[发明专利]一种宽尺度范围粒径分布、低逾渗值导电炭黑/UHMWPE复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种宽尺度范围粒径分布、低逾渗值导电炭黑/UHMWPE复合材料及其制备方法。包括以下重量份的组分：UHMWPE粉料86～98份、导电炭黑1～10份、抗氧剂0.1~0.5份，偶联剂0.1～0.5份、流动性改性剂1～5份。本发明提供的低逾渗值导电炭黑/UHMWPE复合材料，各组分经高速混合机混合均匀，再经模压成型，充分利用各种塑料助剂的正作用，制备了低成本、宽尺度范围、低逾渗值导电炭黑/UHMWPE复合材料，其表面电阻率逾渗区域为2~5%，体积电阻率逾渗区域为1~4%，导电炭黑的粒径分布范围200~700nm，在复合材料中的形貌以“葡萄球状聚集体”呈现。

技术领域

本发明属于一种宽尺度范围粒径分布、低逾渗值导电炭黑/UHMWPE复合材料及其制备方法。

背景技术

随着电子电器设备的进一步发展，聚合物导电复合材料的应用继而得到了快速的发展。超高分子量聚乙烯有很多优良的性能，如耐磨损性、耐冲击、耐化学腐蚀性、自润滑性等，存在的许多不足：热变形温度低、硬度低、强度低、耐温性能差、熔融粘度高、流动性差等缺点，限制了其应用，进行其UHMWPE的改性，改性方法主要有物理改性(填充改性)、化学改性(共聚改性、交联改性和交联等)和聚合物共混改性，通过改性可改善UHMWPE本身的缺陷，提高耐热性、阻燃、抗静电等方面的特性。

超高分子量聚乙烯的高性能化、工程塑料化、功能化是聚合物复合材料研究领域最重要的追求目标之一。塑料导电是其中一个主要的手段。最常用且最有效的导电手段就是在UHMWPE基体中引入导电填料，当体系中导电填料的达到一定临界值时，导电复合材料就会出现一个绝缘体-导体的转变，具体来说，当初始导电通路形成，材料的电导率急剧増加几个数量级。但这一类方法存在的致命弱点，即虽然材料的导电性提高了，但往往造成强度、韧性等机械性能的下降。

UHMWPE的表面电阻率为ρ_s= 10¹⁶～10¹⁷Ω, 体积电阻率ρ_v=10¹⁷～10¹⁸Ω•cm, 介电常数为ε=2.2～2.3。在使用过程会因摩擦形成电荷聚集现象，产生静电放电，静电放电会引起火灾等安全隐患，限制了UHMWPE管材在某些特殊的矿业的应用，因此对于UHMWPE管材进行抗静电改性研究成为研究人员关注的焦点。综合管材成本及性价比，研究人员关于抗静电剂的选择的着重点放在导电炭黑。炭黑 (CB) 价格低廉、导电性能好，常用作导电高分子复合材料的导电填料。CB 的填充量和性质 ( 结构度，粒径，比表面积等 ) 对导电高分子复合材料的性能影响显著，其中 CB 的结构度是影响导电高分子复合材料电性能的重要因素。CB 的结构度是指 CB 粒子之间形成链状结构或枝状结构的发达程度。一般用 CB 吸收邻苯二甲酸二丁酯(DBP) 的值即 DBP 值来表征 CB 聚集体结构的高低，DBP 值高，则 CB结构度高。

本发明主要是采用碳系导电填料(导电炭黑N990)填充改性UHMWPE材料，制备UHMWPE/CB导电复合材料，体积电阻可达到10⁶～10¹⁰Ω•cm范围，表面电阻率≤10⁶Ω。期望并将该复合材料运用于挤出煤矿业高耐磨的UHMWPE管材、高硬度板材生产及应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是采用塑料导电改性方法，提供一种宽尺度范围粒径分布、低逾渗值导电炭黑/UHMWPE复合材料及其制备方法，从而获得高性能、功能化的新材料，改善并提高了单一塑料材料的性能，且实现制品抗静电功能化。

为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：

一种宽尺度范围粒径分布、低逾渗值导电炭黑/UHMWPE复合材料，由下述重量配方组成：

UHMWPE粉料 86～98份

导电炭黑 1～10份