[发明专利]聚酯/纳米膨胀石墨/碳纤维高强导电复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚酯/纳米膨胀石墨/碳纤维高强导电复合材料及其制备的工艺方法及相关性能研究，在已有的聚酯/石墨纳米导电复合材料制备方法的基础上，通过添加碳纤维经简单熔融共混插层的方法制备出了导电性能好且机械力学性能优异的聚酯/纳米膨胀石墨/碳纤维高强导电复合材料。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是一种最常见的饱和聚酯，广泛用于制造纤维、薄膜、瓶子、工程塑料等许多领域。PBT具有耐热性、耐候性、耐药品性、吸水性小、光泽良好，广泛应用于电子电器、汽车零件、机械、家用品等。近年来聚合物基导电复合材料由于具有密度小、导电性能优良以及耐化学腐蚀性好等优点而得到广泛的推广和应用。但是，据目前报道以聚合物作为基体的导电复合材料，多以碳黑、金属粉、金属氧化物等作为导电填料，采用插层聚合或溶液插层的制备工艺，这种聚合物基导电复合材料往往需要较多的导电填料才能达到理想的导电效果，导电填料含量一般在15～25％范围内。填料含量的增加以及与基体弱的界面粘合作用使得此类聚合物基导电复合材料加工性能和力学性能变差，从而限制了其应用。

在我们以前的研究成果中报道了采用熔融插层的方法制备了聚酯/石墨纳米导电复合材料，此法制备的聚酯基石墨纳米复合材料在导电填料含量较少的情况下就可以获得较高的体积电导率，其渗滤阈值在4～5％。与其它聚合物基导电复合材料相比无机导电填料的含量有了大幅度的降低，从而降低了生产成本。但是，此法制备的聚酯/石墨纳米导电复合材料随着石墨的加入使得其力学性能较纯聚酰胺基体有所下降，这样也限制了其工业化应用。

发明内容

本发明目的在于发明一种既具有较好抗静电性能、一定范围的屏蔽性能、导电性能优良且加工性能好、力学性能优异，可满足工业化应用的聚酯/纳米膨胀石墨/碳纤维高强导电复合材料及其制备方法。

本发明的目的实现的技术方法是，所述复合材料由聚酯、膨胀倍数在100倍以上的膨胀石墨和增强体碳纤维组成，各组分的质量份为：聚酯100份、膨胀倍数在100倍以上的膨胀石墨1～8份和增强体碳纤维1～30份；所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。

所述增强体碳纤维为各种牌号及不同长径比碳纤维。

所述膨胀石墨为纳米膨胀石墨(纳米石墨片)。

聚酯和纳米膨胀石墨的最佳质量份比为100∶8。

实验结果表明，本发明具有较低的渗滤阈值和较高的电导率以及优异的机械力学性能。碳纤维作为增强材料，本身就具有良好的导电性能，因此随着碳纤维的加入，在复合材料内部与膨胀石墨实现良好的导电网络，赋予主基体优异的导电性能。同时，碳纤维还具有增强作用，聚酯/纳米膨胀石墨/碳纤维复合材料的拉伸强度、弯曲强度以及冲击强度等相对于纯聚酯基体都有大幅度的提高，与其它聚合物基导电复合材料相比也高出许多。因此，聚酯/纳米膨胀石墨/碳纤维高强导电复合材料具有广阔的工业化前景，有望在防静电材料、电磁屏蔽材料、微波吸收等领域获得广泛的应用。

上述聚酯/纳米膨胀石墨/碳纤维高强导电复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将天然鳞片石墨加入到浓硫酸和浓硝酸的混合液中浸泡24±3小时，然后将天然鳞片石墨经洗涤、干燥处理后，在温度为900～1100℃的马弗炉中加热膨胀处理，得到膨胀倍数在100倍以上的膨胀石墨；再将膨胀石墨分散在70％的乙醇水溶液中放置24±1小时后，超声4±0.2小时得到纳米石墨片(纳米膨胀石墨)；

2)将纳米石墨片(纳米膨胀石墨)1～8份与主基体聚酯100份混合均匀后与增强体碳纤维1～30份一起加入到既能提供剪切力又能同时将聚合物加热到熔点以上的设备中熔融共混，即得到导电复合材料；所述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。

所述天然鳞片石墨颗粒度为100μm～500μm。

所述增强体碳纤维为不同长径比的碳纤维。

本发明利用碳纤维优异的导电性能以及可以作为聚合物增强填料的优点，在已取得研究成果的基础上，通过加入碳纤维，采用熔融共混的方法制备出了聚酯/纳米膨胀石墨/碳纤维高强导电复合材料。具体方法是将一定配比的纳米膨胀石墨和主基体聚酯置于高速混合机充分搅拌，使之混合均匀；然后将其和碳纤维置于密炼机(如哈克转矩流变仪、双螺杆挤出机等)中，升温至基体熔点以上进行混炼，从而得到导电复合材料。该制备方法简单易行，成本较低。

具体实施方式

1、制备膨胀石墨：