專利名稱：含瀝青基碳纖維導電塑料的制備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種含瀝青基碳纖維導電塑料的制備，其屬于導電塑料的制備方法領域。
背景技術：
現有的導電塑料復合材料多采用各種高導電碳黑、金屬粉末或聚丙烯腈基碳纖維 (長纖維)與塑料共混制備。所制備材料存在填充量大、加工困難、造價高、制備工藝復雜、 有時用工藝性差、材料綜合性能較低等缺點。 瀝青基碳纖維是我國90年代引進的碳纖維新材料，是一種高性能短纖維增強材 料，具有高強度、高模量、耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、抗蠕變、導電、導熱和遠紅外輻射等 諸多優異性能。瀝青基碳纖維與聚丙烯腈基碳纖維相比，具有更優良的導電性，其單絲導電 能力可與金屬相當，尤其是它的價格優勢，瀝青基碳纖維的價格大約是聚丙烯腈基碳纖維 的1/10。所以，人們開始研究采用價格低廉的瀝青基碳纖維替代聚丙烯腈基碳纖維制造導 電塑料。 相關文獻與實際應用證明，將瀝青基碳纖維填充到塑料基體中的關鍵是二者的相 容性差，必須進行表面處理由惰性變為活性，從而改變瀝青基碳纖維與塑料基體的相容性。 傳統方法是采用硝酸、高錳酸鉀等強氧化劑，將瀝青基碳纖維的表面部分氧化，形成羥基、 羧基等，具有一定的活性。該方法不能完全解決瀝青基碳纖維的表面活性問題，不能很好地 與非極性塑料相容。這樣極大地限制了瀝青基碳纖維在塑料復合材料中的應用。
發明內容
本發明的目的是利用瀝青基碳纖維的優異特性，解決現有防靜電、電磁屏蔽塑料 的導電填料填充量大，填料與塑料基體的相容性差，造價高等缺點，提供一種綜合性能優 良、防靜電、抗電磁干擾、造價低廉，加工方便的導電塑料。
本發明的技術方案如下一種含瀝青基碳纖維導電塑料由塑料基體、活性瀝青
基碳纖維、增容劑和抗氧劑組成，各組分的質量百分比為60 80% : io 30%: o 10% : o. i o. 2%。
所述的含瀝青基碳纖維導電塑料的制備包括以下步驟 ①將瀝青基碳纖維在濃度為20% 60%的強氧化劑中，于70 11(TC、氧化處理 1 6小時； ②將氧化后的瀝青基碳纖維用1 % 3%的偶聯劑，在30 IO(TC進行偶聯處理；
③將經過氧化-偶聯處理的瀝青基碳纖維，在50 9(TC下，超聲波處理30 120 分鐘，制得活性瀝青基碳纖維； ④將活性瀝青基碳纖維與塑料基體、增容劑、抗氧劑混合均勻，在既能提供共混又 能同時將塑料基體加熱到熔點以上的設備中熔融混煉，得到導電塑料。 所述塑料基體是低密度聚乙烯或線性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、丙烯
3腈丁二烯_苯乙烯三元共聚物(ABS)，或是其中二者的混合物。所述瀝青基碳纖維選用的型號為P-IOO、 P-800、 、 P-1600、 P_3200、 C_10、 C_12。
對所述瀝青基碳纖維進行氧化選用的強氧化劑包括硝酸和高錳酸鉀。
對所述瀝青基碳纖維表面改性使用的偶聯劑包括硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑。
所述增容劑選用馬來酸酐接枝聚乙烯或甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝聚乙烯。
上述技術方案的指導思想是通常塑料等高分子化材料電阻率為1012—"Qcm是作 為絕緣材料使用的，而多數情況把電阻率為1(^Qcm左右的塑料作為導電塑料，也稱為導電 高分子材料。導電高分子材料的特性主要是具有良好的導電性并保持原來高分子材料的 特點，而且具有抗靜電、抗干擾、屏蔽作用。碳纖維作為導電材料的填料顯示了其優越的性 能。它是一種新型的高強度、高模量材料，具有好的導電性能。當碳纖維含量在20 30% 時，該復合材料的體積電阻率為101—AQcm，具有屏蔽效果。調節碳纖維規格用量，可以滿足 不同的要求。另外，碳纖維表面鍍電鍍金屬獲得成功，它的導電性可以提高50 100倍。但 是由于碳纖維的價格昂貴，推廣比較困難。瀝青基碳纖維與聚丙烯腈基碳纖維相比，首先是 價格優勢，前者僅為后者的1/10，其次是短纖維特別適合加工復雜形狀制品。所以，近年人 們重視瀝青基碳纖維的開發利用。 本發明利用瀝青基碳纖維的優異特性，利用專業技術解決了瀝青基碳纖維表面活
性及其與塑料基體相容性問題克服現有導電塑料、防靜電、電磁屏蔽塑料的導電填料填充 量大，填料與塑料基體的相容性差，造價高等缺點，制備出一種綜合性能優良、具有優良的
導電性、耐磨、耐腐蝕、抗疲勞、抗蠕變等性能的導電塑料，可以作為隱身材料、電磁阻尼材 料、抗靜電材料、電磁屏蔽材料，有望應用在武器、航天、潛艇、機電等多種高科技領域中。航 天工業中已利用了碳纖維的導電性。碳纖維復合導電塑料將會在電子、電氣、航天、航空等 領域占有一定的席位。 本發明的有益效果是瀝青基碳纖維經氧化偶聯活化處理后，能夠提高其與塑料 基體的相容性，表現為斷裂強度增大；活性瀝青基碳纖維填充塑料制備導電塑料可以降低 填充量，該導電塑料中瀝青基碳纖維的填充量為10% 30%。
具體實施方式
實施例一 將200公斤的C-12瀝青基碳纖維使用濃度為40%的硝酸中，在ll(TC，氧化處理 2小時。再用4公斤鈦酸酯偶聯劑，在8(TC下處理20分鐘。取出后，在8(TC下，超聲波處 理60分鐘，制得活性碳纖維。將活性碳纖維與755公斤聚丙烯、45公斤甲基丙烯酸縮水甘 油酯接枝聚乙烯增容劑、1. 1公斤抗氧劑等全部物料，混合均勻備用。將已混合均勻的備用 料，逐步加入雙螺桿擠出機中，進行擠出造粒，從而制得含瀝青基碳纖維的導電塑料。所制 備的導電塑料的體積電阻率為102 103歐姆 厘米，斷裂強度提高32%。
實施例二 將300公斤的P-800瀝青基碳纖維使用濃度為60%的硝酸中，80°C ，氧化處理4小 時。再用4.8公斤硅烷偶聯劑，在9(TC下處理30分鐘。取出后，在7(TC下，超聲波處理90 分鐘，制得活性碳纖維。將活性碳纖維與210公斤線性低密度聚乙烯、420公斤低密度聚乙 烯、70公斤馬來酸酐接枝聚乙烯增容劑、1. 3公斤抗氧劑等全部物料，混合均勻備用。將已混合好的備用料逐步加入到雙螺桿擠出機中，擠出造粒，從而制得含瀝青基碳纖維的導電 塑料。 所制備的導電塑料的體積電阻率為102 103歐姆 厘米，斷裂強度增大提高 22%。
實施例三 將120公斤的P-3200瀝青基碳纖維使用濃度為5%的高錳酸鉀中，85°C ，氧化處 理1小時。再用1.5公斤鈦酸酯偶聯劑，在6(TC下處理15分鐘。取出后，在9(TC下，超聲 波處理30分鐘，制得活性碳纖維。將制得的活性碳纖維與800公斤ABS、80公斤甲基丙烯 酸縮水甘油酯接枝聚乙烯增容劑、2公斤抗氧劑等全部物料混合均勻備用。將已混合好的備 用基料逐步加入到雙螺桿擠出機中，擠出造粒，從而制得含瀝青基碳纖維的導電塑料。所制 備的導電塑料的體積電阻率為102 104歐姆 厘米，斷裂強度提高19%。
權利要求
一種含瀝青基碳纖維導電塑料，其特征在于所述導電塑料由塑料基體、活性瀝青基碳纖維、增容劑和抗氧劑組成，各組分的質量百分比為60～80％∶10～30％∶0～10％∶0.1～0.2％。
2. 據權利要求i所述的含瀝青基碳纖維導電塑料的制備，其特征在于包括以下步驟① 將瀝青基碳纖維在濃度為20% 60%的強氧化劑中，于70 11(TC、氧化處理1 6小時；② 將氧化后的瀝青基碳纖維用1% 3%的偶聯劑，在30 IO(TC進行偶聯處理；③ 將經過氧化偶聯處理的瀝青基碳纖維，在50 9(TC下，超聲波處理30 120分鐘，制得活性瀝青基碳纖維；④ 將活性瀝青基碳纖維與塑料基體、增容劑、抗氧劑混合均勻，在既能提供共混又能同時將塑料基體加熱到熔點以上的設備中熔融混煉，得到導電塑料。
3. 據權利要求2所述含瀝青基碳纖維導電塑料的制備，其特征在于所述塑料基體是低密度聚乙烯或線性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯三元共聚物，或是其中二者的混合物。
4. 據權利要求2所述含瀝青基碳纖維導電塑料的制備，其特征在于所述瀝青基碳纖維選用的型號為P-IOO、 P-800、 、 P-1600、 P-3200、 C_10、 C_12。
5. 根據權利要求2所述含瀝青基碳纖維導電塑料的制備，其特征在于對所述瀝青基碳纖維進行氧化選用的強氧化劑包括硝酸和高錳酸鉀。
6. 據權利要求2所述含瀝青基碳纖維導電塑料的制備，其特征在于對所述瀝青基碳纖維表面改性使用的偶聯劑包括硅烷偶聯劑、鈦酸酯偶聯劑。
7. 據權利要求2所述含瀝青基碳纖維導電塑料的制備，其特征在于所述增容劑選用馬來酸酐接枝聚乙烯或甲基丙烯酸縮水甘油酯接枝聚乙烯。
全文摘要
一種含瀝青基碳纖維導電塑料的制備，其屬于導電塑料的制備方法領域。采用先氧化后偶聯的處理方法得到活性碳纖維，然后將其填充共混到塑料基體中，制備含瀝青基碳纖維的導電塑料。該導電塑料能夠克服現有防靜電、電磁屏蔽塑料復合材料的導電填料填充量大，填料與塑料基體的相容性差，造價高等缺點。該方法提供的含瀝青基碳纖維的導電塑料是綜合性能優良、防靜電、抗電磁干擾的一種導電塑料。該制備導電材料的新方法，能夠利用普通共混設備制備新材料，加工方便，制造成本低。所制備的新型導電塑料，用瀝青基碳纖維是短纖維，使用時加工流動性好，對塑料有增強作用，有望作為抗靜電材料、電磁屏蔽材料，應用于多種高科技領域。
文檔編號C08L23/08GK101717543SQ200910311708
公開日2010年6月2日 申請日期2009年12月18日 優先權日2009年12月18日
發明者孫強, 孫江波, 項素云 申請人:項素云