聚乙烯/乙丙橡胶/碳黑高分子导电复合材料的制备 【技术领域】
本发明属于聚乙烯/乙丙橡胶/碳黑高分子导电复合材料的制备方法。
背景技术
随着电子技术的迅猛发展和电子产品的普及，导电高分子材料的需要与日俱增，应用范围不断扩大。根据导电本质的不同，导电高分子材料可分为结构型(或称为本征型)和复合型两种。结构型导电高分子材料自身具有导电功能，如聚苯胺，聚乙炔，聚吡咯等。但这种类型的导电高分子材料由于在批量生产以及应用方面存在许多难题，至今尚未普及。而复合型导电高分子材料则是利用机械共混的方法，通过在高分子基体中加入导电填料如金属粉末、金属纤维、碳纤维、碳黑，经过分散复合，层积复合等手段来赋予材料导电功能。与结构型导电高分子材料相比，复合型导电高分子材料具有成本低、工艺简单、易于加工成型的特点。
导电机理是：一方面是由于碳黑粒子之间相互接触形成导电通道；另一方面是由于碳黑粒子数量不足，当有电压时，电子可以靠隧道效应导电。实际上，在高分子复合材料导电过程中，这两种机理是同时存在的，只是导电的效率不同而已。
对于碳黑填充高分子导电复合材料，为了获得良好的导电性且使聚合物具有综合的优良性能，一方面选择超导电的碳黑，另一方面是界面的复合技术。对于界面复合通常采用硅烷类、钛酸酯类或铝酸酯类偶联剂来处理碳黑粒子表面，使其与聚合物间形成良好的界面黏结，并改善了碳黑粒子与基体的相容与分散性能。这些偶联剂的分子结构特征，表现为一端亲高聚物，另一端亲碳黑粒子。采用这种偶联技术得到的材料，当碳黑在材料中的重量百分比超过10％以上时才能表现出好的导电性。
F.Gubbels于1998年发表在Chem.Mater.上的研究结果表明，在以聚合物共混体系为树脂基体的高分子导电复合材料中，碳黑容易在界面上形成导电网络，有助于提高复合体系的导电性能和力学性能。2.对碳黑表面进行有效改性以提高聚合物与碳黑的相容性，改善导电稳定性。Fujiki等人发表在Polym.J.上的研究结果表明，经过单体的接枝聚合反应将反应基团引到碳黑表面可以获得良好地界面改性效果，使材料的导电性大幅度提高，而且导电稳定性也得到改善。但这种界面改性方法的成本较高，工艺复杂。
【发明内容】
本发明的目的是提供一种聚乙烯/乙丙橡胶/碳黑高分子导电复合材料的制备方法。
本发明采用带反应基团的聚氨酯或环氧树脂表面改性剂对碳黑粒子进行表面包覆改性，使得碳黑粒子在基体中形成有效分散，提高了碳黑粒子在聚乙烯/乙丙橡胶基体界面处的富集能力，这样在碳黑的重量百分比低于5％以下时也能获得良好的导电材料。
本发明中将重量百分比为1％-5％的带反应基团的聚氨酯或环氧树脂表面改性剂与重量百分比为99％-95％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑，基体树脂采用聚乙烯/乙丙橡胶共混体系，在高分子基体中聚乙烯的重量百分比为94.5％-17％，乙丙橡胶的重量百分比为5％-80％，在复合材料中碳黑的重量百分比为0.5％-5％，利用熔融加工方法制得聚乙烯/乙丙橡胶/碳黑高分子导电复合材料，在30℃-60℃温度下放置20小时至72小时。经上述方法制得的高分子导电复合材料的体积电阻率达到106至108Ω·cm。
【具体实施方式】
实施例1：
将重量百分比为1％的带反应基团的聚氨酯表面改性剂与重量百分比为99％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将2份上述改性碳黑与78份聚乙烯及20份二元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在40℃下放置48小时。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为4.05*107Ω·cm。
实施例2：
将重量百分比为3％的带反应基团的聚氨酯表面改性剂与重量百分比为97％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将5份上述改性碳黑与75份聚乙烯及20份三元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在60℃下放置20小时。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为1.97*106Ω·cm。
实施例3：
将重量百分比为5％的带反应基团的聚氨酯表面改性剂与重量百分比为95％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将3份经上述处理的碳黑与87份聚乙烯及10份二元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在30℃下放置72小时。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为9.35*106Ω·cm。
实施例4：
将重量百分比为5％的带反应基团的环氧树脂表面改性剂与重量百分比为95％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将1份经上述处理的碳黑与90份聚乙烯及9份二元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在50℃下放置40小时。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为3.06*107Ω·cm。
实施例5：
将重量百分比为3％的带反应基团的环氧树脂表面改性剂与重量百分比为97％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将0.5份经上述处理的碳黑与94.5份聚乙烯及5份二元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在40℃下放置48小时。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为4.16*108Ω·cm。
实施例6：
将重量百分比为1％的带反应基团的环氧树脂表面改性剂与重量百分比为99％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将3份经上述处理的碳黑与57份聚乙烯及40份二元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在40℃下放置48小时。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为5.36*106Ω·cm。
实施例7：
将重量百分比为1％的带反应基团的聚氨酯表面改性剂与重量百分比为99％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将3份经上述处理的碳黑与17份聚乙烯及80份二元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在30℃下放置72小时，使聚氨酯固化。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为1.28*107Ω·cm。
实施例8：
将重量百分比为4％的带反应基团的环氧树脂表面改性剂与重量百分比为96％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将3份经上述处理的碳黑与17份聚乙烯及80份三元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在60℃下放置20小时，使聚氨酯固化。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为1.46*106Ω·cm。
实施例9：
将重量百分比为4％的带反应基团的聚氨酯表面改性剂与重量百分比为96％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将3份经上述处理的碳黑与67份聚乙烯及30份三元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在40℃下放置48小时，使聚氨酯固化。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为3.55*107Ω.cm。
实施例10：
将重量百分比为3％的带反应基团的环氧树脂表面改性剂与重量百分比为97％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将4份经上述处理的碳黑与86份聚乙烯及10份二元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在40℃下放置48小时，使聚氨酯固化。制得的高分子导电性材料的体积电阻率为2.58*106Ω·cm。
实施例11：
将重量百分比为2％的带反应基团的环氧树脂表面改性剂与重量百分比为98％的碳黑在高速搅拌机中混合均匀制成表面改性碳黑。
将3份经上述处理的碳黑与92份聚乙烯及5份三元乙丙橡胶经熔融共混，所得产品在30℃下放置72小时。制得的高分子导电性材料的体积电阻率3.34*106Ω·cm。