于口模单独旋转、口模相对于芯棒单独旋转、芯棒与口模同时同向旋转或芯棒与口模同时反向旋转中的任意一种旋转方式。
进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述旋转为芯棒与口模同时反向旋转。
更进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述的芯棒与口模同时同向旋转或芯棒与口模同时反向旋转方式时，芯棒与口模转速相同或不相同。
优选的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述聚合物与导电填料为添加比例为50～99.99重量份聚合物与0.01～50重量份导电填料。
进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述聚合物与导电填料为添加比例为70～99.9重量份聚合物与0.1～30重量份导电填料。
优选的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、尼龙、聚氨酯、聚烯烃弹性体或聚醋酸乙烯酯中的至少一种。
进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述聚烯烃弹性体为乙烯和丁烯的高聚物，或乙烯和辛烯的高聚物。
优选的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述导电填料为碳纤维、炭黑、石墨烯、碳纳米管、铁粉或不锈钢纤维中的至少一种。
进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述导电填料为碳纤维与石墨烯的混合物或碳纤维与炭黑的混合物。
优选的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述旋转速度为1～60rpm/min。
进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述旋转速度为10～40rpm/min。
更进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述旋转速度为15～30rpm/min。
优选的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，根据需要加入其他助剂或填料。
进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述的其他助剂为抗氧剂、增塑剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、抗静电剂、防霉剂、着色剂和增白剂、填充剂、偶联剂、润滑剂中的至少一种。
进一步的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法中，所述的填料为玻璃纤维、玻璃微珠、滑石粉、蒙脱土、云母、硅灰石、碳酸钙中的至少一种。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供上述轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法制备得到的轴径双向电导率可控导电聚合物管。
优选的，上述轴径双向电导率可控导电聚合物管，轴向方向的导电率为1.0×10-4～1.0S/cm，径向方向的电导率为1.0×10-11～1.0×10-1S/cm。
本发明所要解决的第三个技术问题是提供上述轴径双向电导率可控导电聚合物管用作应变传感器的用途。
本发明方法与现有技术相比具有如下优点：
1)本发明方法在制备导电聚合物管的过程中施加旋转力场，可以通过简单改变旋转模式和旋转速度，使导电填料在聚合物管壁内形成多维取向，并控制取向度，形成连接密度可控制的导电网络结构，从而实现电导率可自由控制的导电聚合物管。
2)本发明方法所采用的旋转挤出技术在熔融挤出加工过程中具有在熔体表面产生层流，熔体内部产生漩涡流的特性，因而在导电管表面导电填料规整排列，可调控导电管壁表面的导电能力，制备具有芯层导电而皮层绝缘的高性能特种导电管；进一步的，随着旋转速度提高，管壁内多维取向的导电填料交盖范围逐渐扩大，亦可制备具有轴径双向导电的特种导电管。该两种不同的导电管可应用于多种领域，调控简单，具有竞争优势。
3)本发明方法所制备的导电聚合物管的导电率对管形变如弯曲、拉伸、扭曲等具有响应，即聚合物管导电率随其形变而变化，从而可以应用于形变响应传感器等领域。
4)本发明方法所采用的旋转挤出杂化导电填料体系技术，导电填料渗阈值低，添加量少，生产效率高，因而不仅使所制备的管材既具备高品质的竞争优势，又因成本低而更具价格竞争力。
5)本发明方法采用熔融挤出加工，因而加工速度快、产量高，符合工业化大规模生产的要求；本发明提供的方法工艺简单成熟，易于掌握控制，也便于推广应用。
附图说明
图1为本发明方法所得导电管导电部位示意图；
图2为本发明方法在加工过程中导电填料形成导电通路的原理示意图；
在导电聚合物管的内外壁表面，导电填料相互平行排列，使聚合物管在径向方向具有绝缘性，而在管中间层，导电填料多维取向，之间相互接触，形成导电通路，使管在轴向方向具有极高的电导率；随着旋转速度的提高，中间多维取向层逐渐向内外壁表面扩大，最终使导电聚合物管在径向方向亦具有良好的导电性能。
图3为常规挤出和本发明方法15重量份碳纤维和85重量份低密度聚乙烯通过30r/min芯棒与口模同时反向旋转挤出导电管的内、外壁刻蚀后的扫描电子显微镜对比图；
其中，a、b图分别为常规挤出管的内、外壁，c、d图分别为本发明导电管的内、外壁，图中箭头方向为管道挤出方向；从图中可以看出，本发明方法通过旋转挤出使碳纤维偏离轴向排列且内外壁偏离方向相反，因此碳纤维在聚合物管内部形成三维的导电通路，实现电导率快速提升。
具体实施方式
传统熔融挤出或注塑加工制备聚合物导电材料方法中，由于聚合物熔体受到极强的剪切或拉伸作用，使导电填料在聚合物基体中单维高度取向，从而降低了聚合物导电能力。且添加大量导电填料或采用更复杂的生产工艺都各自存在如浪费原料成本、操作复杂、耗时长等缺陷。
针对上述现有技术制备导电管所出现的问题，本发明人经过大量研究试验发现，采用聚合物管旋转挤出装置(ZL200810045785.9)，该聚合物管旋转挤出装置，芯棒和口模独立可调，转速及方向独立可调，从而可实现芯棒相对于口模单独旋转、口模相对于芯棒单独旋转、芯棒与口模同时同向旋转或芯棒与口模同时反向旋转这四种不同的旋转模式，与轴向挤出/牵引运动叠加，调控聚合物熔体流动模式，形成沿管壁厚方向不同的速度分布和应力分布，产生管壁内相互交盖的应力和速度梯度分布，诱导导电填料在管壁内形成多维取向相互交盖的排列方式，从而促进导电网络形成。同时利用多维度导电填料(一维填料：碳纤维，二维填料：石墨烯，三维填料：炭黑)在旋转流动场中各异的形态响应，即一维填料易偏离，二三维填料难偏离的特点，促进导电填料相互接触，形成具有更大连接程度的杂化导电填料体系，大幅降低导电聚合物管的渗阈值，减少昂贵导电填料的用量，从而制备高导电率、优异加工性能和力学性能的导电聚合物管。
所以，本发明提供了一种轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，包括以下步骤：将50～99.99重量份聚合物与0.01～50重量份导电填料混合均匀，然后将混合料置于聚合物管旋转挤出装置中以1～60rpm/min的转速进行熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径即可；所述旋转为芯棒相对于口模单独旋转、口模相对于芯棒单独旋转、芯棒与口模同时同向旋转或芯棒与口模同时反向旋转中的任意一种旋转方式。此处也可将聚合物和导电填料采用常规方法熔融挤出、切粒后在放入聚合物管旋转挤出装置。
优选的，所述旋转为芯棒与口模同时反向旋转。
优选的，所述的芯棒与口模同时同向旋转或芯棒与口模同时反向旋转方式时，芯棒与口模转速相同或不相同。
为了兼顾导电效果和能耗节约，优选旋转速度为10～40rpm/min。进一步的所述旋转速度为15～30rpm/min。
为了兼顾导电效果和能耗节约，优选聚合物与导电填料为添加比例为70～99.9重量份聚合物与0.1～30重量份导电填料。
优选的，所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、尼龙、聚氨酯、聚烯烃弹性体或聚醋酸乙烯酯中的至少一种。
优选的，所述导电填料为碳纤维、炭黑、石墨烯、碳纳米管、铁粉或不锈钢纤维中的至少一种。进一步的，为了保证导电效果，导电填料应为一维填料和二维填料的混合物，或一维填料和三维填料的混合物。更进一步的，所述导电填料为碳纤维与石墨烯的混合物或碳纤维与炭黑的混合物。
进一步的，在实际工业化生产中，根据应用领域对聚合物管性能需要，可添加其它公知的抗氧剂、增塑剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、抗静电剂、防霉剂、着色剂和增白剂、填充剂、偶联剂、润滑剂等加工助剂，以及其它一些有助于管材性能进一步增强的填料，如玻璃纤维、玻璃微珠、滑石粉、蒙脱土、云母、硅灰石、碳酸钙等。
发明人发现，本发明方法中通过调整装置的旋转速度和导电填料浓度可控制导电管的导电部位。低旋转速度下，管内外壁表面导电纤维平行一维排列不导电，而内部由于旋转挤出形成的速度差，形成三维交盖的导电网络，因此轴向方向导电，而径向方向不导电。随着旋转速度增加，三维交盖网络的范围逐渐扩大，最终在管内外壁表面亦形成导电网络，即轴径方向双向导电。随着导电填料含量增加，实现轴径向双向导电所需要的临界转速逐渐降低。
发明人还发现，本发明方法中影响导电率的因素有旋转速度、旋转模式、填料加入量、填料种类等。当未达到阈值时，可通过调整旋转速度、旋转模式、填料加入量、填料种类来控制阈值；一旦达到阈值时，填料加入量对导电率影响不大，增加导电填料加入量导电率缓慢升高最终趋于不变，此时可通过调整旋转速度、旋转模式来控制导电率的大小。
通过本发明方法，可根据应用领域的需求，合理地控制各影响因素，从而制备得到导电部位可控、导电率可控的导电管。
本发明还提供了上述方法制备得到的轴径双向电导率可控导电聚合物管。进一步的，轴向方向的导电率为1.0×10-4～1.0S/cm，径向方向的电导率为1.0×10-11～1.0×10- 1S/cm。
发明人还发现对该轴径双向电导率可控导电聚合物管进行弯曲、拉伸、扭曲等形变，其对形变具有响应，即管导电率随形变变化而变化，从而该导电管能够应用于形变响应传感器等领域。
因此，本发明还提供了上述轴径双向电导率可控导电聚合物管作为应变传感器的用途。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要指出的是以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，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发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
值得说明的是：1)以下实施例和对比例中物料的份数均为重量份。2)以下实施例和对比例所制备管材的电导率测试均按照GB1410-78进行的，电导率大于10-6S/cm可认为是导体。
实施例1
先将99.99重量份聚乙烯LDPE(牌号：2420H)与0.01重量份数碳纳米管双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒单独旋转方式，以10rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为1.92×10-3S/cm，径向电导率为1.5×10-11S/cm。
实施例2
先将99.9重量份聚乙烯LDPE(牌号：2420H)与0.1重量份数石墨烯双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用口模单独旋转方式，以20rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为3.92×10-2S/cm，径向电导率为4.2×10-11S/cm。
实施例3
先将90重量份聚乙烯LDPE(牌号：2420H)与10重量份数碳纤维双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒与口模反向旋转方式，以60rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为4.1×10-1S/cm，径向电导率为6.41×10-3S/cm。
实施例4
先将50重量份聚乙烯LDPE(牌号：2420H)与50重量份数炭黑双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒与口模同向旋转方式，以10rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为3.92×10-3S/cm，径向电导率为7×10-11S/cm。
实施例5
先将60重量份聚丁烯与40重量份数不锈钢纤维双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒与口模反向旋转方式，以1rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为1.12×10-4S/cm，径向电导率为6.86×10-11S/cm。
实施例6
先将90重量份聚丙烯与10重量份数铁粉双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒与口模同向旋转方式，以5rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为2.92×10-3S/cm，径向电导率为9.11×10-11S/cm。
实施例7
先将60重量份聚乙烯LDPE(牌号：2420H)与40重量份数不锈钢纤维双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒单独旋转的方式，以60rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为4.82×10-1S/cm，径向电导率为1×10-1S/cm。
实施例8
先将85重量份聚丙烯与10重量份数碳纤维5重量份石墨烯双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用口模单独旋转方式，以50rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为9.24×10-1S/cm，径向电导率为8.11×10-2S/cm。
实施例9
先将85重量份聚丁烯与10重量份数碳纤维与5重量分数炭黑双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒与口模同向旋转方式，以30rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为1.34×10-1S/cm，径向电导率为7.51×10-11S/cm。
实施例10
先将75重量份聚氨酯与20重量份数不锈钢纤维与5重量份碳纳米管双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒与口模反向旋转方式，以20rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为7.83×10-2S/cm，径向电导率为7.21×10-11S/cm。
实施例11
先将50重量份聚醋酸乙烯酯20重量份数聚氨酯与30重量份数碳纤维双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒与口模同向旋转方式，以5rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为5.12×10-4S/cm，径向电导率为3.21×10-2S/cm。
实施例12
先将85重量份聚丁烯与15重量份数碳纤维双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒与口模反向旋转方式，以10rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为1.12×10-4S/cm，径向电导率为1.941×10-11S/cm。
实施例13
先将90重量份聚氨酯与10重量份数石墨烯双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒单独旋转方式，以40rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为1.24S/cm，径向电导率为1.18×10-1S/cm。
实施例14
先将90重量份聚氨酯与5重量份数石墨烯5重量份碳纤维双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管旋转挤出装置中，采用芯棒单独旋转方式，以15rpm/min的转速熔融旋转挤出，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
本实施例所得管材的轴向电导率为3.74×10-1S/cm，径向电导率为5.73×10-4S/cm。
对比例1
先将90重量份聚氨酯与10重量份数石墨烯双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管常规挤出装置中，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
所得管材的轴向电导率为2.39×10-10S/cm，径向电导率为2.21×10-11S/cm。
对比例2
先将70重量份LDPE与30重量份数碳纤维双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管常规挤出装置中挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
所得管材的轴向电导率为5.09×10-9S/cm，径向电导率为1.24×10-11S/cm。
对比例3
先将50重量份聚醋酸乙烯酯与50重量份数炭黑双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管常规挤出装置中，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
所得管材的轴向电导率为9.09×10-9S/cm，径向电导率为5.1×10-11S/cm。
对比例4
先将60重量份聚氨酯与40重量份数铁粉双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管常规挤出装置中，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
所得管材的轴向电导率为3.93×10-10S/cm，径向电导率为3.81×10-11S/cm。
对比例5
先将90重量份聚丁烯与10重量份数碳纳米管双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管常规挤出装置中，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
所得管材的轴向电导率为8.21×10-9S/cm，径向电导率为1.76×10-11S/cm。
对比例6
先将80重量份聚丙烯与20重量份数不锈钢纤维双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管常规挤出装置中，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
所得管材的轴向电导率为4.49×10-11S/cm，径向电导率为4.12×10-11S/cm。
对比例7
先将80重量份聚氨酯与10重量份数石墨烯10重量分数碳纳米管双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管常规挤出装置中，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
所得管材的轴向电导率为8.81×10-9S/cm，径向电导率为5.12×10-11S/cm。
对比例8
先将70重量份聚氨酯20重量分数聚醋酸乙烯酯与10重量份数石墨烯双螺杆挤出机中熔融挤出、切粒，然后将所得粒料置于聚合物管常规挤出装置中，挤出的管坯在牵引机的牵引下进行冷却定径制得￠3管径的聚合物管。
所得管材的轴向电导率为6.11×10-9S/cm，径向电导率为1.51×10-11S/cm。
综上可以看出，采用本发明方法制备得到的导电聚合物管，其轴向、径向方法的导电率可以比传统方法制备的导电聚合物管高出好几个数量级，且可以根据不同领域的不同需求，合理地控制旋转速度、导电填料的使用量来调节导电能力、导电部位。本发明为不同领域导电聚合物管提供了一种更好的选择。

Claims (14)

1.轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：将聚合物与导电填料混合均匀，然后将混合料置于聚合物管旋转挤出装置中进行熔融旋转挤出，挤出的管坯冷却定径即可；所述旋转为芯棒相对于口模单独旋转、口模相对于芯棒单独旋转、芯棒与口模同时同向旋转或芯棒与口模同时反向旋转中的任意一种旋转方式；所述导电填料为碳纤维、炭黑、碳纳米管、铁粉或不锈钢纤维中的至少一种；所述导电填料为一维填料和二维填料的混合物，或一维填料和三维填料的混合物；低旋转速度下，管内外壁表面导电纤维平行一维排列不导电，而内部形成三维交盖的导电网络，轴向导电径向不导电，随着旋转速度增加，导电网络范围逐渐扩大至管内外壁表面，轴径方向双向导电。
2.根据权利要求1所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述旋转方式为芯棒与口模同时反向旋转。
3.根据权利要求1所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述聚合物与导电填料为添加比例为50～99.99重量份聚合物与0.01～50重量份导电填料。
4.根据权利要求3所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述聚合物与导电填料为添加比例为70～99.9重量份聚合物与0.1～30重量份导电填料。
5.根据权利要求1所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述聚合物为聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚氯乙烯、尼龙、聚氨酯、聚烯烃弹性体或聚醋酸乙烯酯中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述导电填料为碳纤维与炭黑的混合物。
7.根据权利要求1所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述旋转速度为1～60rpm/min。
8.根据权利要求7所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述旋转速度为10～40rpm/min。
9.根据权利要求8所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述旋转速度为15～30rpm/min。
10.根据权利要求1～9任一项所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：根据需要加入其他助剂或填料。
11.根据权利要求10所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法，其特征在于：所述的其他助剂为抗氧剂、增塑剂、热稳定剂、光稳定剂、阻燃剂、抗静电剂、防霉剂、着色剂和增白剂、填充剂、偶联剂、润滑剂中的至少一种；所述的填料为玻璃纤维、玻璃微珠、滑石粉、蒙脱土、云母、硅灰石、碳酸钙中的至少一种。
12.轴径双向电导率可控导电聚合物管，其特征在于：由权利要求1～11任一项所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管的制备方法制备得到。
13.根据权利要求12所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管，其特征在于：轴向方向的导电率为1.0×10-4～1.0 S/cm，径向方向的电导率为1.0×10-11～1.0×10-1S/cm。
14.权利要求12或13所述的轴径双向电导率可控导电聚合物管作为应变传感器的用途。
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