[发明专利]一种碳纳米管填充聚合物注塑方法

说明书

技术领域

本发明涉及注塑技术领域，尤其涉及一种碳纳米管填充聚合物注塑方法。

背景技术

碳纳米管填充聚合物复合材料制品质量轻、力学性能好，并具有可获得抗静电、电磁屏蔽、低热膨胀系数等一系列特殊性能，在电子信息、新能源、汽车制造等方面的应用不断扩大。注塑成型可生产各种形状复杂的零件，生产率高，制品形状、尺寸精确，是生产高分子材料制品的重要工艺方法之一。但是，对于导电高分子复合材料而言，注塑成型后制品的电阻率明显增加，特别是在注塑制品的表层，其电阻率明显高于芯部，从而在表层形成高阻区。这种现象主要由几方面因素引起：一是表层较高的剪切应力使碳纳米管沿流动方向呈高取向排列状态，限制三维连续导电网络的形成；二是表层伸张的大分子链在模具内壁冷却作用下迅速冻结，迫使碳纳米管向芯部迁移造成该区域碳纳米管体积分数较低；三是表层形成的残余拉应力的影响。

已有的研究表明，高分子材料在注塑加工过程中的蠕变与应力松弛行为对于产品的取向结构及力学性能有重要的影响。高取向结构的形成是流动剪切应力对高分子链作用的结果。如果取向的高分子链发生蠕变回复，制品的取向度将有所降低，表层残余拉应力也将有所降低。从理论上来说，对于碳纳米管填充聚合物复合材料，在蠕变回复过程中，大分子链的运动可以诱发碳纳米管在基体中的分布状态改变，从而改变材料的微观结构，进一步起到调控产品导电性能和力学性能的作用。为了研究蠕变回复在注塑成型过程中对诱发碳纳米管迁移运动的作用规律，探索调控其制品微观结构及导电性能的工艺方法，《蠕变对注塑碳纳米管填充聚合物微观结构及导电性能的影响》一文以碳纳米管填充聚丙烯（ＰＰ）为对象，考察了在不同工艺条件下注塑制品不同部位及其皮－芯层微观结构及电阻率的变化规律，并结合高分子材料黏弹性理论，分析了蠕变回复在注塑成型过程中对制品微观结构及导电性能的作用机制及其规律。该研究为优化碳纳米管填充聚合物复合材料注塑成型工艺，提高制品性能提供一种新思路。

为改善碳纳米管在聚合物中的分散均匀性，使用退火处理，不能完全改善碳纳米管各向异性的特点，而且碳纳米管与PP树脂的结合相容性不好，容易团聚，需要改进，以改进材料的性能。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种碳纳米管填充聚合物注塑方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种碳纳米管填充聚合物注塑方法，步骤为：

（1）将硅烷偶联剂分散在无水乙醇中，制成4-5wt%的溶液，加入多壁碳纳米管，进行超声分散处理，过滤后进行真空干燥，得到改性多壁碳纳米管；

（2）将六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯混匀，加入密炼室中，升温到65-68℃，反应50-60分钟，再加入二月桂酸二丁基锡继续反应30-40分钟，然后将改性多壁碳纳米管配制成40-50wt%的乙酸乙酯溶液滴加到反应物中，继续反应30-40分钟，得到反应产物，六亚甲基二异氰酸酯：异佛尔酮二异氰酸酯：二月桂酸二丁基锡：改性多壁碳纳米管的质量比为80-85：50-52:50-52:1.5-1.8，反应１-1.5小时，得到反应产物；

（3）将反应产物与PP树脂混合，多壁碳纳米管的的质量分数为20-23%，送入在高混机内进行共混，再将共混物料加入双螺杆挤出机料筒，进行挤出造粒，将粒料与PP树脂送入双螺杆挤出机上进行二次造粒，此时多壁碳纳米管的质量分数为3-3.5%，送入注塑机注塑成型，即得。

注塑后进行热处理，处理温度为100-110℃，时间为3-3.5小时，同时施加超声波。

双螺杆挤出机螺杆转速设定为400-500r/min，熔体挤出温度为170-180℃。

所述硅烷偶联剂是硅烷偶联剂kh-550。

注塑压力为50-70MPa，保压压力为20-40MPa，保压时间为2-3ｓ，熔体温度为215-225℃，模具温度为25-30℃。

本发明的优点是：本发明使用硅烷偶联剂对多壁碳纳米管进行改性，再与六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯进行反应，在多壁碳纳米管表面形成了活性基团，能够与PP树脂形成化学键结合，防止在注塑过程中形成各向异性的表面，提高了均匀性、导电性；在注塑后进行热处理的同时施加超声波，进一步提高了多壁碳纳米管的分散均匀性，提高材料的均一性，材料的导电性进一步提高。

具体实施方式

一种碳纳米管填充聚合物注塑方法，步骤为：

（1）将硅烷偶联剂分散在无水乙醇中，制成4wt%的溶液，加入多壁碳纳米管，进行超声分散处理，过滤后进行真空干燥，得到改性多壁碳纳米管；