專利名稱：聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備的工 藝方法及相關(guān)性能研究，在已有的聚酯/石墨納米導(dǎo)電復(fù)合材料制備方法的基礎(chǔ)上，通過 添加碳纖維經(jīng)簡(jiǎn)單熔融共混插層的方法制備出了導(dǎo)電性能好且機(jī)械力學(xué)性能優(yōu)異的聚酯/ 納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一種最常見的飽和聚酯，廣泛用于制造纖維、薄 膜、瓶子、工程塑料等許多領(lǐng)域。PBT具有耐熱性、耐候性、耐藥品性、吸水性小、光澤良好，廣 泛應(yīng)用于電子電器、汽車零件、機(jī)械、家用品等。近年來聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料由于具有密 度小、導(dǎo)電性能優(yōu)良以及耐化學(xué)腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛的推廣和應(yīng)用。但是，據(jù)目前報(bào) 道以聚合物作為基體的導(dǎo)電復(fù)合材料，多以碳黑、金屬粉、金屬氧化物等作為導(dǎo)電填料，采 用插層聚合或溶液插層的制備工藝，這種聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料往往需要較多的導(dǎo)電填料 才能達(dá)到理想的導(dǎo)電效果，導(dǎo)電填料含量一般在15 25%范圍內(nèi)。填料含量的增加以及與 基體弱的界面粘合作用使得此類聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料加工性能和力學(xué)性能變差，從而限 制了其應(yīng)用。在我們以前的研究成果中報(bào)道了采用熔融插層的方法制備了聚酯/石墨納米導(dǎo) 電復(fù)合材料，此法制備的聚酯基石墨納米復(fù)合材料在導(dǎo)電填料含量較少的情況下就可以獲 得較高的體積電導(dǎo)率，其滲濾閾值在4 5 %。與其它聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料相比無機(jī)導(dǎo)電 填料的含量有了大幅度的降低，從而降低了生產(chǎn)成本。但是，此法制備的聚酯/石墨納米導(dǎo) 電復(fù)合材料隨著石墨的加入使得其力學(xué)性能較純聚酰胺基體有所下降，這樣也限制了其工 業(yè)化應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于發(fā)明一種既具有較好抗靜電性能、一定范圍的屏蔽性能、導(dǎo)電性 能優(yōu)良且加工性能好、力學(xué)性能優(yōu)異，可滿足工業(yè)化應(yīng)用的聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高 強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明的目的實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法是，所述復(fù)合材料由聚酯、膨脹倍數(shù)在100倍以上 的膨脹石墨和增強(qiáng)體碳纖維組成，各組分的質(zhì)量份為聚酯100份、膨脹倍數(shù)在100倍以上 的膨脹石墨1 8份和增強(qiáng)體碳纖維1 30份；所述聚酯為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)
苯二甲酸丁二醇酯。所述增強(qiáng)體碳纖維為各種牌號(hào)及不同長(zhǎng)徑比碳纖維。所述膨脹石墨為納米膨脹石墨(納米石墨片)。聚酯和納米膨脹石墨的最佳質(zhì)量份比為100 8。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明具有較低的滲濾閾值和較高的電導(dǎo)率以及優(yōu)異的機(jī)械力學(xué)性能。碳纖維作為增強(qiáng)材料，本身就具有良好的導(dǎo)電性能，因此隨著碳纖維的加入，在復(fù)合 材料內(nèi)部與膨脹石墨實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，賦予主基體優(yōu)異的導(dǎo)電性能。同時(shí)，碳纖維還具 有增強(qiáng)作用，聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度以及沖擊強(qiáng)度等 相對(duì)于純聚酯基體都有大幅度的提高，與其它聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料相比也高出許多。因 此，聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料具有廣闊的工業(yè)化前景，有望在防靜電 材料、電磁屏蔽材料、微波吸收等領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。上述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法，包括以下步 驟1)將天然鱗片石墨加入到濃硫酸和濃硝酸的混合液中浸泡24士3小時(shí)，然后將天 然鱗片石墨經(jīng)洗滌、干燥處理后，在溫度為900 1100°C的馬弗爐中加熱膨脹處理，得到膨 脹倍數(shù)在100倍以上的膨脹石墨；再將膨脹石墨分散在70%的乙醇水溶液中放置24士 1小 時(shí)后，超聲4士0.2小時(shí)得到納米石墨片(納米膨脹石墨)；2)將納米石墨片(納米膨脹石墨)1 8份與主基體聚酯100份混合均勻后與增 強(qiáng)體碳纖維1 30份一起加入到既能提供剪切力又能同時(shí)將聚合物加熱到熔點(diǎn)以上的設(shè) 備中熔融共混，即得到導(dǎo)電復(fù)合材料；所述聚酯為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸 丁二醇酯。所述天然鱗片石墨顆粒度為100 i! m 500 u m。所述增強(qiáng)體碳纖維為不同長(zhǎng)徑比的碳纖維。本發(fā)明利用碳纖維優(yōu)異的導(dǎo)電性能以及可以作為聚合物增強(qiáng)填料的優(yōu)點(diǎn)，在已取 得研究成果的基礎(chǔ)上，通過加入碳纖維，采用熔融共混的方法制備出了聚酯/納米膨脹石 墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料。具體方法是將一定配比的納米膨脹石墨和主基體聚酯置于 高速混合機(jī)充分?jǐn)嚢瑁怪旌暇鶆?；然后將其和碳纖維置于密煉機(jī)(如哈克轉(zhuǎn)矩流變儀、 雙螺桿擠出機(jī)等)中，升溫至基體熔點(diǎn)以上進(jìn)行混煉，從而得到導(dǎo)電復(fù)合材料。該制備方法 簡(jiǎn)單易行，成本較低。
具體實(shí)施例方式1、制備膨脹石墨將天然鱗片石墨(粒度100 ii m 500 u m)加入到質(zhì)量比為4 1的濃硫酸和濃 硝酸的混合液中浸泡24小時(shí)，然后經(jīng)洗滌、干燥處理后，在溫度為900 1100°C的馬弗爐中 加熱膨脹處理，得到膨脹倍數(shù)在100倍以上的膨脹石墨，待用。2、制備納米石墨片將膨脹石墨分散在70%的乙醇水溶液中放置24小時(shí)，然后超聲4小時(shí)得到納米石 墨片(納米膨脹石墨)，待用。3.復(fù)合材料的共混將一定配比的納米膨脹石墨和主基體置于高速混合機(jī)中，充分?jǐn)嚢鑜Omin，使填料 納米膨脹石墨在基體中分散均勻。下面主基體聚酯以PET為例，具體舉例說明納米膨脹石墨(納米石墨片)占總體系質(zhì)量份數(shù)的8份和100份主基體PET在高 速混合機(jī)上充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝螅瑢⑵浜? 30份增強(qiáng)體碳纖維料分別轉(zhuǎn)移至密煉機(jī)(哈克轉(zhuǎn)矩流變儀或雙螺桿擠出機(jī))中于270°C條件下混煉8min，出料，即得高強(qiáng)度導(dǎo)電復(fù)合材 料。復(fù)合材料的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)及各力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表一。表一 納米膨脹石墨占總體系質(zhì)量份數(shù)的1份(或2份、或3份或4份或5份或6份、或 7份)時(shí)和和100份主基體PET在高速混合機(jī)上充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆蚝?，將其? 30份增 強(qiáng)體碳纖維料分別轉(zhuǎn)移至密煉機(jī)(哈克轉(zhuǎn)矩流變儀或雙螺桿擠出機(jī))中于270°C條件下混 煉8min，出料，即得高強(qiáng)度導(dǎo)電復(fù)合材料。復(fù)合材料的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)及各力學(xué)性能數(shù)據(jù)與表一 相似。主基體聚酯與納米膨脹石墨的最佳質(zhì)量份比為100 8。主基體聚酯采用聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，其工藝過程、材料質(zhì)量比和制得的復(fù)合 材料的電導(dǎo)率數(shù)據(jù)及各力學(xué)性能數(shù)據(jù)，與主基體聚酯為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)的相 似。
權(quán)利要求
聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于所述復(fù)合材料由主基體聚酯、膨脹倍數(shù)在100倍以上的膨脹石墨和增強(qiáng)體碳纖維組成，各組分的質(zhì)量份為主基體聚酯100份、膨脹倍數(shù)在100倍以上的膨脹石墨1～8份和增強(qiáng)體碳纖維1～30份；所述主基體聚酯為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料，其特征在于 所述增強(qiáng)體碳纖維為各種牌號(hào)及不同長(zhǎng)徑比碳纖維。
3.—種如權(quán)利要求1所述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方 法，其特征在于包括以下步驟1)將天然鱗片石墨加入到濃硫酸和濃硝酸的混合液中浸泡24士3小時(shí)，然后將天然鱗 片石墨經(jīng)洗滌、干燥處理后，在溫度為900 1100°C的馬弗爐中加熱膨脹處理，得到膨脹倍 數(shù)在100倍以上的膨脹石墨；再將膨脹石墨分散在70%的乙醇水溶液中放置24士 1小時(shí) 后，超聲4士0.2小時(shí)得到納米石墨片；2)將納米石墨片1 8份與主基體聚酯100份混合均勻后與增強(qiáng)體碳纖維1 30份 一起加入到既能提供剪切力又能同時(shí)將聚合物加熱到熔點(diǎn)以上的設(shè)備中熔融共混，即得到 導(dǎo)電復(fù)合材料；所述主基體聚酯為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。
4.根據(jù)權(quán)利要求4所述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所述天然鱗片石墨顆粒度為100 y m 500 u m。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料的制備方法， 其特征在于所述增強(qiáng)體碳纖維為不同長(zhǎng)徑比的碳纖維。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種聚酯/納米膨脹石墨/碳纖維高強(qiáng)導(dǎo)電復(fù)合材料及其制備方法，復(fù)合材料由聚酯、膨脹倍數(shù)在100倍以上的膨脹石墨和增強(qiáng)體碳纖維組成，各組分的質(zhì)量份為主基體聚酯100份、膨脹倍數(shù)在100倍以上的膨脹石墨1～8份和增強(qiáng)體碳纖維1～30份；所述主基體聚酯為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。本發(fā)明在聚酯/石墨納米復(fù)合材料體系中添加增強(qiáng)體碳纖維制備了高強(qiáng)度、高導(dǎo)電性的復(fù)合材料。碳纖維和膨脹石墨含量較少，體系的體積電導(dǎo)率可達(dá)10-2S/m，體系的力學(xué)性能優(yōu)異，拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到66.48MPa，彎曲強(qiáng)度達(dá)到153.81MPa，沖擊強(qiáng)度為19.23kJ/m2。
文檔編號(hào)C08L67/02GK101875758SQ200910264350
公開日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2009年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者張明, 曹振東, 李滿 申請(qǐng)人:揚(yáng)州大學(xué)