專利名稱：導電高分子材料的制造方法
技術領域：
本發明屬于導電高分子材料成型加工領域，具體涉及一種導電高分子材料的制造方法。
背景技術：
導電高分子材料按制造方法的不同可分為結構型與復合型兩大類。結構型導電高分子材料又稱為本征導電高分子材料，是指分子結構本身具有導電性能的高分子材料，如聚乙炔、聚吡咯、聚苯胺等，由于這類材料剛性大，難于溶解和熔融，成型較困難，成本高，因此應用范圍有限。復合型導電高分子材料是以高分子材料為基體，添加各種導電材料經混合分散成型而得到的具有導電特性的復合材料，它既有高分子材料的特性，又可在較大范圍內調節材料的電學，力學及其它性能，易成型，目前已廣泛應用于電子，能源，化工，宇航等領域。
目前復合型高分子材料所添加的導電材料有兩類一類是抗靜電劑，另一類是導電填料。添加抗靜電劑是高分子材料最常用的抗靜電方法，其作用機理是，利用均勻混入材料中的抗靜電劑分子逐步向表面擴散的特性，在材料表面形成導電層，降低表面電阻率，使產生的靜電荷迅速泄漏；另外還因抗靜電劑分子賦予了材料表面一定的潤滑性，可降低摩擦系數，從而也抑制和減少了靜電荷的產生(張福強，塑料，1995，24(2)7)。該方法的特點是工藝簡單，抗靜電劑添加量低(0.1～4％)，對基材性能影響較小，但電阻率的降低有限，通常只能降到108～1010Ω.cm，且耐久性差，受外在因素如空氣濕度等的影響較大，一般只在短期要求抗靜電的場合下使用。因此，目前復合型高分子材料皆以添加導電填料為主。常用的導電填料有炭系列，如石墨，炭黑和炭纖維等；金屬系列，如金屬粉末、碎片和纖維，鍍金屬的粉末和纖維等；其它種類，如無機鹽和金屬氧化物粉末等。由于添加導電填料是將填料與高分子材料共混制得內外性質均一產品，因此它最大的缺陷就是隨著導電性的改善，材料的機械性能急劇下降、加工性變差(黃銳等，現代塑料加工應用，1993，(1)34)。
為了在滿足導電性的條件下，盡可能不降低材料的機械性能和加工性能，人們又改用用導電填料進行表面噴鍍，如真空噴鍍、火焰噴鍍、離子電鍍和在制品表面涂覆導電涂料等(范五一，塑料科技，1993(4)7)，使之在聚合物制品表面形成導電層，產生導電性。由于這類方法皆是在制品生產后期實施的，工藝上稱為制品的后處理。如果采用噴鍍則需要專用的后處理設備，而噴鍍設備價格昂貴，所處理制品的范圍較窄，時間較長，生產成本較高。如果采用涂覆工藝則涂層均勻性和持久性又難以保證。或采用復合的方法。即用不加導電填料的聚合物作基層，用加入了導電填料的與基層相同的聚合物作表層，基層與表層采用熱復合的方式成型導電材料，如中國專利ZL96228960。這種方法雖然解決了產品導電性與機械性能間的矛盾，但不能解決表層材料的加工性問題，同時也要增加成型設備的數量和成型工藝的復雜性。或是基材采用多相體系，通常為含導電填料的三相體系，如中國專利ZL00115414.1。由于所加的導電填料含量可以降低，一定程度上兼顧加工性能與機械性能。但加工過程復雜，生產成本較高。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種新的導電高分子材料的制造方法。
本發明提供的導電高分子材料的制造方法是在高分子材料的制造過程中，物料尚處于熔融狀態且即將進入冷卻定型階段時，將粉狀導電填料噴灑或涂覆在材料的表面或模具的內表面，使粉狀導電填料與熔融物料直接熱復合，然后冷卻定型得到表面導電的高分子材料。
該方法對現有的高分子材料的成型方法而言，具體可這樣實施在擠出機口模與定型裝置之間安裝導電填料噴灑裝置，將導電填料噴灑在擠出物的表面，使之在定型階段與擠出基材復合，冷卻得到表面導電的擠出型材；或將導電填料噴灑裝置置于壓延機主機與冷卻裝置之間，將導電填料涂覆于壓延片材或板材或膜的一面或兩面，并使填料與基材復合，冷卻后得到表面導電的壓延片材或板材或膜；或在注射和層壓成型加工時，將導電填料直接涂覆于模具的內表面，使填料熱復合在制品的表面，冷卻后得到表面導電的聚合物制品。
在本發明中所使用的粉狀導電填料選用石墨、碳黑、金屬粉末、鍍金屬粉末、金屬氧化物粉末中的任一種，其粒徑小于0.15mm；可采用未經表面活性劑處理過的，也可采用市售的經表面活性劑處理過的粉狀導電填料或自制的經表面活性劑處理過的粉狀導電填料。自制時采用的表面活性劑為偶聯劑、硅烷、硬脂酸、硬脂酸鹽中的任一種。
本發明具有如下優點1.由于本發明是在高分子材料成型過程中將導電填料直接與熔融基材進行表面熱復合，不僅保證了材料的導電性，也大大降低了導電填料的添加量。
2.由于本發明熱復合在材料上的導電填料的含量極小，使表面復合層的厚度甚微，因而對高分子材料的加工性能和機械性能幾乎沒有影響。
3.由于本發明采用的熱復合工藝與已有的熱復合工藝或制品的表面后處理工藝相比，生產過程簡單，無能源消耗，大大降低了生產成本。
4.由于本發明僅需在現有的高分子材料成型設備上添加一個導電填料的噴涂裝置，因而投資少，適用范圍廣，效益高。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發明進行具體描述，有必要在此指出的是以下實施例只能用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對本發明保護范圍的限制，本領域的技術熟練人員根據上述本發明的內容作出一些非本質的改進和調整仍屬本發明的保護范圍。
實施例1本實施例是采用平板硫化機和φ100×4圓片模具成型塑料圓片。
先將粒徑為28nm的導電填料乙炔炭黑與表面處理劑異丙基三羧酰基鈦酸酯在預熱溫度為100℃的高速混合機中混合30min，出料，備用；然后將表面處理過的乙炔炭黑，未經表面處理過的粒徑為28nm乙炔炭黑、粒徑為45nm色素炭黑(N660)、粒徑為0.08mm鋁粉、粒徑為0.1mm銅粉等導電填料分別分次噴灑在平板硫化機中的模具型腔內表面；再放入高密度聚乙烯(HDPE 5000S)，并按模板溫度160℃，預熱10min，熱壓5min，壓力20Mpa的工藝參數進行壓制，或先將高密度聚乙烯(HDPE 5000S)放入平板硫化機中的模具型腔內，在模板溫度160℃下進行預熱熔融，然后將表面處理過的乙炔炭黑，未經表面處理過的乙炔炭黑、色素炭黑(N660)、鋁粉、銅粉等導電填料分別分次噴灑在其熔融表面，再在壓力20Mpa下熱壓5min得到制品。為了對比還按上述工藝參數壓制了未加導電填料的高密度聚乙烯(HDPE 5000S)塑料圓片。
將所得圓片制品分別按GB/T1692-92、GB1840-80測定表面電阻率和沖擊強度，測試結果見表1。
實施例2本實施例也是采用平板硫化機和φ100×4圓片模具成型橡膠圓片。
先將粒徑為28nm的導電填料乙炔炭黑噴灑在平板硫化機中的模具型腔內表面，然后放入混合均勻的氯丁橡膠及助劑，并按模板溫度150℃，預熱5min，硫化20min，壓力10Mpa的工藝參數進行壓制，或先將混合均勻的氯丁橡膠及助劑放入平板硫化機中的模具型腔內，在模板溫度150℃下進行預熱熔融，然后將粒徑為28nm的導電填料乙炔炭黑噴灑在其熔融表面，再在壓力10Mpa下硫化20min得到制品。為了對比還按上述工藝參數壓制了未加導電填料的氯丁橡膠及助劑的圓片。
將所得圓片制品分別按GB/T1692-92、GB/T14647-93測定表面電阻率和拉伸強度，測試結果見表2。
實施例3本實施例是采用45單螺桿真空外定徑管材擠出機組和φ50×4的管機頭口模成型管材。
先將聚氯乙烯及助劑加入單螺桿擠出機，并按螺桿三段溫度分別為165℃，140℃，100℃，螺桿轉速15rpm，牽引速度1m/min，定徑段真空度為0.05Mpa的工藝參數進行熔融擠出，粒徑為28nm乙炔炭黑通過壓縮空氣噴灑在擠出管材外表面，空氣壓力為0.01Mpa，然后進行定型、冷卻、牽引、切割的管材制品。為了對比還按上述工藝參數擠出成型了未加導電填料的聚氯乙烯管材制品。
將所得管材制品分別按GB/T1692-92、GB/T5836.1-92測定表面電阻率和扁平試驗，測試結果見表3。
表1
表2
表3
權利要求
1.一種導電高分子材料的制造方法，其特征在于該方法是在高分子材料的制造過程中，物料尚處于熔融狀態且即將進入冷卻定型階段時，將粉狀導電填料噴灑或涂覆在材料的表面或模具的內表面，使粉狀導電填料與熔融物料直接熱復合，然后冷卻定型得到表面導電的高分子材料。
2.根據權利要求1所述的導電高分子材料的制造方法，其特征在于粉狀導電填料的粒徑小于0.15mm。
3.根據權利要求1或2所述的導電高分子材料的制造方法，其特征在于粉狀導電填料還可為經表面活性劑處理過的粉狀導電填料。
4.根據權利要求1或2所述的導電高分子材料的制造方法，其特征在于粉狀導電填料選用石墨、碳黑、金屬粉末、鍍金屬粉末、金屬氧化物粉末中的任一種。
5.根據權利要求3所述的導電高分子材料的制造方法，其特征在于粉狀導電填料選用石墨、碳黑、金屬粉末、鍍金屬粉末、金屬氧化物粉末中的任一種。
全文摘要
本發明公開的導電高分子材料的制造方法，其特征在于該方法是在高分子材料的制造過程中，物料尚處于熔融狀態且即將進入冷卻定型階段時，將粉狀導電填料噴灑或涂覆在材料的表面或模具的內表面，使粉狀導電填料與熔融物料直接熱復合，然后冷卻定型得到表面導電的高分子材料。本發明在保證了材料導電性的前提下，因大大降低了導電填料的添加量，使表面復合層的厚度甚微，因而對高分子材料的加工性能和機械性能幾乎沒有影響，且生產過程簡單，無能源消耗，生產成本低，投資少，適用范圍廣，效益高。
文檔編號C08J7/00GK1515606SQ0313566
公開日2004年7月28日 申請日期2003年8月26日 優先權日2003年8月26日
發明者王勇, 王 勇 申請人:王勇, 王 勇