專利名稱：一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熱塑性工程塑料，特指一種成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
尼龍-6是一種性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料，較好的力學(xué)性能，良好的耐化學(xué)腐蝕等特性，在工業(yè)領(lǐng)域和日常生活中應(yīng)用廣泛HMPA-6的表面電阻高，導(dǎo)電能力差，表面極易因摩擦而積聚靜電荷從而影響PA-6的應(yīng)用；如果賦予PA-6良好的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，在煤礦、石油、化工、紡織、電子及半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域，PA-6可以替代部分導(dǎo)電材料，對降低生產(chǎn)成本、提聞生廣效益具有重要的意義。通常采用加入導(dǎo)電填料的方式改善尼龍的電性能。中國專利CN201010171713.6，CN201210342929.3,CN201210066274.1等分別公開了現(xiàn)階段對尼龍材料電性能的一些改善方法，但是這些專利均存在一些問題，采用母粒法雖然可以使得導(dǎo)電填料在基體中的較好分散，但是增加了生產(chǎn)步驟，而且多次加工會對材料的力學(xué)性能等產(chǎn)生較高的負(fù)面作用；采用直接聚合的方法雖然填料添加量較少，但是生產(chǎn)設(shè)備往往比較巨大，產(chǎn)品靈活性不足；而采用碳納米管等功能填料對材料進(jìn)行改性需要面對現(xiàn)今高昂的原料價格，同時采用傳統(tǒng)的塑料改性加工工藝很難達(dá)到納米管顯示特異優(yōu)秀效果所需的分散尺度，所以亦不適合大范圍使用。自2004年Geim等發(fā)現(xiàn)石墨烯以來，以其優(yōu)異的性能得到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注；石墨烯不僅擁有優(yōu)異的電性能，導(dǎo)熱性能和機(jī)械強(qiáng)度，以及獨特的量子霍爾效應(yīng)，量子隧穿效應(yīng)等，可以用來制備高性能的導(dǎo)電復(fù)合高分子材料。層數(shù)超過10層的多層石墨烯結(jié)構(gòu)被稱為石墨烯微片(GNPs)，具有超大的形狀比，作為導(dǎo)電填料使用時，有利于在聚合物內(nèi)形成導(dǎo)電通路，導(dǎo)電逾滲閾值大為降低，而且石墨烯與炭黑共同協(xié)同作用可以減少導(dǎo)電填料的添加量，同時由于石墨烯微片的分散尺度較碳納米管高的多，而通過水熱法等可以成熟而廉價的制備石墨烯，因此可以大幅降低導(dǎo)電材料的成本。雖然已經(jīng)有報道稱聚合物中添加導(dǎo)電填料可以賦予聚合物導(dǎo)電性能，石墨烯的導(dǎo)電性能也很優(yōu)異，但是本發(fā)明使用的是石墨烯微片，為石墨烯的聚集體，價格比石墨烯便宜的多；其次雖然添加更低成本的炭黑作為導(dǎo)電填料來降低材料成本的手段很常用，但是添加配比才是本專利的獨特之處，實際上本專利背后是利用理論對最大導(dǎo)電通路數(shù)量進(jìn)行了理論推導(dǎo)才確定了比例關(guān)系，從而使得填料的比例運用不再是盲目的；“層數(shù)超過10層的多層石墨烯結(jié)構(gòu)被稱為石墨烯微片(GNPs)，具有超大的形狀比，作為導(dǎo)電填料使用時，有利于在聚合物內(nèi)形成導(dǎo)電通路，導(dǎo)電逾滲閾值大為降低，”不能算作公知常識，首先石墨烯微片作為單獨的主體仍未被廣泛認(rèn)識，到是兩個極端即石墨和單層石墨烯比較背大眾熟知，對于特定尺寸范圍的低成本石墨烯微片，大眾仍然很少給予足夠的關(guān)注和有效利用。
現(xiàn)今的多數(shù)導(dǎo)電高分子的制備工藝是依賴材料中的導(dǎo)電填料相互搭接，形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的方式實現(xiàn)材料導(dǎo)電的，從這種導(dǎo)電原理上我們可以推論，不同比表面積的導(dǎo)電填料相互協(xié)作，可以降低導(dǎo)電填料的需求量，改善材料加工特性等，同時會對極限電阻率產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明對理論推測進(jìn)行了驗證后進(jìn)行應(yīng)用，提供一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，通過該方法制備的導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料具有導(dǎo)電性好，成本低，填料添加量少等優(yōu)點。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料，其組成成分和重量份數(shù)配比為:尼龍6 95份、導(dǎo)電炭黑1-5份、石墨烯微片1-5份。其中所述尼龍6為中、低粘度尼龍6，特性粘數(shù)2.2-2.9，相對分子質(zhì)量1.3-1.6萬。其中所述導(dǎo)電炭黑比表面積X為10 < X < 50m2/g、50 < X < 100 m2/g、100
<X ^ 1000 m2/g中的一種；或二種按照1:n質(zhì)量比混合，η為1_5之間的整數(shù)；或三種按照1:η:η2的質(zhì)量比混合，η為1-5之間的整數(shù)。其中所述石墨烯微片的碳層數(shù)多于10層、厚度在5-100納米范圍內(nèi)，徑向?qū)挾炔坏陀?0微米。低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料的制作方法，按照下述三種方式進(jìn)行:
(I)按照所述比例稱取尼龍6、導(dǎo)電炭黑和石墨烯微片，在高速混合機(jī)中混合均勻，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。(2)按照所述比例稱取尼龍6和石墨烯微片，在高速混合機(jī)中混合均勻后，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；稱取經(jīng)過干燥的前述步驟得到的復(fù)合材料粒子和導(dǎo)電炭黑，在高速混合機(jī)中混合均勻后，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。(3)按照所述比例稱取尼龍6、導(dǎo)電炭黑和石墨烯微片，采用分段式喂料雙螺桿擠出機(jī)，由主喂料口喂入尼龍6，第一輔助喂料口喂入石墨烯微片，第二喂料口喂入導(dǎo)電炭黑，擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。有益效果:本發(fā)明通過選擇合適的石墨烯微片、導(dǎo)電炭黑，采用特定配方組合，和特定的加工設(shè)備和工藝，制備了具有低成本、低添加、導(dǎo)電的尼龍6復(fù)合材料，本發(fā)明得到的復(fù)合材料不僅賦予了尼龍6優(yōu)異的導(dǎo)電特性，而且降低了成本，減少了導(dǎo)電填料的用量。
具體實施例方式以下通過具體實例來說明本發(fā)明，本發(fā)明包括但不限于這些實例。在下列實施例的復(fù)合材料配方中，尼龍6選用中低粘度的尼龍6，特性粘數(shù)
2.2-2.9，相對分子質(zhì)量1.3-1.6萬，例如廣東新會美達(dá)錦綸股份有限公司新會德華尼龍切片有限公司生產(chǎn)的，商品牌號m2800 ;導(dǎo)電炭黑選用比表面積為10-50 m2/g的例如特密高比利時公司生產(chǎn)的，商品牌號150G，比表面積為50-100 m2/g的例如特密高比利時公司生產(chǎn)的，商品牌號250G，比表面積為100-1000 m2/g的，例如特密高比利時公司生產(chǎn)的，商品牌號350G ;石墨烯微片選用碳層數(shù)多于10層、厚度在5-100納米范圍內(nèi)，徑向?qū)挾瓤蛇_(dá)數(shù)個到數(shù)十個微米，具有超大的形狀比(直徑/厚度比)的超薄的石墨烯層狀堆積體，例如寧波墨西科技有限公司生產(chǎn)的，商品牌號Morsh-P2。實施例1
配方:尼龍6 950g，導(dǎo)電炭黑總重40g (比表面積10-50 m2/g、50_100 m2/g、100-1000m2/g的導(dǎo)電碳黑依次按照1:2:4稱取)，石墨烯微片IOg ;尼龍6、導(dǎo)電炭黑和石墨烯微片，在高速混合機(jī)中混合lOmin，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒(可增加螺桿剪切捏合段長度)擠出機(jī)設(shè)定溫度為，喂料段至機(jī)頭分別為230°C，235°C，235°C，240°C，240°C，螺桿轉(zhuǎn)速200rpm，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。得到的導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料使用平板硫化機(jī)以245°C，15MP壓成Imm厚度片材，裁為標(biāo)準(zhǔn)試樣后測試電導(dǎo)率參數(shù)，測試結(jié)果如表I。實施例2
配方:尼龍6 950g，導(dǎo)電炭黑總重30g (比表面積10-50 m2/g、100-1000 m2/g的導(dǎo)電碳黑按照1:4稱取)，石墨稀微片20g ;尼龍6、導(dǎo)電炭黑和石墨稀微片，在聞速混合機(jī)中混合lOmin，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒(可增加螺桿剪切捏合段長度)擠出機(jī)設(shè)定溫度為，喂料段至機(jī)頭分別為230 V，235 V，235 V，240 V，240 V，螺桿轉(zhuǎn)速200rpm，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。得到的導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料使用平板硫化機(jī)以245°C，15MP壓成Imm厚度片材，裁為標(biāo)準(zhǔn)試樣后測試電導(dǎo)率參數(shù)，測試結(jié) 果如表I。實施例3
配方:尼龍6 950g，導(dǎo)電炭黑總重40g (比表面積10-50 m2/g、50_100 m2/g、100-1000m2/g的導(dǎo)電碳黑依次按照1:4:16稱取),石墨烯微片IOg ;尼龍6和石墨烯微片，在高速混合機(jī)中混合lOmin，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒(可增加螺桿剪切捏合段長度)擠出機(jī)設(shè)定溫度為，喂料段至機(jī)頭分別為230°C，235°C，235°C，240°C，240°C，螺桿轉(zhuǎn)速200rpm，得到導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料粒子；將前述步驟得到的復(fù)合材料粒子進(jìn)行干燥，與導(dǎo)電炭黑在高速混合機(jī)中混合均勻后，使用雙螺桿擠出機(jī)在相同的工藝參數(shù)下擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。得到的導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料使用平板硫化機(jī)以245°C，15MP壓成Imm厚度片材，裁為標(biāo)準(zhǔn)試樣后測試電導(dǎo)率參數(shù)，測試結(jié)果如表I。實施例4
配方:尼龍6 950g，導(dǎo)電炭黑總重30g (比表面積10-50 m2/g、50_100 m2/g、100-1000m2/g的導(dǎo)電碳黑依次按照1:3:9稱取),石墨烯微片20g ;尼龍6和石墨烯微片,在高速混合機(jī)中混合lOmin，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒(可增加螺桿剪切捏合段長度)擠出機(jī)設(shè)定溫度為，喂料段至機(jī)頭分別為230°C，235°C，235°C，240°C，240°C，螺桿轉(zhuǎn)速200rpm，得到導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料粒子；將前述步驟得到的復(fù)合材料粒子進(jìn)行干燥，與導(dǎo)電炭黑在高速混合機(jī)中混合均勻后，使用雙螺桿擠出機(jī)在相同的工藝參數(shù)下擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。得到的導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料使用平板硫化機(jī)以245°C，15MP壓成Imm厚度片材，裁為標(biāo)準(zhǔn)試樣后測試電導(dǎo)率參數(shù)，測試結(jié)果如表I。實施例5配方:尼龍6 950g，導(dǎo)電炭黑總重40g (50-100 m2/g、100-1000 m2/g的導(dǎo)電碳黑按照I: 5稱取)，石墨烯微片IOg ;稱取尼龍6、導(dǎo)電炭黑和石墨烯微片，采用分段式喂料雙螺桿擠出機(jī)，由主喂料口喂入尼龍6，第一輔助喂料口喂入石墨烯微片，第二喂料口喂入導(dǎo)電炭黑，擠出機(jī)設(shè)定溫度為，喂料段至機(jī)頭分別為230°C，235°C，235°C，240°C，240°C，螺桿轉(zhuǎn)速200rpm,擠出造粒,得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。得到的導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料使用平板硫化機(jī)以245°C，15MP壓成Imm厚度片材，裁為標(biāo)準(zhǔn)試樣后測試電導(dǎo)率參數(shù)，測試結(jié)果如表I。實施例6
配方:尼龍6 950g,導(dǎo)電炭黑總重30g (比表面積50-100 m2/g),石墨烯微片20g ;稱取尼龍6、導(dǎo)電炭黑和石墨烯微片，采用分段式喂料雙螺桿擠出機(jī)，由主喂料口喂入尼龍6，第一輔助喂料口喂入石墨烯微片，第二喂料口喂入導(dǎo)電炭黑，擠出機(jī)設(shè)定溫度為，喂料段至機(jī)頭分別為230°C，235°C，235°C，240°C，240°C，螺桿轉(zhuǎn)速200rpm，擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。得到的導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料使用平板硫化機(jī)以245°C，15MP壓成Imm厚度片材，裁為標(biāo)準(zhǔn)試樣后測試電導(dǎo)率參數(shù)，測試結(jié)果如表I。將實施例1-6所得試樣進(jìn)行電性能測試，結(jié)果如下:
權(quán)利要求
1.一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料，其特征在于:其組成成分和重量份數(shù)配比為:尼龍6 95份、導(dǎo)電炭黑1-5份、石墨烯微片1-5份。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料，其特征在于:所述尼龍6為中、低粘度尼龍6，特性粘數(shù)2.2-2.9，相對分子質(zhì)量1.3-1.6萬。
3.如權(quán)利要求1所述的一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料，其特征在于:所述導(dǎo)電炭黑按照比表面積 X 選擇 10 < X < 50m2/g、50 < x ^ 100 m2/g、100 < x ^ 1000 m2/g 中的一種；或二種按照1:n質(zhì)量比混合，η為1-5之間的整數(shù)；或三種按照1:η:η2的質(zhì)量比混合，η為1-5之間的整數(shù)。
4.如權(quán)利要求1所述的一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料，其特征在于:所述石墨烯微片的碳層數(shù)多于10層、厚度在5-100納米范圍內(nèi)，徑向?qū)挾炔坏陀?0微米。
5.如權(quán)利要求1所述的一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按照下述三種方式的其中一種進(jìn)行: (1)按照所述比例稱取尼龍6、導(dǎo)電炭黑和石墨烯微片，在高速混合機(jī)中混合均勻，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料； (2)按照所述比例稱取尼龍6和石墨烯微片，在高速混合機(jī)中混合均勻后，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒；稱取經(jīng)過干燥的前述步驟得到的復(fù)合材料粒子和導(dǎo)電炭黑，在高速混合機(jī)中混合均勻后，使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料； (3)按照所述比例稱取尼龍6、導(dǎo)電炭黑和石墨烯微片，采用分段式喂料雙螺桿擠出機(jī)，由主喂料口喂入尼龍6，第一輔助喂料口喂入石墨烯微片，第二喂料口喂入導(dǎo)電炭黑，擠出造粒，得到低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料。
6.如權(quán)利要求5所述的一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料的制備方法,其特征在于:使用雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒，擠出機(jī)設(shè)定溫度為，喂料段至機(jī)頭分別為230°C，235°C，235 °C，240 °C，240 °C，螺 桿轉(zhuǎn)速 200rpm。
7.如權(quán)利要求5所述的一種低成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:采用分段式喂料雙螺桿擠出機(jī)，擠出機(jī)設(shè)定溫度為，喂料段至機(jī)頭分別為230°C，·235 °C，235 °C，240 °C，240 °C，螺桿轉(zhuǎn)速 200rpm。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱塑性工程塑料，特指一種成本低添加導(dǎo)電尼龍6復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明通過選擇合適的石墨烯微片、導(dǎo)電炭黑，采用特定配方組合，和特定的加工設(shè)備和工藝，制備了具有低成本、低添加、導(dǎo)電的尼龍6復(fù)合材料，本發(fā)明得到的復(fù)合材料不僅賦予了尼龍6優(yōu)異的導(dǎo)電特性，而且降低了成本，減少了導(dǎo)電填料的用量。
文檔編號C08K3/04GK103194059SQ201310117659
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月7日
發(fā)明者李錦春, 仝雪飛, 張鑫 申請人:常州大學(xué)