一種碳纖維納米石墨復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種碳纖維納米石墨復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，屬于導(dǎo)電塑料領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]塑料本身是良好的絕緣體，大部分塑料的體積電阻率都超過1015 Ω.cm,甚至可達(dá)到1020Q*cm。其優(yōu)良的絕緣性能，使塑料在電子電氣、機(jī)械、化工等行業(yè)得到了非常廣泛的應(yīng)用，電線電纜護(hù)套、電動(dòng)工具外殼和電氣設(shè)備外殼等，都是充分的發(fā)揮了塑料的絕緣性能。但是，塑料良好的絕緣性能也使它在某些行業(yè)的應(yīng)用受到限制。導(dǎo)電塑料能夠在保持塑料固有特性的同時(shí)具有類似金屬導(dǎo)電性的特性，它現(xiàn)在幾乎可以應(yīng)用到每一個(gè)新產(chǎn)業(yè)中，特別是在光通信半導(dǎo)體的制造、超導(dǎo)材料、集成電路、汽車電子等領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)非常重要的地位。
[0003]塑料的絕緣性導(dǎo)致塑料制品表面積累的靜電荷無法得到釋放，進(jìn)而形成靜電壓，容易吸附灰塵等污物，靜電電壓達(dá)到一定程度后，會(huì)產(chǎn)生靜電放電與電擊現(xiàn)象。在電子行業(yè)中，各種精密儀器和精密電子元件會(huì)由于靜電擊穿而損壞甚至報(bào)廢，另外，在一些接觸易燃易爆物的工礦企業(yè)中，靜電放電如果得不到有效的防護(hù)，會(huì)產(chǎn)生更嚴(yán)重的后果，一旦出現(xiàn)事故可能就會(huì)危及現(xiàn)場(chǎng)工人的生命，并造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。如煤礦中的塑料瓦斯管由于靜電的積累會(huì)引發(fā)煤礦爆炸；油船中塑料部件因靜電引起石油著火發(fā)生火災(zāi)；在生產(chǎn)塑料薄膜的過程中也常常因?yàn)殪o電而發(fā)生事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題:針對(duì)目前塑料的絕緣性導(dǎo)致塑料制品表面積累的靜電荷無法得到釋放，進(jìn)而形成靜電壓，容易吸附灰塵等污物，靜電電壓達(dá)到一定程度后，會(huì)產(chǎn)生靜電放電與電擊現(xiàn)象的問題，提供了一種碳纖維納米石墨復(fù)合導(dǎo)電塑料的制備方法，本發(fā)明在聚苯乙烯塑料基體中，加入碳纖維和石墨制得的混合導(dǎo)電母料，用密煉機(jī)密煉后將物料裝入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行擠壓造粒、過篩、干燥即可得碳纖維納米石墨復(fù)合導(dǎo)電塑料，本發(fā)明制得的復(fù)合導(dǎo)電塑料既保持了高分子材料的優(yōu)異特性又具有導(dǎo)電的功能，避免了產(chǎn)生靜電放電與電擊現(xiàn)象，而且成本比較低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
(1)將碳纖維纏繞在不銹鋼條上，放入高溫電阻爐中，加熱升溫至300?400°C，高溫處理10?15min，將處理好的碳纖維用去離子水沖洗3?5次，去除氧化副產(chǎn)物后放入真空干燥箱在105?110 °C下干燥至恒重，備用；
(2)取適量可膨脹石墨放入直徑為30?40cm的坩禍中，直至將坩禍底部覆蓋，將其移入馬弗爐，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，于800?900°C下灼燒20?40s，使石墨膨脹成蠕蟲狀，取出后倒入500mL圓底燒瓶中，向燒瓶中加入300?400mL質(zhì)量濃度為70%的無水乙醇，放入超聲振蕩儀中以200?300W的功率超聲振蕩18?24h ； (3)振蕩結(jié)束后，過濾分離得到濾渣，向?yàn)V渣中繼續(xù)加入20?30mL濃度為0.5mol/L的硝酸溶液，放入漩渦振蕩器中，以10?20W的功率，200?400rpm/min的速率振蕩反應(yīng)1?2h，得懸濁液；
(4)取一個(gè)500mL的塑料瓶，用剪刀在瓶壁上均勻扎出8?10個(gè)小孔，用過濾紗布將瓶壁裹住并固定，向瓶中插入一根銅條作為陰極，將塑料瓶放入陶瓷罐中，向罐中加入1?2L質(zhì)量濃度為5%的硫酸溶液，以鉑電極為陽極，接入晶體管直流電源，電解2?3天后，放入布氏漏斗抽濾得濾渣；
(5)將所得濾渣和上述備用的高溫氧化后的碳纖維按質(zhì)量比為2:3進(jìn)行混合，制得混合導(dǎo)電填料，向高速混合機(jī)中倒入導(dǎo)電填料體積3?5倍的白油，以110?120°C的溫度預(yù)熱10?20min后分5次加入導(dǎo)電填料，每次加料后緩慢攪拌1?3min，直至填料完全添加結(jié)束，繼續(xù)攪拌10?20min，得混合導(dǎo)電母料；
(6)將3?5kg聚苯乙烯倒入密煉機(jī)中，升溫至250?260°C預(yù)熱20?30min使其呈熔融狀態(tài)，再向熔融狀態(tài)的聚苯乙烯中加入其總質(zhì)量5?10%的混合導(dǎo)電母料，攪拌均勻后保溫密煉2?3h ;
(7)將密煉后的物料裝入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行擠壓造粒，并在擠出機(jī)擋板處使用80目和300目的雙重濾網(wǎng)，收集切粒放入烘箱，在105?110°C下干燥后即得一種碳纖維納米石墨復(fù)合導(dǎo)電塑料。
[0006]其特征在于:所述的雙螺桿擠出機(jī)的參數(shù)為:核心擠出溫度為180?190°C，模頭溫度為190?200°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速40?50Hz，電流為23?26A。
[0007]本發(fā)明制得的碳纖維納米石墨復(fù)合導(dǎo)電塑料，制備中雙螺桿擠出溫度為180?190°C時(shí)，母料的體積電阻率為10.5?11.8 Ω.mm，并將其制成樣條進(jìn)行測(cè)試，在拉伸速率為5mm/min，標(biāo)距為50mm下測(cè)量拉伸強(qiáng)度為48?64MPa，斷裂伸長率為45?65%，下壓速度為5mm/min，跨距為64mm下測(cè)量彎曲強(qiáng)度為80?105MPa，將樣條放入燃燒試驗(yàn)箱測(cè)試阻燃性能為V-0等級(jí)。
[0008]本發(fā)明的有益效果是:
(1)本發(fā)明制得的復(fù)合導(dǎo)電塑料既保持了高分子材料的優(yōu)異特性又具有導(dǎo)電的功能，避免了產(chǎn)生靜電放電與電擊現(xiàn)象；
(2)本發(fā)明成本比較低，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
【具體實(shí)施方式】
[0009]首先將碳纖維纏繞在不銹鋼條上，放入高溫電阻爐中，加熱升溫至300?400°C，高溫處理10?15min，將處理好的碳纖維用去離子水沖洗3?5次，去除氧化副產(chǎn)物后放入真空干燥箱在105?110°C下干燥至恒重，備用；取適量可膨脹石墨放入直徑為30?40cm的坩禍中，直至將坩禍底部覆蓋，將其移入馬弗爐，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，于800?900°C下灼燒20?40s，使石墨膨脹成蠕蟲狀，取出后倒入500mL圓底燒瓶中，向燒瓶中加入300?400mL質(zhì)量濃度為70%的無水乙醇，放入超聲振蕩儀中以200?300W的功率超聲振蕩18?24h ;振蕩結(jié)束后，過濾分離得到濾渣，向?yàn)V渣中繼續(xù)加入20?30mL濃度為0.5mol/L的硝酸溶液，放入漩渦振蕩器中，以10?20W的功率，200?400rpm/min的速率振蕩反應(yīng)1?2h，得懸濁液；取一個(gè)500mL的塑料瓶，用剪刀在瓶壁上均勻扎出8?10個(gè)小孔，用過濾紗布將瓶壁裹住并固定，向瓶中插入一根銅條作為陰極，將塑料瓶放入陶瓷罐中，向罐中加入1?2L質(zhì)量濃度為5%的硫酸溶液，以鉑電極為陽極，接入晶體管直流電源，電解2?3天后，放入布氏漏斗抽濾得濾渣；將所得濾渣和上述備用的高溫氧化后的碳纖維按質(zhì)量比為2:3進(jìn)行混合，制得混合導(dǎo)電填料，向高速混合機(jī)中倒入導(dǎo)電填料體積3?5倍的白油，以110?120°C的溫度預(yù)熱10?20min后分5次加入導(dǎo)電填料，每次加料后緩慢攪拌1?3min，直至填料完全添加結(jié)束，繼續(xù)攪拌10?20min，得混合導(dǎo)電母料；將3?5kg聚苯乙稀倒入密煉機(jī)中，升溫至250?260°C預(yù)熱20?30min使其呈熔融狀態(tài)，再向熔融狀態(tài)的聚苯乙烯中加入其總質(zhì)量5?10%的混合導(dǎo)電母料，攪拌均勻后保溫密煉2?3h ;將密煉后的物料裝入雙螺桿擠出機(jī)中，進(jìn)行擠壓造粒，并在擠出機(jī)擋板處使用80目和300目的雙重濾網(wǎng)，收集切粒放入烘箱，在105?110°C下干燥后即得一種碳纖維納米石墨復(fù)合導(dǎo)電塑料。
[0010]其特征在于:所述的雙螺桿擠出機(jī)的參數(shù)為:核心擠出溫度為180?190°C，模頭溫度為190?200°C，主機(jī)轉(zhuǎn)速40?50Hz，電流為23?26A。
[0011]首先將碳纖維纏繞在不銹鋼條上，放入高溫電阻爐中，加熱升溫至300°C，高溫處理lOmin，將處理好的碳纖維用去離子水沖洗3次，去除氧化副產(chǎn)物后放入真空干燥箱在105°C下干燥至恒重，備用；取適量可膨脹石墨放入直徑為30cm的坩禍中，直至將坩禍底部覆蓋，將其移入馬弗爐，在氮?dú)獾谋Ｗo(hù)下，于800°C下灼燒20s，使石墨膨脹成蠕蟲狀，取出后倒入500mL圓底燒瓶中，向燒瓶中加入300mL質(zhì)量濃度為70%的無水乙醇，放入超聲振蕩儀中以200W的功率超聲振蕩18h ;振蕩結(jié)束后，過濾分離得到濾渣，向?yàn)V渣中繼續(xù)加入20mL濃度為0.5mol/L的硝酸溶液，放入漩渦振蕩器中，以10W的功率，200rpm/min的速率振蕩反應(yīng)lh，得懸濁液；取一個(gè)500mL的塑料瓶，用剪刀在瓶壁上均勻扎出8個(gè)小孔，用過濾紗布將瓶壁裹住并固定，向瓶中插入一根銅條作為陰極，將塑料瓶放入陶瓷罐中，向罐中加入1L質(zhì)量濃度為5%的硫酸溶液，以鉑電極為陽極，接入晶體管直流電源，電解2天后，放入布氏漏斗抽濾得濾渣；將所得濾渣和上述備用的高溫氧化后的碳纖維按質(zhì)量比為2:3進(jìn)行混合，制得混合導(dǎo)電填料，向高速混合機(jī)中倒入導(dǎo)電填料體積3倍的白油，以110°C的溫度預(yù)熱lOmin后分5次加入導(dǎo)電填料，每次加料后緩慢攪拌lmin，直至填料完全添加結(jié)束，繼續(xù)攪拌lOmin，得混合導(dǎo)電母料；將3kg聚苯乙稀倒入密煉機(jī)中，升溫至250°C預(yù)熱20min使其呈熔融狀態(tài)，再向熔融狀態(tài)的聚苯乙烯中加入其總質(zhì)量5%的混合導(dǎo)電母料，攪拌均勻后保溫密煉2h ;將密煉后的物