[发明专利]一种高强导电尼龙产品的制备方法

说明书

一种高强导电尼龙产品的制备方法，属于功能高分子材料技术领域。将尼龙和表面氨酯功能基改性的连续碳纤混合后造粒，得到高强导电尼龙粒子；再将高强导电尼龙粒子经过模压、挤出或者注塑，得到高强导电尼龙产品，具有更加优异的导电性能以及力学性能，产品表面电阻在10²～10⁴Ω之间，并且不受模压、挤出或者注塑工艺影响。

技术领域

本发明涉及导电尼龙产品的制备技术，属于功能高分子材料技术领域。

背景技术

随着信息技术和电子工业的快速发展，导电高分子材料由于机械力学性能优异、易加工成型而得到越来越多的关注。其中复合型导电高分子材料相比本征型导电高分子材料，具有制备成本低、易加工、抗腐蚀、耐磨损、电阻率可调等优点在传感器，微电极，电磁屏蔽材料，静电喷涂材料，汽车工程零件等领域得到广泛应用。例如，表面电阻在1000 Ω以内高强度的导电尼龙在机器人装备领域的应用需求日益增加。

复合型导电高分子材料的导电填料主要有金属填料（金属粉末，金属纤维）和碳系填料（导电石墨，膨胀石墨，石墨烯，碳纳米管，碳纤维）。虽然金属填料的导电性优异，渗滤阈值较低，但是由于价格昂贵，比重大，制备的产品强度低，同时在加工过程中容易产生表面氧化、皮层效应等问题而限制了其实际应用。而碳系材料具有优异化学惰性以及高强、高导电性，近年来在科学研究以及工业应用领域倍受关注。具有二维纳米片形貌的石墨烯以及一维纳米形貌的碳纳米管由于出色的电导与纳米效应被认为是高效的导电填充材料，然而，由于其在聚合物基体中严重的聚集问题，不能获得预期的导电性能。

碳纤维（CF），具有比强度高、比模量高，还具有自润滑、耐腐蚀、热稳定性和氧化稳定性以及导电性等优良性能，广泛应用于航空航天、能源、体育、船舶、汽车等领域，是聚合物基复合材料理想的增强材料。但由于其表面疏油性、过度光滑性、化学惰性、稳定的非极性和低湿润性，制备的碳纤维/聚合物产品，存在CF在基体中分散不佳与界面粘结力差的问题，难以获得预期的高强与电学功能。因此，改善连续碳纤维在聚合物基体的分散与界面粘结及其稳定性是获得高性能与功能聚合物产品的关键。

发明内容

本发明目的是提出能克服现有技术缺陷的高强导电尼龙产品的制备方法。

本发明技术方案是：将尼龙和表面氨酯功能基改性的连续碳纤混合后造粒，得到高强导电尼龙粒子；再将高强导电尼龙粒子经过模压、挤出或者注塑，得到高强导电尼龙产品。

本发明选择连续碳纤作为导电剂，将其与表面氨酯功能基改性的连续碳纤混合后造粒，利用连续碳纤表面的氨酯功能基与聚酰胺链具有优异的相容性而获得的连续碳纤在尼龙基体中的分散不仅均匀而且稳定，得到的成型高强导电尼龙产品具有更加优异的导电性能以及力学性能，产品表面电阻在10²～10⁴ Ω之间，并且不受模压、挤出或者注塑工艺影响。拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度分别可以达到180～220 MPa，250～380 MPa以及8～14 kJ/m²。

进一步地，本发明所述尼龙可以为尼龙6、尼龙66或聚邻苯二甲酰胺（PPA）耐高温尼龙中的任意一种。以上尼龙中都具有聚酰胺链就可以达到本发明设计效果。

采用带有氨酯功能基的聚合物乳液为表面改性剂对连续碳纤进行表面上浆，取得表面氨酯功能基改性的连续碳纤。本发明采用带有氨酯功能基的聚合物乳液作为表面改性对连续碳纤进行改性，其机理是：氨酯（-NHCO-）基与尼龙主链中的酰胺(-CO-NH-)结构具有结构相似性，因此，表面氨酯功能基改性的连续碳纤容易分散在尼龙基体中。

所述表面氨酯功能基改性的连续碳纤中带有氨酯功能基的聚合物的质量分数为0.5 %～1 %。如聚合物太少，不能保证连续碳纤很好地分散于尼龙基体中；如聚合物太多，则会影响尼龙基体的力学性能。