HDPE-碳纤维-氧化锌晶须导电复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供ＨＤＰＥ－碳纤维－氧化锌晶须导电复合材料配方及其制备方法。将高密度聚乙烯、碳纤维、氧化锌晶须和偶联剂经过高分子材料加工设备熔融混炼后模压制得所述导电复合材料，高密度聚乙烯、碳纤维和氧化锌晶须占该三种物质总重量的百分比为：７４％～９４％的高密度聚乙烯，６％～２６％的碳纤维和氧化锌晶须；偶联剂为高密度聚乙烯、碳纤维和氧化锌晶须总重量的１％～３％。本发明专利技术的材料制备方便简单，成本低，导电性能好，可以广泛应用于过流保护元件，自控温加热元器件等领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高分子导电复合材料
，具体涉及HDPE-碳纤维-氧化 锌晶须导电复合材料及其制备方法。
技术介绍
导电高分子复合材料既具有导电功能，同时也具有类似于高分子材料的 优异的力学和加工性能，因此得到广泛的应用。目前高分子导电复合材料主要 是以价格低廉，原料来源广泛的碳黑为导电填料，但碳黑易于附聚和氧化，并 且较高的填充量和碳黑的特殊结构使得此类复合材料存在着寿命短、稳定性差 和力学性能不佳等缺点。近年来，由各种新型导电填料制备的导电复合材料已经越来越引起人们的 重视，具有一维结构的碳纤维和具有四针状空间立体结构的氧化锌晶须因其优 良的导电性能和力学性能，受到特别的关注。与传统的导电填料碳黑或者金属 粉等相比，使用碳纤维和氧化锌晶须作为导电填料，能够较容易地形成空间导 电网络结构，具有添加量少、电阻率低、材料力学性能好等显著的优点，但在 实际工业生产中，碳纤维和氧化锌晶须因其价格昂贵而成为限制其广泛应用的 最主要因素。因此，如何在满足复合材料电性能要求的前提下，优化碳纤维和 氧化锌晶须之间的用量，提高其利用效率，发挥导电填料之间的协同作用，起 到既可以满足电性能的要求同时又不损失力学性能的作用，在工业上具有重要 的价值和意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供HDPE-碳纤维-氧 化锌晶须导电复合材料及其制备方法，该方法通过优化导电填料之间的配比， 发挥导电填料之间的协同作用，既可以提高其电性能，又不损失力学性能，同 时降低导电复合材料的制备成本。本专利技术的目的通过下述技术方案实现HDPE-碳纤维-氧化锌晶须导电复合材料的制备方法，该方法将高密度聚 乙烯、碳纤维、氧化锌晶须和偶联剂经过高分子材料加工设备熔融混炼后模压 而制得所述HDPE-碳纤维-氧化锌晶须导电复合材料，高密度聚乙烯、碳纤维 和氧化锌晶须占该三种物质总重量的百分比为74%~94%的高密度聚乙烯， 6%~26%的碳纤维和氧化锌晶须；偶联剂为高密度聚乙烯、碳纤维和氧化锌晶 须总重量的1% 3%。上述的制备方法中，所述碳纤维为短切碳纤维，碳纤维长度为0.5~4mm， 直径为1 10pm。上述的制备方法中，所述碳纤维和氧化锌晶须的质量配比为1:3 10:3。 上述的制备方法中，熔融混炼的温度为145~165°C，时间为5 15min，转子转速为30 50r/min。上述的制备方法中，模压温度为150 170°C，时间为5 20min，压力为4MPa 16MPa。上述的制备方法中，所述偶联剂为钛酸酯、硬脂酸或硅烷。上述的制备方法中，所述高分子材料加工设备为开炼机、密炼机或平板硫 化机。由上述的制备方法制得的HDPE-碳纤维-氧化锌晶须导电复合材料。与传统的导电复合材料相比，本专利技术通过优化高密度聚乙烯、碳纤维、氧 化锌晶须和偶联剂的配比，利用碳纤维和氧化锌晶须之间的协同作用，可以实 现如下优点和效果(1)碳纤维和氧化锌晶须之间相互搭接，提高复合材料的 导电率；(2)导电填料之间起到协同分散的目的，降低导电填料的使用量，节 约材料的制备成本；(3)不需添加碳黑或者石墨等无机粉料，而碳纤维的纤维 状结构和氧化锌晶须的四针状空间立体结构以及它们优异的力学性能，有利于 提高复合材料的力学性能。总的来说，本专利技术可以在满足导电复合材料电性能要求的前提下保证材料 的力学性能，同时降低导电复合材料的制备成本。具体实施例方式下面通过具体的实施例对本专利技术的具体实施作进一步地详细说明，但本发 明的技术范围不限于这些。 实施例l取高密度聚乙烯36.8g，碳纤维0.8g，氧化锌晶须2.4g及钛酸酯0.8g加入转 矩流变仪中进行混炼，混炼温度为155"C，混炼时间8min，转矩流变仪转速为 40r/min,然后将混炼好的材料在平板硫化机上模压成型，模压温度为160。C,模 压时间为10min，模压压力为10MPa，测量样品的室温电阻率，结果如表l所示。 所述碳纤维为短切碳纤维，碳纤维长度为0.5 4mm，直径为l l(Him。实施例2 9实施方法与实施例l相同，改变各组分的配比，结果如表l所示。 对比实施例l实施方法与实施例l相同，单独使用碳纤维作为填料，测得样品的室温电 阻率，结果如表l所示。对比实施例2 10，实施方法与实施例l相同，单独使用碳纤维，改变HDPE 与碳纤维的配比，结果如表l所示。表中的百分比为质量百分比，HDPE、碳 纤维、氧化锌晶须的百分比分别为各自占该三种物质的总质量的百分比，而钛 酸酯的百分比为相对于该三种物质总质量的百分比。由上述表l的结果可知，加入氧化锌晶须后可以有效降低复合体系的电阻率。测试方法样品电阻大于108Q时，按照GB/T10064-2006和GB/T1410-2006，用ZC-36 型高阻计测量，为了减小测试时的接触电阻，样品表面粘上导电铝箔；电阻小 于108Q时，按照GB/T15662-1995和GB/T15738-1995，采用四电极法，把样品 裁成70mmX10mmX2mm的长条，用UT58C型数字万用表测电压，UT58A型 数字万用表测电流，然后计算电阻率。表l实施例与 对比实施例HDPE (%)碳纤维(％)氧化锌晶须 (%)钛酸酯(％)电阻率 (Q.cm)实施例l922621.06E14实施例2886627.78E13实施例3868621.14E14实施例48410624.67E13实施例58212624.39E13实施例6801462208.01实施例778166212.67实施例87618624.68实施例97420621.56比较实施例l9642U3E14比较实施例294621.66E14比较实施例392821.40E14比较实施例4901022.93E14比较实施例5881221.00E14比较实施例686142491666.67比较实施例784162170.62比较实施例88218215.66比较实施例9802023.56权利要求1、HDPE-碳纤维-氧化锌晶须导电复合材料及其制备方法，其特征在于将高密度聚乙烯、碳纤维、氧化锌晶须和偶联剂经过高分子材料加工设备熔融混炼后模压制得所述导电复合材料，高密度聚乙烯、碳纤维和氧化锌晶须占该三种物质总重量的百分比为74％～94％的高密度聚乙烯，6％～26％的碳纤维和氧化锌晶须；偶联剂为高密度聚乙烯、碳纤维和氧化锌晶须总重量的1％～3％。2、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述碳纤维为短切碳纤 维，碳纤维长度为0.5 4mm，直径为l-l(Vm。3、 根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于所述碳纤维和氧化锌晶 须的质量配比为1:3 10:3。4、 根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于熔融混炼的温度为 145~165°C，时间为5 15min，转子转速为30 ~50r/min。5、 根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于模压温度为150 170°C， 时间为5-20min，压力为4MPa 16MPa。6、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述偶联剂为钛酸酯、 硬脂酸或硅烷。7、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述高分子材料加工设 备为开炼机、密炼机或平板硫化机。8、 由权利要求1 7任一项所述的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
ＨＤＰＥ－碳纤维－氧化锌晶须导电复合材料及其制备方法，其特征在于将高密度聚乙烯、碳纤维、氧化锌晶须和偶联剂经过高分子材料加工设备熔融混炼后模压制得所述导电复合材料，高密度聚乙烯、碳纤维和氧化锌晶须占该三种物质总重量的百分比为：７４％～９４％的高密度聚乙烯，６％～２６％的碳纤维和氧化锌晶须；偶联剂为高密度聚乙烯、碳纤维和氧化锌晶须总重量的１％～３％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁基照，杨铨铨，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]