【技术实现步骤摘要】
本申请属于聚合物材料，尤其涉及一种碳纳米管复合材料及其制备方法及聚苯乙烯复合材料。
技术介绍
1、碳纳米管是近几年倍受关注的新型材料，其具有许多的优异性能，可应用于许多领域。碳纳米管具有良好的力学性能，cnts抗拉强度达到50～200gpa,是钢的100倍，密度却只有钢的1/6，至少比常规石墨纤维高一个数量级；它的弹性模量可达1tpa，与金刚石的弹性模量相当，约为钢的5倍。对于具有理想结构的单层壁的碳纳米管，其抗拉强度约800gpa。碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相似，但其结构却比高分子材料稳定得多。碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料,可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲劳性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。
2、相比传统的填充物(如炭黑、纳米黏土)，高比表面积的碳纳米管(cnt)只需少量的添加量就能显著地提高材料的性能，如机械性能、导电性能和热稳定性能等。但基于碳纳米管的高长径比，非常容易缠绕形成团聚体，在复合材料的制备过程中极易团聚形成小颗粒，影响制品性能。因此碳纳米管在复合材料中的分散性一直是影响碳纳米管应用的瓶颈。制备含碳纳米管的树脂组合物属于两个
的结合，包括塑料加工以及碳纳米管改性的有机结合，具有较大的难度。尤其为了满足塑料制备的常用挤出工艺，需在塑料挤出的几分钟到十几分钟内将碳纳米管分散均匀，因此需要在挤出机中快速将碳纳米管分散，通过螺杆的挤出剪切分散远远不够。
3、为了不影响塑料加工现有的生产工艺，同时解决
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种碳纳米管复合材料及其制备方法及聚苯乙烯复合材料，旨在解决碳纳米管在复合材料中分散性差的问题。
2、为实现上述申请目的，本申请采用的技术方案如下：
3、第一方面，本申请提供一种碳纳米管复合材料，包括改性碳纳米管和包覆在所述改性碳纳米管表面的壳层，所述壳层包括聚苯乙烯树脂，所述改性碳纳米管是通过将碳纳米管与碳源材料和催化剂混合后在惰性气体保护下加热处理制得，所述加热处理使所述碳源材料碳化后在所述碳纳米管表面形成无定形碳。
4、第二方面，本申请提供一种碳纳米管复合材料的制备方法，包括以下步骤：将所述改性碳纳米管与聚苯乙烯羧基胶乳混合处理制备得到所述碳纳米管复合材料。
5、第三方面，本申请提供一种聚苯乙烯复合材料，包括第一方面所述的碳纳米管复合材料和/或第二方面所述的制备方法制备得到的碳纳米管复合材料。
6、第四方面，本申请提供一种聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：按照第三方面所述的聚苯乙烯复合材料提供各原料，将所述各原料混料后通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，得到聚苯乙烯复合材料；其中，挤出温度为210～240℃，主机转速为500～1000rpm/min，真空度≤-0.05mpa。
7、本申请第一方面提供的一种碳纳米管复合材料，采用表面结合有无定形碳的碳纳米管，通过无定形碳的物理吸附作用和化学吸附作用强化碳纳米管自身与聚苯乙烯树脂大分子链的结合，从而使界面强度提高，碳纳米管不易团聚，因而这样的碳纳米管复合材料具有很好的分散性，用在聚苯乙烯树脂中，可以得到导电性好，表面平整度佳的含碳纳米管的聚苯乙烯复合材料。
8、本申请第二方面提供一种碳纳米管复合材料的制备方法，通过碳纳米管与碳源高温灼烧制备表面生长有无定形碳的碳纳米管，然后再与聚苯乙烯羧基胶乳球磨处理制备碳纳米管复合材料，该制备方法操作简单，可操作性强，不仅易于控制产品质量，且成本不高。
9、本申请第三方面提供的一种聚苯乙烯复合材料，由于采用了所述第一方面碳纳米管复合材料，通过自制的表面生长有无定形碳的改性碳纳米管与聚苯乙烯羧基胶乳球磨，使得两者发生一定的化学键合反应。同时聚苯乙烯本身与高抗冲聚苯乙烯的相容性很高，因此制得一种碳纳米管与树脂基材界面相容性好、分散均匀的复合材料。
10、本申请第四方面提供一种聚苯乙烯复合材料的制备方法，优化了双螺杆熔融挤出造粒的工艺，通过调整挤出工艺的参数，使碳纳米管在树脂基材中分散的更均匀。
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1.一种碳纳米管复合材料，其特征在于，包括改性碳纳米管和包覆在所述改性碳纳米管表面的壳层，所述壳层包括聚苯乙烯树脂；所述改性碳纳米管是通过将碳纳米管与碳源材料和催化剂混合后在惰性气体保护下加热处理制得，所述加热处理使所述碳源材料碳化后在所述碳纳米管表面形成无定形碳。
2.如权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料，其特征在于，所述改性碳纳米管含有20wt％～30wt％的无定形碳；和/或，
3.如权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料，其特征在于，所述加热处理的温度为600～700℃，所述加热处理的时间为10～20min。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的一种碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性碳纳米管与所述聚苯乙烯羧基胶乳混合处理的方式为球磨处理，所述球磨处理的条件包括：研磨介质选用氧化锆球和/或玛瑙球；所述研磨介质的尺寸为0.5～1.0mm；所述研磨介质的填充率为60％～85％；搅拌速率为500～900r/min；和/或，
6.一种
7.如权利要求6所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，包括如下重量份数的下列组分：80～95份的高抗冲聚苯乙烯，5～10份的所述碳纳米管复合材料，0.1～1份的润滑剂，0.1～1份的抗氧剂，0～2份的相容剂，0～2份的表面活性剂。
8.如权利要求7所述的聚苯乙烯复合材料，其特征在于，所述高抗冲聚苯乙烯的重均分子量为150000～300000，所述高抗冲聚苯乙烯在230℃、5kg测试条件下的熔融指数为9～13g/10min；和/或，
9.一种聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
10.如权利要求9所述的聚苯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机依次包括熔融段、挤压段、剪切段、增压段、熔融排气段、挤压段、剪切段、增压段、熔融排气段和机头；所述双螺杆挤出机的设定工艺条件如下：熔融段：210～220℃；挤压段：220～230℃；剪切段：220～230℃；增压段：225～235℃；熔融排气段：220～230℃；挤压段：230～240℃；剪切段：230～240℃；增压段：225～235℃；熔融排气段：220～230℃；机头温度：220～235℃；主机转速500～1000rpm/min，真空度≤-0.05MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管复合材料，其特征在于，包括改性碳纳米管和包覆在所述改性碳纳米管表面的壳层，所述壳层包括聚苯乙烯树脂；所述改性碳纳米管是通过将碳纳米管与碳源材料和催化剂混合后在惰性气体保护下加热处理制得，所述加热处理使所述碳源材料碳化后在所述碳纳米管表面形成无定形碳。
2.如权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料，其特征在于，所述改性碳纳米管含有20wt％～30wt％的无定形碳；和/或，
3.如权利要求1所述的一种碳纳米管复合材料，其特征在于，所述加热处理的温度为600～700℃，所述加热处理的时间为10～20min。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.如权利要求4所述的一种碳纳米管复合材料的制备方法，其特征在于，所述改性碳纳米管与所述聚苯乙烯羧基胶乳混合处理的方式为球磨处理，所述球磨处理的条件包括：研磨介质选用氧化锆球和/或玛瑙球；所述研磨介质的尺寸为0.5～1.0mm；所述研磨介质的填充率为60％～85％；搅拌速率为500～900r/min；和/或，
6.一种聚苯乙烯复合材料，其特征在于，包括权利要求1～3任一项所述的碳纳米管复合材料和/或权利要求4或5所述的制备方法制备得到的...
【专利技术属性】
技术研发人员：章驰天，张政，章胜华，
申请(专利权)人：深圳烯湾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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