一种导电聚酰胺复合材料及制备方法与应用

技术领域

本发明属于聚酰胺树脂改性技术领域，具体涉及一种导电聚酰胺复合材料及制备方法与应用。

背景技术

聚酰胺树脂具有优异的机械性能和物理性能，广泛应用于机械制造业、电动工具、电子电器及交通运输等领域。聚酰胺树脂表面电阻率在10

公开号为CN110684347A的国家发明专利公开了导电聚酰胺6/聚苯醚组合物及其制备方法，其中介绍了一种导电PA6/PPO合金材料，采用氧化石墨烯与碳纳米管混合物为导电物质，提高材料的导电性能。公开号为CN113354944A的国家发明专利申请公开了一种导电增强长碳链聚酰胺材料及制备方法，其中采用碳纳米管为导电物质，成功将复合材料的表面电阻提高到10

公开号为CN111363220A的国家发明专利申请公开了一种碳纳米管导电母粒及其制备方法，将白油、蜡熔化后加入多壁碳纳米管、分散剂及聚合物，混合均匀后再压榨或烘干去掉白油，最后拉条切粒得到导电母粒。通过制得导电母粒可以有效提升碳纳米管在树脂基体中分散，降低碳纳米管用量，降低复合材料成本。但是导电母粒中存在的蜡和残留白油量大，将使导电复合材料含有小分子物质多，在下游注塑环节易产生外观质量问题并可能因易困气而降低加工效率。

公开号为CN112831178的国家发明专利申请公开了一种导电杂化颗粒/聚酰胺复合材料、纤维及其织物，其中导电杂化颗粒包括聚合物基底颗粒和导电杂化颗粒，聚合物基底颗粒可与聚酰胺以化学键结合，导电杂化颗粒则由导电有机物(聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩等)和金属组成。以这种方式得到的导电复合材料难以真正达到导电级别，也就是表面电阻小于10

公开号为CN111040432A的国家发明专利申请公开了一种导电、阻燃的聚酰胺6复合材料及其制备方法，采用导电云母粉、炭黑、硼酸铝晶须为导电物质，制得一种导电阻燃PA6复合材料。这三类导电物质的电导率低，构建导电网络需要导电物质的比例非常高，从而影响复合材料的综合性能。

公开号为CN111621145A和CN111748202A的国家发明专利中，采用表面包覆金属银的短切纤维为导电物质，制得一种耐磨导电聚酰胺复合材料，并通过对银包覆短切纤维表面偶联剂处理，提升相容性，得到更优异的机械性能。公开号为CN112852108A的国家发明专利申请公开了一种基于聚酰胺的高导电耐磨材料及其制备方法，其采用铁、石墨、铝等为导电物质，加入高岭土、陶瓷提升耐磨性，制得一种基于聚酰胺的高导电耐磨材料。以金属包覆纤维或金属纤维作为导电物质，与树脂基体相容性差，对复合材料的机械性能影响很大，且金属纤维自身硬度高，对挤出设备的磨损非常严重。

公开号为CN112876840A的国家发明专利申请公开了一种具有高冲击强度的PA环保塑料及其制备方法，其采用改性活性炭为导电物质，制得一种高冲击强度的聚酰胺复合材料，电阻可达到10

因此，提供一种综合性能优异、成本友好的导电聚酰胺复合材料及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有导电聚酰胺复合材料存在的不足，提供一种综合性能优异的导电聚酰胺复合材料。该复合材料还具有冲击性能优异、成本低、质量稳定等优点。

本发明的另一目的在于提供上述导电聚酰胺复合材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述导电聚酰胺复合材料的应用。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种导电聚酰胺复合材料，包括以下按质量份数计的成分：聚酰胺树脂64～94份、导电母粒6～16份、增韧剂0～20份；优选包括以下按质量份数计的组分：聚酰胺树脂75～90份、导电母粒7～10份、增韧剂3～15份；更优选包括以下按质量份数计的组分：聚酰胺树脂84～86份、导电母粒8～10份、增韧剂4～6份。

所述的导电母粒通过如下步骤制备得到：将干燥好的聚酰胺弹性体经流延设备成膜，使形成的膜厚度为15～35μm，在流延设备口模处盛放碳纳米管，并使碳纳米管均匀粘附于流延膜上；将碳纳米管流延膜层压后切成薄片，得到导电母粒。本发明发明人发现碳纳米管在流延膜上形成有序排布，使碳纳米管高效分散避免团聚；且减少了在挤出阶段为改善分散效果而加强剪切对碳纳米管的破坏，提升碳纳米管的导电效率。

所述的聚酰胺弹性体和所述的碳纳米管按质量比为1：2～2：1配比；优选按质量比为1：1配比。

所述的聚酰胺弹性体选自聚酯酰胺、聚醚酯酰胺、聚碳酸酯-酯酰胺和聚醚-b-酰胺中的至少一种。

所述的聚酰胺弹性体优选为邵氏硬度为25～75D的聚醚-b-聚酰胺；更优选邵氏硬度为55～70D的聚醚-b-聚酰胺。

所述的碳纳米管选自多壁碳纳米管、双壁碳纳米管和单壁碳纳米管中的至少一种；优选多壁碳纳米管。

所述的碳纳米管应呈束状、而不呈现为彼此纠缠状。

所述的膜的厚度优选为25μm。

所述的薄片的规格优选为1.5cm×1.5cm。

所述的导电聚酰胺复合材料还包含适量抗氧剂、润滑剂和成核剂中的至少一种。

所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、无机铜盐抗氧剂、有机铜盐抗氧剂、亚磷酸脂类抗氧剂中的至少一种；优选为受阻胺类抗氧剂和亚磷酸脂类抗氧剂按质量比1：1复配得到。

所述的润滑剂为油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸、聚乙烯蜡、蒙丹蜡、OP蜡和硅酮中的至少一种。

所述的适量指的是按本领域技术人员常识添加的量。

所述的抗氧剂的用量优选为0.1～0.3质量份；更优选为0.2质量份。

所述的润滑剂的用量优选为0.1～0.3质量份；更优选为0.2质量份。

所述的成核剂的用量优选为0.1～0.3质量份；更优选为0.2质量份。

所述的聚酰胺优选为PA6、PA66、PA11、PA12、PA610和PA612中的至少一种。

所述的增韧剂选自马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和乙烯-丙烯酸酯-马来酸酐共聚物中的至少一种。

上述导电聚酰胺复合材料通过双螺杆挤出机熔融共混制备；其制备方法优选包括如下步骤：从双螺杆挤出机的主喂料口加入所有成分，经过双螺杆挤出机熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒，得到导电聚酰胺复合材料。

所述的双螺杆挤出机的挤出条件优选为在真空口前为220～265℃，在真空口后为220～240℃。

上述导电聚酰胺复合材料在制备防静电和/或需导电的元件中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明采用导电母粒，促进碳纳米管分散，减少聚集，提高碳纳米管的导电效率，使达到同等导电性能所需碳纳米管质量份数降低，降低了成本；

(2)本发明采用导电母粒，达到同等导电性能下所需碳纳米管质量份数减少，降低碳纳米管对材料韧性的负面影响，得到韧性更优异的导电聚酰胺材料；

(3)本发明采用导电母粒，可使用弱剪切螺杆组合制造导电聚酰胺复合材料，避免强剪切对碳纳米管的破坏，提升碳纳米管的导电效率；

(4)本发明采用聚酰胺弹性体作为导电母粒载体，聚酰胺弹性体本身具有增韧效果，且与聚酰胺树脂基体完全相容，可得到综合性能优异的导电聚酰胺复合材料。

附图说明

图1是导电母粒的制备示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，特别并不局限于下述具体实施例中所使用的各组分原料的型号。

实施例中所用的材料及型号：

PA66树脂：PA66 EPR27，河南平顶山神马；

PA6树脂：PA6 M32800，广东新会美达；

聚酰胺弹性体：PEBAX 7033，法国阿科玛；

碳纳米管：LG CP1001M；

导电炭黑：XE2B，德固赛；

碳纤维：腈基短切碳纤维，市售；

增韧剂：HS2-002A(MAH-POE)，合诚技术股份有限公司；

受阻胺类抗氧剂：科莱恩S-EED；

亚磷酸酯类抗氧剂：科莱恩PEPQ；

润滑剂：褐煤蜡E，科莱恩；

成核剂：CAV102，科莱恩。

导电母粒的制备：经干燥好的聚酰胺弹性体PEBAX7033经流延设备成膜，使形成的膜厚度为25μm，在流延设备口模处盛放碳纳米管CP1001M(如图1所示)，并使碳纳米管均匀粘附于流延膜上，其中聚酰胺弹性体PEBAX7033：碳纳米管CP1001M按质量比为1：1配比，将碳纳米管流延膜层压后切成约1.5cm×1.5cm薄片备用，称之为导电母粒。

导电聚酰胺复合材料的制备

按照下表1中的物料配比分别称取S1～C9的各原料，从双螺杆挤出机的主喂料口加入所有原料，经过双螺杆挤出机熔融共混挤出后经冷却、风干、切粒，得到导电聚酰胺复合材料。双螺杆挤出机挤出温度：220～265℃(真空口前)，220～240℃(真空口后)。

表1：实施例与对比例配方表

*导电母粒为PEBAX7033：CP1001M质量比1：1自制母粒

在上述实例中，根据下述方法对制得样品的下列性质进行测试，其结果及对比见表2：

在注塑机上制备标准样条，用于测试相关性能。其中，表面电阻：按照IEC60093标准方法，测试式样尺寸100mm*100mm*1.5mm，表面电阻低于10

表2：组1～9制备得到的导电聚酰胺复合材料的性能测试结果

通过对实施例S1～S4与对比例C5～C9中导电聚酰胺复合材料的性能测试结果进行比较发现：碳纳米管具有良好的电导性能，可以显著提高复合材料的导电性能，降低表面电阻；采用导电母粒可以明显提高碳纳米管的导电效率，达到同等导电等级下所需的碳纳米管比例降低；一方面降低了材料成本，另一方面降低碳纳米管对材料韧性的负面影响。从对比例C5～C6可知，将碳纳米管、聚酰胺树脂和增韧剂等直接经双螺杆挤出机共混加工，虽然也可以降低材料的表面电阻，提高导电性能，但是导电效率显著降低，而且材料的韧性也有相当程度的降低。从对比例C7～C8中可知，导电炭黑也是非常优异的导电物质，而且价格相对便宜；但由于导电炭黑热稳定性相对较差，聚酰胺复合材料的加工温度又相对较高，导致材料在加工过程中发生降解，注塑时制件表面易产生降解气痕；因此，导电炭黑更适于提高通用塑料的导电性能。从对比例C9中可知，碳纤维提高复合材料的导电性幅度不大，单一使用碳纤维，难以得到导电复合材料(表面电阻≤10

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。