CN115216145A

CN115216145A - 一种高抗冲导电聚酰胺复合材料

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Publication number: CN115216145A
Application number: CN202110848340.XA
Authority: CN
Inventors: 叶巍; 马祥曦; 于同; 胡晓岐; 黄锋
Original assignee: Hangzhou Bensong New Materials Technology Co ltd
Current assignee: Hangzhou Bensong New Materials Technology Co ltd
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2021-07-27
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2041-07-27
Also published as: CN115216145B

Abstract

本发明公开了一种高抗冲导电聚酰胺复合材料，按重量份计，包括以下组分：60~100份聚酰胺树脂，0~40份增强填料，3~15份导电纤维，0.03~1份碳纳米管，0.15~10份润滑剂；所述润滑剂与碳纳米管的用量配比为5:1~20:1。本发明在导电纤维/聚酰胺体系中引入合适的碳纳米管，通过调控碳纳米管与润滑剂的用量配比，赋予了聚酰胺复合材料优良的导电性能和良好的抗冲击韧性，进一步拓宽了聚酰胺复合材料的应用范围。

Description

一种高抗冲导电聚酰胺复合材料

技术领域

本发明涉及高分子材料改性技术领域，具体涉及一种高抗冲导电聚酰胺复合材料。

背景技术

基于汽车行业的不断发展，同时具备优异导电性能及良好的抗冲击性能的聚酰胺复合材料拥有广阔的应用前景，因此，如何提供一种高抗冲导电聚酰胺复合材料是本领域技术人员亟需解决的问题。

聚酰胺的表面电阻率一般在10¹⁴～10¹⁵Ω之间，属于优良的绝缘体。为赋予其优良的导电性能和抗冲击性能，常规技术手段为在聚酰胺基体中同时引入导电填料和增韧剂，并且在聚酰胺基体中添加诸如导电炭黑、碳纤维、金属纤维、金属粉或碳纳米管等导电填料时，因导电填料的加入，会进一步促进聚酰胺材料的抗冲击性能下降，所以为确保聚酰胺复合材料具有良好的抗冲击性能，增韧剂的添加量相对较多。如中国专利CN111019341A公开了一种增韧导电阻燃聚酰胺6复合材料，其采用导电炭黑和碳纳米管（单壁碳纳米管或多壁碳纳米管）作为导电填料，采用POE接枝MAH作为增韧剂，增韧剂的用量高达9%，制得的聚酰胺复合材料的冲击强度也仅为5.5~6.5KJ/m²。中国专利CN102702721A公开了一种高流动性高韧性导电聚苯醚聚酰胺组合物，其为达到材料的导电或抗静电效果，采用碳纳米管（单壁碳纳米管或多壁碳纳米管）作为导电填料，为防止碳纳米管的加入使材料抗冲击性能下降，引入了增韧剂，当增韧剂用量为5%时，制得的复合材料缺口冲击强度可达7.9KJ/ m²。中国专利CN101870812A公开了一种导电尼龙66材料及其制备方法，其采用碳纳米管作为导电填料，为保证材料具有良好的抗冲击性能，同样添加了增韧剂，其增韧剂用量为4.5%时，尼龙材料的缺口冲击强度为9.5KJ/ m²。但添加增韧剂后，聚酰胺复合材料的流动性和耐热性能会下降，限制了其应用范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无需添加增韧剂即可显著提升材料抗冲击韧性的高抗冲导电聚酰胺复合材料。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种高抗冲导电聚酰胺复合材料，按重量份数计，包括以下组分：

聚酰胺树脂 60~100份，

增强填料 0~ 40份，

导电纤维 3~15份，

碳纳米管 0.03~1份，

润滑剂 0.15~10份；

其中，所述润滑剂与碳纳米管的用量配比为5:1~20:1；所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和长度大于5μm的多壁碳纳米管中的一种或几种的复配。

所述聚酰胺树脂由二元胺和二元酸逐步缩聚而成，或由内酰胺开环聚合而成，或由氨基酸逐步缩聚而成，或由二元胺、二元酸、内酰胺、氨基酸中的组分共聚而成。

作为优选，所述聚酰胺树脂选自脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、共聚聚酰胺中的一种或几种；所述的脂肪族聚酰胺选自PA6、PA66、PA46、PA56、PA11、PA12、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的至少一种，所述的半芳香族聚酰胺选自PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA6I、MXD6中的至少一种，所述的共聚聚酰胺选自PA66/6、PA6T/6I、PA6T/66、PA10T/PA1010、PA6T/PA610、PA10T/PA1012中的至少一种。

所述增强填料选自纤维填料、无机矿粉或纤维填料与无机矿粉的复配物；所述纤维填料选自玻璃纤维、玄武岩纤维、钛酸钾纤维、亚麻纤维中的一种或几种；所述无机矿粉选自滑石粉、硅灰石、云母，碳酸钙、凹凸棒土、蒙脱土、沸石、高岭土、玻璃微珠中的一种或几种。

所述导电纤维选自金属纤维、碳纤维、镀金属碳纤维、镀金属硼纤维、镀金属碳化硅纤维的一种或几种。

所述润滑剂选自饱和烃类、金属皂类、脂肪族酰胺类、有机硅类、脂肪酸类、脂肪醋酸类、脂肪醇类、长链饱和线性羧酸盐类润滑剂中的一种或几种。

本发明制备的聚酰胺复合材料具有优良的导电性能和良好的抗冲击韧性，可满足汽车行业的应用需求。发明人惊讶地发现，在导电纤维填充改性聚酰胺复合材料体系中，引入合适的碳纳米管，通过调控碳纳米管和润滑剂的用量，在提升复合材料导电性能的同时，可在无增韧剂添加情况下，赋予其优良的抗冲击韧性。相比于仅添加导电纤维而无增韧剂的配方体系，复合材料的无缺口冲击强度可提升50%以上，甚至更高；缺口冲击强度可提升近50%。

作为优选，所述高抗冲导电聚酰胺复合材料，按重量份数计，包括以下组分：

聚酰胺树脂 60~80份，

增强填料 20~ 40份，

导电纤维 3~15份，

碳纳米管 0.03~0.5份，

润滑剂 0.15~5份；

其中，所述增强填料为玻璃纤维，或玻璃纤维及无机矿粉的复配物；所述润滑剂与碳纳米管的用量配比为1:5~1:15。

进一步优选，所述碳纳米管为直径＜6nm的单壁碳纳米管或双壁碳纳米管。

在玻纤增强导电纤维填充改性聚酰胺体系中，引入少量直径＜6nm的单壁碳纳米管或双壁碳纳米管，同时调控润滑剂与碳纳米管的用量配比，在无增韧剂添加的情况下，制备的导电聚酰胺复合材料无缺口冲击强度可高达95KJ/ m²，缺口冲击强度可高达14.1KJ/m²。

根据实际性能需要，本发明的高抗冲导电聚酰胺复合材料还可进一步包括其他组分，所述其他组分选自阻燃剂、阻燃协效剂、抗滴落剂、流动改性剂、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、UV稳定剂、脱模剂的一种或几种。

本发明还提供一种上述高抗冲导电聚酰胺复合材料的应用，具体为将所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料经模压成型或注塑成型制备成轻量化产品应用在汽车、轨道交通的结构件上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明在导电纤维填充改性聚酰胺体系中引入少量合适的碳纳米管，通过调控碳纳米管和润滑剂的用量，既可极大地提升聚酰胺复合材料的导电性能，又可实现在无增韧剂添加的情况下，赋予聚酰胺复合材料良好的抗冲击韧性，摒弃了以往添加增韧剂以改善复合材料韧性的常规做法。制备的聚酰胺复合材料同时具有优良的导电性能和抗冲击韧性，拓宽了聚酰胺复合材料在汽车和轨道交通领域的应用范围。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，本领域技术人员在对各实施例进行分析和理解的同时，可结合现有知识对本发明提供的技术方案做一系列变形与等效替换，该变形与等效替换而得的新的技术方案亦被本发明囊括在内。

实施例和对比例所采用的原料如下所述：

碳纳米管1：单壁碳纳米管（XFS26），直径4~5nm，长度为0.5~5μm，江苏先丰纳米材料科技有限公司。

碳纳米管2：双壁碳纳米管（CNT110），直径2~4nm，长度为5~15μm，北京德科岛金科技有限公司。

碳纳米管3：多壁碳纳米管（MWNT-10），直径7~15nm，长度＞5μm，深圳市纳米港有限公司。

碳纳米管4：多壁碳纳米管（S-MWNT-1020），直径10~20nm，长度＜2μm，深圳市纳米港有限公司。

其余原料均为市售。

下面将结合实施例1-11和对比例1-9，对本发明作进一步说明。

下述实施例和对比例的聚酰胺复合材料性能测试方法如下：

（1）表面电阻率：根据IEC60093，通过模制成型制备直径100mm、厚3mm的圆片，将样片在标准环境气候23℃，50%RH中调节12h后在进行表面电阻测试，测试电压500V，电化1min。

（2）无缺口冲击强度：根据ISO179，通过模制成型制备长80mm、宽10mm、厚4mm的测试样条，将样条在标准环境气候23℃，50%RH中调节12h后在进行无缺口冲击强度测试，摆锤能量4J。

（3）缺口冲击强度：根据ISO179，通过模制成型制备长80mm、宽10mm、厚4mm的测试样条，采用缺口制样机剪裁成A型缺口，将样条在标准环境气候23℃，50%RH中调节12h后在进行无缺口冲击强度测试，摆锤能量1J。

实施例1～实施例11

按照表1所述的重量份配比，将玻璃纤维外的其他各组分先混和均匀，从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机侧喂料口下料，经双螺杆挤出机熔融混合、挤出、冷却造粒，即得。双螺杆挤出机的长径比为40:1，螺杆转速为 280r/min。将制备的成品粒子于80℃真空干燥箱中干燥5～8h，再于注塑机中成型打制对应的性能测试标准样条，进行性能测试，测试结果见表1。

表1 实施例1~11聚酰胺复合材料配方组分及性能测试结果

对比例1～对比例9

按照表2所述的重量份配比，称取各原料组分，制备方法和检测方法同上述实施例。对比例1~对比例9的性能测试结果见表2。

表2对比例1~9聚酰胺复合材料配方及性能测试结果

从表1中实施例1~11及表2的对比例1~9的性能测试结果可以看出：相比于纯导电纤维填充聚酰胺体系和导电纤维与其他导电剂复配改性聚酰胺体系，在导电纤维/聚酰胺体系中引入少量单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或长度大于5μm于的多壁碳纳米管，既可赋予聚酰胺复合材料优良的导电性能，又能显著提升其抗冲击韧性；对于玻纤增强的导电纤维/聚酰胺复合材料体系，在引入单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或长度大于5μm于的多壁碳纳米管的同时，通过调控碳纳米管和润滑剂的用量配比，制得的聚酰胺复合材料抗冲击韧性比非导电玻纤增强聚酰胺复合材料的性能还要优。

上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。

Claims

1.一种高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：

聚酰胺树脂 60~100份，

增强填料 0~ 40份，

导电纤维 3~15份，

碳纳米管 0.03~1份，

润滑剂 0.15~10份；

2.根据权利要求1所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，所述聚酰胺树脂由二元胺和二元酸逐步缩聚而成，或由内酰胺开环聚合而成，或由氨基酸逐步缩聚而成，或由二元胺、二元酸、内酰胺、氨基酸中的组分共聚而成。

3.根据权利要求2所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，所述聚酰胺树脂选自脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、共聚聚酰胺中的一种或几种；所述的脂肪族聚酰胺选自PA6、PA66、PA46、PA56、PA11、PA12、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的至少一种，所述的半芳香族聚酰胺选自PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA6I、MXD6中的至少一种，所述的共聚聚酰胺选自PA66/6、PA6T/6I、PA6T/66、PA10T/PA1010、PA6T/PA610、PA10T/PA1012中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，所述增强填料选自纤维填料、无机矿粉或纤维填料与无机矿粉的复配物；所述纤维填料选自玻璃纤维、玄武岩纤维、钛酸钾纤维、亚麻纤维中的一种或几种；所述无机矿粉选自滑石粉、硅灰石、云母，碳酸钙、凹凸棒土、蒙脱土、沸石、高岭土、玻璃微珠中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，所述导电纤维选自金属纤维、碳纤维、镀金属碳纤维、镀金属硼纤维、镀金属碳化硅纤维的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，所述润滑剂选自饱和烃类、金属皂类、脂肪族酰胺类、有机硅类、脂肪酸类、脂肪醋酸类、脂肪醇类、长链饱和线性羧酸盐类润滑剂中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：

聚酰胺树脂 60~80份，

增强填料 20~ 40份，

导电纤维 3~15份，

碳纳米管 0.03~0.5份，

润滑剂 0.15~5份；

8.根据权利要求7所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，所述碳纳米管为直径＜6nm的单壁碳纳米管或双壁碳纳米管。

9.根据权利要求1~8任一项所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料，其特征在于，所述高抗冲导电聚酰胺复合材料还包括其他组分，所述其他组分选自阻燃剂、阻燃协效剂、抗滴落剂、流动改性剂、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、UV稳定剂、脱模剂的一种或几种。

10.一种如权利要求1所述的高抗冲导电聚酰胺复合材料的应用，其特征在于，所述高抗冲导电聚酰胺复合材料经模压成型或注塑成型制备成轻量化产品应用在汽车、轨道交通的结构件上。