專利名稱：兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚合物基復(fù)合材料，特別是涉及一種兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料。
背景技術(shù)：
聚合物基多功能復(fù)合材料是聚合物改性的研究開發(fā)熱點。兼具導(dǎo)電和阻燃兩種功能的聚合物基復(fù)合材料具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，是重要的聚合物基多功能復(fù)合材料。
大多數(shù)聚合物都是電絕緣材料和易燃材料，聚合物要達到導(dǎo)電的目的，最常用和簡便的途徑是在聚合物基體中復(fù)合導(dǎo)電填料，比如金屬粉術(shù)、金屬纖維、炭黑、石墨等。而聚合物要達到阻燃的目的，最常用和簡便的途徑是在聚合物基體中復(fù)合阻燃劑，比如鹵系阻燃劑、有機磷系阻燃劑、無機阻燃劑等。
制備兼具導(dǎo)電和阻燃兩種功能的聚合物基復(fù)合材料需要同時復(fù)合導(dǎo)電填料和阻燃劑。但同時復(fù)合傳統(tǒng)的導(dǎo)電填料和傳統(tǒng)的阻燃劑兩種添加劑時，復(fù)合的導(dǎo)電填料和阻燃劑的總體積分數(shù)將很大才能同時具有優(yōu)良的導(dǎo)電和阻燃性能，因此復(fù)合材料的力學(xué)性能將很差，同時產(chǎn)品成本高，因此其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑹艿絿乐刂萍s。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種添加劑總用量少且導(dǎo)電性能和阻燃性能優(yōu)異、產(chǎn)品成本低的兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料。
實現(xiàn)本發(fā)明的目的的技術(shù)方案為一種兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，包含聚合物、可膨脹石墨和膨脹石墨，其中可膨脹石墨和膨脹石墨的總質(zhì)量分數(shù)可以為5％～40％，可膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)可以為2％～30％，膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)為2％～20％。
對于本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，可膨脹石墨和膨脹石墨的總質(zhì)量分數(shù)以在10％～35％之間為優(yōu)選，可膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)以在5％～25％之間為優(yōu)選，膨脹石墨的總質(zhì)量分數(shù)以在3％～15％之間為優(yōu)選。
本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料中還可以包含有輔助阻燃劑。輔助阻燃劑可以是鹵系阻燃劑、有機磷系阻燃劑、氮系阻燃劑和無機阻燃劑等。其中，紅磷、聚磷酸銨和磷酸三乙酯可以作為輔助阻燃劑，它們作為輔助阻燃劑時，用量為可膨脹石墨質(zhì)量的1～3倍。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下顯著優(yōu)點(1)本發(fā)明使用的膨脹石墨可以以納米級石墨晶片形式分散復(fù)合到聚合物基體中，容易形成立體的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，因此在用量低的情況下即可使復(fù)合材料獲得優(yōu)良的導(dǎo)電功能；(2)本發(fā)明使用的可膨脹石墨是阻燃性能優(yōu)異的阻燃劑，同時又是一種導(dǎo)電填料，而膨脹石墨在發(fā)揮導(dǎo)電功能的同時也具有一定的阻燃功能，因此本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料可以在添加劑(包括阻燃劑和導(dǎo)電填料)總用量不太高的情況下同時獲得優(yōu)良的阻燃和導(dǎo)電功能，力學(xué)性能可以較好；(3)本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料采用的阻燃劑和導(dǎo)電填料都為價格低廉的石墨產(chǎn)品，因此其成本低，易于推廣應(yīng)用。
具體實施例方式
本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，包含聚合物、可膨脹石墨和膨脹石墨，其中可膨脹石墨和膨脹石墨的總質(zhì)量分數(shù)可以為5％～40％，可膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)可以為2％～30％，膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)可以為2％～20％。
本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料中的可膨脹石墨為阻燃劑，它受到高熱作用可迅速發(fā)生高倍膨脹，如膨脹200～300倍，屬于膨脹型阻燃劑。膨脹石墨是可膨脹石墨受到高熱作用而膨脹得到的蠕蟲狀石墨，石墨晶片片層已被膨脹撐開，石墨晶片片層間距大，通過原位聚合復(fù)合法、溶液插層復(fù)合法和熔體插層復(fù)合法等方法可以使膨脹石墨以納米級石墨晶片形式分散復(fù)合到聚合物基體中，形成納米導(dǎo)電復(fù)合材料。
對于本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，可膨脹石墨和膨脹石墨的總質(zhì)量分數(shù)以在10％～35％之間為優(yōu)選，可膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)以在5％～25％之間為優(yōu)選，膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)以在3％～15％之間為優(yōu)選。
本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料中，為了提高阻燃性能和減少可膨脹石墨的用量，可以添加與可膨脹石墨具有協(xié)同阻燃作用的輔助阻燃劑。輔助阻燃劑可以是鹵系阻燃劑、有機磷系阻燃劑、氮系阻燃劑和無機阻燃劑等。其中，紅磷、聚磷酸銨和磷酸三乙酯是較好的輔助阻燃劑，它們作為輔助阻燃劑時，用量為可膨脹石墨質(zhì)量的1～3倍。
本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料的聚合物基體，可以是熱塑性聚合物，也可以是熱固性聚合物。聚合物基體可以是單一聚合物，也可以是聚合物混合物。
實施例1將900℃時膨脹容積為250mL/g的可膨脹石墨置于900℃高溫爐中膨化，制成膨脹石墨。按膨脹石墨∶苯乙烯質(zhì)量比為6∶94的比例，將膨脹石墨和苯乙烯混合均勻，并加入適量的過氧化苯甲酰引發(fā)劑，然后使苯乙烯進行懸浮聚合，得到聚苯乙烯/膨脹石墨復(fù)合物。最后，將聚合得到的聚苯乙烯/膨脹石墨復(fù)合物與可膨脹石墨按3∶1的質(zhì)量比進行熔體混合，得到聚苯乙烯/石墨功能復(fù)合材料，其體積電導(dǎo)率為3.1×10-4s/cm，氧指數(shù)為30.5。
實施例2將300℃時膨脹容積為250mL/g的可膨脹石墨置于300℃高溫爐中膨化，制成膨脹石墨。按膨脹石墨∶苯乙烯質(zhì)量比為8∶92的比例，將膨脹石墨和苯乙烯混合均勻，并加入適量的過氧化苯甲酰引發(fā)劑，然后使苯乙烯進行懸浮聚合，得到聚苯乙烯/膨脹石墨復(fù)合物。最后，將聚合得到的聚苯乙烯/膨脹石墨復(fù)合物與可膨脹石墨按85∶15的質(zhì)量比進行熔體混合，得到聚苯乙烯/石墨功能復(fù)合材料，其體積電導(dǎo)率為2.4×10-4s/cm，氧指數(shù)為29.0。
實施例3將300℃時膨脹容積為250mL/g的可膨脹石墨置于300℃高溫爐中膨化，制成膨脹石墨。按膨脹石墨∶可膨脹石墨∶苯乙烯∶甲苯質(zhì)量比為7∶8∶85∶100的比例，將膨脹石墨、可膨脹石墨、苯乙烯和甲苯混合均勻，并加入適量的過氧化苯甲酰引發(fā)劑，將混合物置于60℃的超聲波水浴中超聲處理直到苯乙烯完全聚合，充分蒸發(fā)除去甲苯即得到聚苯乙烯/石墨功能復(fù)合材料，其體積電導(dǎo)率為6.4×10-4s/cm，氧指數(shù)為24.0。
實施例4將900℃時膨脹容積為250mL/g的可膨脹石墨置于900℃高溫爐中膨化，制成膨脹石墨。按膨脹石墨∶可膨脹石墨∶甲苯質(zhì)量比為10∶15∶225的比例，將可膨脹石墨、膨脹石墨加入甲苯中制成250份懸浮分散液。按聚丙烯∶馬來酸酐接枝聚丙烯∶甲苯質(zhì)量比為9∶1∶90的比例，將聚丙烯、馬來酸酐接枝聚丙烯溶于甲苯中配制750份溶液，將上述250份膨脹石墨和可膨脹石墨的甲苯懸浮分散液加入其中混勻，加熱回流5h，停止加熱，負壓蒸餾脫出部分甲苯溶劑，待溫度降至約60℃，加入乙醇沉淀劑使產(chǎn)物析出，抽濾，真空干燥，即得到聚丙烯/馬來酸酐接枝聚丙烯/石墨功能復(fù)合材料，其體積電導(dǎo)率為3.2×10-3s/cm，氧指數(shù)29.5。
實施例5將300℃時膨脹容積為250mL/g的可膨脹石墨置于300℃高溫爐中膨化，制成膨脹石墨。將可膨脹石墨用油酸鈉處理得到表面處理的可膨脹石墨(油酸鈉用量為可膨脹石墨的3％)，將膨脹石墨也用油酸鈉處理得到表面處理的膨脹石墨(油酸鈉用量為可膨脹石墨的10％)。按膨脹石墨∶可膨脹石墨∶紅磷∶聚丙烯質(zhì)量比為14∶6∶6∶74的比例，采用雙螺桿擠出機將表面處理的膨脹石墨、表面處理的可膨脹石墨、紅磷和聚丙烯在180℃進行熔融混合得到聚丙烯/石墨功能復(fù)合材料，其體積電導(dǎo)率為8.2×10-3s/cm，氧指數(shù)27.0。
實施例6將300℃時膨脹容積為250mL/g的可膨脹石墨置于300℃高溫爐中膨化，制成膨脹石墨。按膨脹石墨∶可膨脹石墨∶聚磷酸銨∶E-44環(huán)氧樹脂預(yù)聚物∶甲苯質(zhì)量比為10∶5∶9∶47∶300的比例，先將E-44環(huán)氧樹脂預(yù)聚物與甲苯混合均勻，然后再加入膨脹石墨、可膨脹石墨和聚磷酸銨，攪拌混勻，并在50℃下浸泡4h，然后充分將甲苯蒸發(fā)除盡制備成多組分復(fù)合物。然后，按鄰苯二甲酸酐∶E-44環(huán)氧樹脂預(yù)聚物質(zhì)量比為3∶5的比例將上述多組分復(fù)合物與鄰苯二甲酸酐溶融混勻，固化后即得到環(huán)氧樹脂/石墨功能復(fù)合材料，其體積電導(dǎo)率為2.8×10-4s/cm，氧指數(shù)26.0。
權(quán)利要求
1.一種兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，其特征在于包含聚合物、可膨脹石墨和膨脹石墨，其中可膨脹石墨和膨脹石墨的總質(zhì)量分數(shù)為5％～40％，可膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)為2％～30％，膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)為2％～20％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，其特征在于可膨脹石墨和膨脹石墨的總質(zhì)量分數(shù)為10％～35％，可膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)為5％～25％，膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)為3％～15％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一項所述的兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，其特征在于還包含有輔助阻燃劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，其特征在于輔助阻燃劑為鹵系阻燃劑、有機磷系阻燃劑、氮系阻燃劑和無機阻燃劑中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，其特征在于作為輔助阻燃劑的有機磷系阻燃劑為磷酸三乙酯，作為輔助阻燃劑的無機阻燃劑為紅磷和聚磷酸銨之一種或兩種。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料，其特征在于輔助阻燃劑與可膨脹石墨的質(zhì)量比為1～3∶1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料。本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料包含聚合物、可膨脹石墨和膨脹石墨。其中，可膨脹石墨和膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)可以為5％～40％，可膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)可以為2％～30％，膨脹石墨的質(zhì)量分數(shù)可以為2％～20％。本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料中可以同時包含有紅磷、聚磷酸銨和磷酸三乙酯等輔助阻燃劑。本發(fā)明兼具阻燃和導(dǎo)電功能的聚合物基功能復(fù)合材料的添加劑總用量低，可以兼具優(yōu)良的導(dǎo)電性能和阻燃性能，同時成本低，易于推廣應(yīng)用。
文檔編號C08K3/04GK1850911SQ20051009542
公開日2006年10月25日 申請日期2005年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月14日
發(fā)明者應(yīng)宗榮, 戚裕, 楊坤, 胡媛, 彭永才, 李靜 申請人:南京理工大學(xué)