本發(fā)明屬于高分子材料改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)電高分子材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
導(dǎo)電高分子材料由于具有良好的正溫度系數(shù)效應(yīng)(PTC效應(yīng))，材料的電阻會(huì)隨溫度的升高而增加，通常用來(lái)替代金屬制成電加熱元器件。炭黑特別是納米導(dǎo)電炭黑因炭黑粒徑小，比表面積大，通常將其添加到基材中制備導(dǎo)電高分子材料，但是高導(dǎo)電分子材料要求的體積電阻率極低，需要更多的導(dǎo)電通道，因此需要加入大量炭黑，易導(dǎo)致炭黑分散不良，與高分子材料的相容性更差，極大的影響了材料的柔韌性、物理機(jī)械性能和可加工性。
目前，復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料種類(lèi)繁多，但均存在導(dǎo)電性能、加工性能和力學(xué)性能相互矛盾的問(wèn)題，因此如何權(quán)衡三者之間的關(guān)系成為厄待解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供了一種導(dǎo)電高分子材料，解決了現(xiàn)有的導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電性能、加工性能和力學(xué)性能相互矛盾的問(wèn)題。
本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種導(dǎo)電高分子材料，其原料由以下重量份的組分組成：基礎(chǔ)樹(shù)脂50-80份、碳納米管2-10份、導(dǎo)電炭黑10-15份、聚乙二醇1-2份、木質(zhì)素2-5份、硬脂酸0.1-1份、環(huán)氧油0.1-1份、鈦酸鋇1-2份、抗氧化劑0.1-0.5份、聚二甲基硅氧烷0.1-0.5份。
優(yōu)選的，本發(fā)明的導(dǎo)電高分子材料，其原料由以下重量份的組分組成：基礎(chǔ)樹(shù)脂50份、碳納米管2份、導(dǎo)電炭黑10份、聚乙二醇1份、木質(zhì)素2份、硬脂酸0.1份、環(huán)氧油0.1份、鈦酸鋇1份、抗氧化劑0.1份、聚二甲基硅氧烷0.1份。
優(yōu)選的，本發(fā)明的導(dǎo)電高分子材料，其原料由以下重量份的組分組成：基礎(chǔ)樹(shù)脂65份、碳納米管6份、導(dǎo)電炭黑12份、聚乙二醇1.5份、木質(zhì)素3.5份、硬脂酸0.5份、環(huán)氧油0.5份、鈦酸鋇1.5份、抗氧化劑0.2份、聚二甲基硅氧烷0.2份。
優(yōu)選的，本發(fā)明的導(dǎo)電高分子材料，其原料由以下重量份的組分組成：基礎(chǔ)樹(shù)脂80份、碳納米管10份、導(dǎo)電炭黑15份、聚乙二醇2份、木質(zhì)素5份、硬脂酸1份、環(huán)氧油1份、鈦酸鋇2份、抗氧化劑0.5份、聚二甲基硅氧烷0.5份。
優(yōu)選的，所述基礎(chǔ)樹(shù)脂為乙烯-醋酸乙烯酯、乙烯-丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺中的一種或幾種。
優(yōu)選的，所述抗氧化劑為抗氧劑1010、抗氧劑1076、抗氧劑CA中的一種或幾種。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種導(dǎo)電高分子材料的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：
步驟1，原料準(zhǔn)備：按重量份分別稱(chēng)取50-80份的基礎(chǔ)樹(shù)脂、2-10份的碳納米管、10-15份的導(dǎo)電炭黑、1-2份的聚乙二醇、2-5份的木質(zhì)素、0.1-1份的硬脂酸、0.1-1份的環(huán)氧油、1-2份的鈦酸鋇、0.1-0.5份的抗氧化劑、0.1-0.5份的聚二甲基硅氧烷，備用；
步驟2，共混：將步驟1中稱(chēng)取的原料同時(shí)放入攪拌機(jī)中，以50-100r/min的速度攪拌15-30min，得到共混物；
步驟3，擠出：以6-12r/min的投料速度將步驟2的共混物加入雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)置雙螺桿擠出機(jī)擠出溫度為170-190℃，擠出速率為50-150r/min進(jìn)行擠出加工，得到擠出物；
步驟4，熱壓：將步驟3的擠出物放入熱壓溫度為160-190℃的熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓成型，熱壓3-10min后自然冷卻，即得到所述導(dǎo)電高分子材料。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
1)本發(fā)明提供的導(dǎo)電高分子材料同時(shí)添加了導(dǎo)電炭黑和粒徑小，比表面積大的碳納米管，導(dǎo)電性能好；同時(shí)，本發(fā)明還添加了聚乙二醇作為分散劑，可以使導(dǎo)電炭黑和碳納米管均勻的分散在體系中，有助于提高材料的整體導(dǎo)電性能；
2)本發(fā)明提供的導(dǎo)電高分子材料添加了木質(zhì)素、硬脂酸和環(huán)氧油，從而使材料的斷裂拉伸強(qiáng)度提高、斷裂伸長(zhǎng)率增大，加熱伸縮量減少，并且材料的低溫柔性好，抗老化性好，具備優(yōu)越的力學(xué)性能和加工性能；
3)本發(fā)明提供的導(dǎo)電高分子材料還添加了鐵電材料鈦酸鋇，增強(qiáng)了導(dǎo)電高分子材料的PCT效應(yīng)。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
下述各實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法和檢測(cè)方法，如無(wú)特殊說(shuō)明，均為常規(guī)方法；所述試劑和材料，如無(wú)特殊說(shuō)明，均可在市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)得到。
實(shí)施例1
一種導(dǎo)電高分子材料，其原料由以下重量份的組分組成：25份乙烯-醋酸乙烯酯、25份乙烯-丙烯酸甲酯、2份碳納米管、10份導(dǎo)電炭黑、1份聚乙二醇、2份木質(zhì)素、0.1份硬脂酸、0.1份環(huán)氧油、1份鈦酸鋇、0.1份抗氧劑1010、0.1份聚二甲基硅氧烷。
具體實(shí)施步驟如下：
步驟1，原料準(zhǔn)備：按重量份分別稱(chēng)取25份的乙烯-醋酸乙烯酯、25份的乙烯-丙烯酸甲酯、2份的碳納米管、10份的導(dǎo)電炭黑、1份的聚乙二醇、2份的木質(zhì)素、0.1份的硬脂酸、0.1份的環(huán)氧油、1份的鈦酸鋇、0.1份的抗氧劑1010、0.1份的聚二甲基硅氧烷，備用；
步驟2，共混：將步驟1中稱(chēng)取的原料同時(shí)放入攪拌機(jī)中，以50r/min的速度攪拌30min，得到共混物；
步驟3，擠出：以6r/min的投料速度將步驟2的共混物加入雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)置雙螺桿擠出機(jī)擠出溫度為170℃，擠出速率為50r/min進(jìn)行擠出加工，得到擠出物；
步驟4，熱壓：將步驟3的擠出物放入熱壓溫度為160℃的熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓成型，熱壓3min后自然冷卻，即得到所述導(dǎo)電高分子材料。
實(shí)施例2
一種導(dǎo)電高分子材料，其原料由以下重量份的組分組成：35份乙烯-醋酸乙烯酯、20份聚乙烯、10份聚吡咯、6份碳納米管、12份導(dǎo)電炭黑、1.5份聚乙二醇、3.5份木質(zhì)素、0.5份硬脂酸、0.5份環(huán)氧油、1.5份鈦酸鋇、0.15份抗氧劑1010、0.05份抗氧劑CA、0.2份聚二甲基硅氧烷。
具體實(shí)施步驟如下：
步驟1，原料準(zhǔn)備：按重量份分別稱(chēng)取35份的乙烯-醋酸乙烯酯、20份的聚乙烯、10份的聚吡咯、6份的碳納米管、12份的導(dǎo)電炭黑、1.5份的聚乙二醇、3.5份的木質(zhì)素、0.5份的硬脂酸、0.5份的環(huán)氧油、1.5份的鈦酸鋇、0.15份的抗氧劑1010、0.05份的抗氧劑CA、0.2份的聚二甲基硅氧烷，備用；
步驟2，共混：將步驟1中稱(chēng)取的原料同時(shí)放入攪拌機(jī)中，以80r/min的速度攪拌25min，得到共混物；
步驟3，擠出：以10r/min的投料速度將步驟2的共混物加入雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)置雙螺桿擠出機(jī)擠出溫度為180℃，擠出速率為100r/min進(jìn)行擠出加工，得到擠出物；
步驟4，熱壓：將步驟3的擠出物放入熱壓溫度為180℃的熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓成型，熱壓6min后自然冷卻，即得到所述導(dǎo)電高分子材料。
實(shí)施例3
一種導(dǎo)電高分子材料，其原料由以下重量份的組分組成：35份乙烯-醋酸乙烯酯、25份聚乙烯、10份聚丙烯、10份聚苯胺、10份碳納米管、15份導(dǎo)電炭黑、2份聚乙二醇、5份木質(zhì)素、1份硬脂酸、1份環(huán)氧油、2份鈦酸鋇、0.2份抗氧劑1010、0.2份抗氧劑1076、0.1份抗氧劑CA、0.5份聚二甲基硅氧烷。
具體實(shí)施步驟如下：
步驟1，原料準(zhǔn)備：按重量份分別稱(chēng)取35份的乙烯-醋酸乙烯酯、25份的聚乙烯、10份的聚丙烯、10份的聚苯胺、10份的碳納米管、15份的導(dǎo)電炭黑、2份的聚乙二醇、5份的木質(zhì)素、1份的硬脂酸、1份的環(huán)氧油、2份的鈦酸鋇、0.2份的抗氧劑1010、0.2份的抗氧劑1076、0.1份的抗氧劑CA、0.5份的聚二甲基硅氧烷，備用；
步驟2，共混：將步驟1中稱(chēng)取的原料同時(shí)放入攪拌機(jī)中，以100r/min的速度攪拌15min，得到共混物；
步驟3，擠出：以12r/min的投料速度將步驟2的共混物加入雙螺桿擠出機(jī)中，設(shè)置雙螺桿擠出機(jī)擠出溫度為190℃，擠出速率為150r/min進(jìn)行擠出加工，得到擠出物；
步驟4，熱壓：將步驟3的擠出物放入熱壓溫度為190℃的熱壓機(jī)中進(jìn)行熱壓成型，熱壓10min后自然冷卻，即得到所述導(dǎo)電高分子材料。
測(cè)定實(shí)施例1-3制備出的導(dǎo)電高分子材料的各項(xiàng)性能參數(shù)，具體結(jié)果如表1所示。
表1各實(shí)施例制備的導(dǎo)電高分子材料的主要性能參數(shù)
由表1可知，本發(fā)明的導(dǎo)電高分子材料具備較好的導(dǎo)電性能、力學(xué)性能以及加工性能。本發(fā)明在添加導(dǎo)電炭黑的同時(shí)，還添加了粒徑更小，比表面積更大的碳納米管配合使用，使制備出的導(dǎo)電高分子材料具有良好的導(dǎo)電性能，為了使導(dǎo)電炭黑和碳納米管在體系中分散均勻，本發(fā)明添加了聚乙二醇作為分散劑，以使導(dǎo)電材料均勻的分散在體系中，有助于提高材料的整體導(dǎo)電性能。
目前的復(fù)合型導(dǎo)電高分子材料一般都存在導(dǎo)電性能、加工性能和力學(xué)性能相互矛盾的問(wèn)題，往往難以三者都兼顧，為了解決這個(gè)問(wèn)題，本發(fā)明在導(dǎo)電高分子材料中添加了木質(zhì)素、硬脂酸和環(huán)氧油，木質(zhì)素分子因具有眾多不同種類(lèi)的活性官能基，因此在一定程度上能加強(qiáng)材料的力學(xué)強(qiáng)度，還能對(duì)材料的流變特性、熱穩(wěn)定性以及結(jié)晶度都會(huì)產(chǎn)生積極的影響，而硬脂酸和環(huán)氧烷的添加則能夠配合使用以增強(qiáng)導(dǎo)電高分子材料的柔韌性。
鐵電材料鈦酸鋇是一種高介電常數(shù)的物質(zhì)，能夠增強(qiáng)導(dǎo)電高分子材料的PCT效應(yīng)，聚二甲基硅氧烷的添加則可以減少導(dǎo)電高分子材料制備過(guò)程中內(nèi)部出現(xiàn)的氣孔數(shù)量，增強(qiáng)了分子之間的聯(lián)結(jié)強(qiáng)度。
盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對(duì)這些實(shí)施例作出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。