一种韧性导电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种韧性导电复合材料及其制备方法，苯乙烯类树脂、鳞片石墨、膨胀石墨熔融混合，得到所述韧性导电复合材料，膨胀石墨的用量低于鳞片石墨；膨胀石墨由可膨化石墨高温处理得到。现有技术采用碳材料高填充制备导电塑料时，发现塑料的抗冲击性能显著下降，并尝试利用不同结构不同维度的导电填料进行复配，但是结果不理想，并未取得在实现导电的同时保持塑料本身的抗冲击性能。本发明专利技术在前期研究的基础上，公开了石墨改性苯乙烯类聚合物，偶然提出膨胀石墨与鳞片石墨的共同掺杂，在达到渗流阈值的时候，竟然可以保持甚至略微提升基体抗冲击强度，此为ABS等苯乙烯类树脂的生产应用提供基础。产应用提供基础。产应用提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种韧性导电复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于塑料改性技术，具体涉及一种韧性导电复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]高分子材料因为其密度小、质量轻被广泛应用于各种领域，尤其在导电领域采用具有一定使用性能的材料来代替密度较大的金属材料成为一个重要的应用方向。导电高分子材料中，结构型导电塑料是指利用材料分子本身所具有的导电能力或经过一定的化学处理后具有导电能力的塑料，这种材料属于新型的高聚物；复合型导电塑料是指经过物理改性后具有导电性的塑料，目前一般是将强导电性物质如炭黑、碳纤维以及金属粉末等掺混于树脂中制成。本征型导电高分子因为其刚性太大使其使用性能受到局限，则使得填充型导电高分子的研究受到生产企业的重视。采用熔融共混法将高分子材料与成本较低的导电材料进行共混制得导电复合材料是目前工业常规方法，其满足了工业上制备简单、成本低的要求，其他比如溶液共混或者预包覆的方法大都处于实验室研究阶段，还未见可上线生产的信息。但是导电材料因为其结构易于团聚而需要加大填充量才能满足导电需求，且过多填充因为其在基体内部引起缺陷而影响材料的使用性能，特别是材料的抗冲击强度。塑料中碳材料填充料过高，使得材料变得更脆，如丙烯晴
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丁二烯
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苯乙烯共聚物（ABS基体），为了进一步提高材料的导电性能而不至于损失材料的韧性，现有技术考虑将不同维度的导电填料复配，期望利用协同效应进一步提高材料的导电性能；比如采用ABS为基体，添加零维导电填料炭黑与一维导电填料不锈钢纤维进行复配希望提高材料的导电性能而不至进一步影响材料的使用性能，实验结果表明，炭黑与不锈钢纤维的加入明显降低了ABS的韧性。现有技术需要添加一定的增韧剂以确保材料的使用性能，但是无机增韧剂会影响导电网络结构，有机增韧剂会影响塑料本身的应用性能，使得ABS普适性降低；如果在ABS的基础上仅进行导电改性，在得到导电材料的同时，提高或者保持材料的韧性，而不需要另外的增韧改性，对ABS生产以及广泛应用有利。

技术实现思路

[0003]随着电子工业、信息技术的飞速发展，对具有导电性能的高分子材料的需求与日俱增。按照结构和制备方法的不同可将导电高分子材料分为本征型导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类[Synth Met, 1999, 102:1, 1251
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1256.]。现有技术采用碳材料高填充制备导电塑料时，发现塑料的抗冲击性能显著下降，并尝试利用不同结构不同维度的导电填料进行复配，但是结果不理想，并未取得在实现导电的同时保持塑料本身的抗冲击性能。本专利技术在前期研究(CN2022102265162)的基础上，发现石英纤维与片状氮化硼可以在提高ABS热变形温度的基础上保持其抗冲击强度，认为通过填料的复配使用可能会取得与现有技术不同的效果，即在得到导电材料的同时，提高或者保持材料的韧性，而不需要另外的增韧改性，对ABS生产以及广泛应用有利。因此，本专利技术公开了石墨改性苯乙烯类聚合物，偶然提出膨胀石墨与鳞片石墨的共同掺杂，在达到渗流阈值的时候，竟然可以保持甚至
略微提升基体抗冲击强度，此为ABS等苯乙烯类树脂的生产应用提供基础。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：一种韧性导电复合材料，包括苯乙烯类树脂、鳞片石墨、膨胀石墨；所述膨胀石墨的用量低于鳞片石墨；所述膨胀石墨由可膨化石墨高温处理得到。优选的，所述膨胀石墨由可膨化石墨高温处理后研磨得到。可膨化石墨高温膨胀得到膨胀石墨，形状与鳞片石墨明显不同，膨胀石墨中的石墨微片具有较大的径厚比，以膨胀石墨为填料制备的导电复合材料已见报道，但是无论生产企业还是市售产品，都没有发现膨胀石墨与聚合物复合产品，研究发现，膨胀石墨在挤出机中，容易团聚，从而导致其均匀分散不佳，另外膨胀石墨的加入会造成塑料力学性能的下降，这与现有研究论文的发现近似，因此，膨胀石墨还没有实现工业应用，本专利技术通过对膨胀石墨的物理改性以及配方的设计，得到的粒子中，填料的分散性好，从而注塑样品性能均匀。
[0005]本专利技术中，苯乙烯类树脂包括ABS、ASA等。树脂的具体选择比如ABS的分子量及其分布、各嵌段的比例，可根据应用需要选择，本专利技术的创造性在于公开了鳞片石墨、膨胀石墨的配合使用，发现得到导电材料的同时，保持ABS好的冲击强度。相对于石墨烯/碳纳米管，石墨具有明显的价格优势，而且其润滑性能较其他碳材料更能保持树脂本身的加工，本专利技术尤其对于价格占比大/性能要求适中的导电塑料有用。
[0006]本专利技术中，鳞片石墨的粒度为10～30微米，优选15～25微米；可膨化石墨的粒度为30～100目，膨胀倍率为100～400ml/g，优选的，可膨化石墨的粒度为50～80目，膨胀倍率为200～300ml/g。现有文献指出，膨胀石墨经过超细粉碎为纳米材料后，小粒径能够均匀分散在共混物基体中，颗粒与基体紧密地结合在一起，较没有超细粉碎的膨胀石墨具有更好的性能。但是作为生产，纳米材料的使用会带来成本的显著提升，与采用石墨作为导电剂降低成本相悖，而且纳米材料无论是防尘/保存还是加料，都较微米材料复杂，因此，实验室可以采用粉碎为几微米甚至纳米的填料，工业生产综合而言，只能使用大粒径填料，最好是已经批量供货而不需要定制。本专利技术研磨膨胀石墨不是为了使其粒径变小，主要是该变膨胀石墨的边缘结构，以及减少膨胀不均匀带来的片状结构有差异的影响。
[0007]本专利技术中，苯乙烯类树脂、鳞片石墨、膨胀石墨的质量比为100﹕10～20﹕1～5，优选的，苯乙烯类树脂、鳞片石墨、膨胀石墨的质量比为100﹕12～18﹕2～3。膨胀石墨具有更好的导电性能，其渗流阈值较鳞片石墨低得多，本专利技术将两者复配，不仅降低了整体填料的用量，而且改变了两者以微米尺寸单独掺杂ABS时冲击强度都下降的问题，两者共同作用，使得复合材料冲击强度与ABS近似甚至略高。
[0008]本专利技术中，鳞片石墨经过偶联剂处理，偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、硼酸酯偶联剂中的一种或几种。优选的，膨胀石墨不经过偶联处理。偶联剂改性会提高填料的分散能力，但是同样会提高填料与聚合物的界面性能，膨胀石墨的韧性不佳，与树脂强力的界面效应使得界面变脆，反而会不利于复合材料冲击强度的提高，也可能会影响应力载荷在树脂内橡胶相上的传递。本专利技术采用偶联剂处理的鳞片石墨与无偶联剂处理的膨胀石墨，共同改性ABS，实验结果看出，填料形成良好的导电网络，实现了导电性能，且填料的分散以及填料聚合物的界面作用结合鳞片石墨/膨胀石墨的连接，保持了ABS的冲击强度。
[0009]本专利技术中，研磨为球磨，球磨时，球料比20﹕（1～2），球磨转速200～500rpm，时间为2～5小时，优选的，球磨时，球磨转速300～400rpm，时间为2～3小时。球磨会改变颗粒外边
缘形状，对整体蠕虫状没有明显影响，也提高了膨胀石墨各片层的结构近似性，对插层效果以及分散有利。
[0010]作为常识，本征型导电高分子材料是指聚合物本身具有导电性的高分子材料，一般是电子高度离域的共轭聚合物经过适当电子受体或给体进行掺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种韧性导电复合材料，包括苯乙烯类树脂、鳞片石墨、膨胀石墨，其特征在于，所述膨胀石墨的用量低于鳞片石墨；所述膨胀石墨由可膨化石墨高温处理得到。2.根据权利要求1所述韧性导电复合材料，其特征在于，所述膨胀石墨由可膨化石墨高温处理后研磨得到。3.根据权利要求2所述韧性导电复合材料，其特征在于，研磨为球磨。4.根据权利要求1所述韧性导电复合材料，其特征在于，苯乙烯类树脂包括ABS或者ASA。5.根据权利要求1所述韧性导电复合材料，其特征在于，鳞片石墨的粒度为10～30微米；可膨化石墨的粒度为30～100目，膨胀倍率为100～400ml/g...

【专利技术属性】
技术研发人员：周松虎，
申请(专利权)人：苏州市安美材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：