石墨烯%2fPVC材料抗静电性能的研究

石墨烯石墨烯 2fPVC 2fPVC材料抗静电性能的研究材料抗静电性能的研究 材料与性能 石墨烯 PVC材料抗静电性能的研究汪海位 尹建平 韩忠良 天业天伟化工有限公司 石河子832000 关键词 PVC 石墨烯 抗静电性能 共混改性 涂层改性 摘 要 采用共混改性和涂层改性的方法制备了石墨烯 PVC材料 考察了 石墨烯用量对抗静电性能的影响 结果表明 采用共混改性的方法时 石墨烯用量在4份以上才能制得 抗静电材料 成本较高 而且对材料的力学性能不利 采用涂层改性 的方法时 只需要很少的石墨烯就可制得抗静电材料 而且可保留材 料的力学性能 TQ325 3 文献标志码 B 1009 7937 2018 06 0012 03Study onantistatic propertyof graphene PVC materialsWANGHaiwei YIN Jianping HAN Zhongliang Xinjiang TianyeTianwei ChemicalIndustry Co Ltd Shihezi832000 China Key words PVC graphene antistatic property blending modification coating modificationAbstract Graphene PVC materialswere preparedby blending modification andcoating modifica tion The effectsof grapheneamount onantistatic propertywere investigated The resultsshowed thatwhenblendingmodification method was used the antistaticmaterials couldbe preparedonly by addingmore than4parts graphene so thecost washigh and itwas harmfulto mechanical properties ofmateri als When coatingmodificationmethodwasused the antistaticmaterials couldbe preparedbyaddingon ly littlegraphene and themechanicalpropertiesof thematerials couldbe retained PVC材料具有较高的力学性能 良好的耐化学腐蚀性和阻燃性能等特 性 且价格低廉 在工业生产中得以广泛应用 但PVC材料表面电阻高 1014 1017 导电能力差 表面极易因摩擦 而积聚静电荷 当静电荷积聚到一定程度时便发生火花放电 进而导 致可燃气体的燃烧 爆炸等危险 如果通过改性使PVC材料具有抗静电性能 那么在煤矿 石油 化工 纺织 危险品仓库 电子及无线通信 半导体工业等领域就可用P VC材料来生产板材 管材 传送带 设备罩等制品 进一步拓宽PVC 材料的应用领域 为了改善PVC材料的抗静电性能 科研工作者开展了大量的研究 如通 过添加导电炭黑等填料来改进PVC材料的抗静电性能 但这会使PVC材 料的力学性能下降 随着 超级材料 石墨烯的出现 其具有的独特结构和优良的电学 光学 热学和力学性能引起了人们的关注 1 为了改进PVC材料的抗静电性能 笔者采用共混改性和涂层改性的方 法制备了石墨烯 PVC材料 对其抗静电性能进行了考察 1 共混改性1 1 试验原料PVC树脂 TY 1000 天业天伟化工有限公司 片状复合稳定剂 江苏联盟化学有限公 司 CPE 潍坊亚星化学股份有限公司 ACR 山东日科化学股份有限公 司 CaCO 3 炭黑 市售 石墨烯为自制 制备方法为 以天然石墨粉为原料 以改进的Hummers 法制备氧化石墨 并采用维生素C还原得到还原氧化石墨烯 2 21第46卷 第6期2018年6月 聚氯乙烯Polyvinyl Chloride Vol 46 No 6 Jun 2018 2018 03 13 作者简介 汪海位 1981 男 多年从事PVC生产管理工作 现任天业天伟化工有限公司聚合分 厂厂长 万方数据1 2 主要试验设备双辊炼塑机 SJK 160 武汉怡扬塑料机械有限公司 平板硫化机 XLB D450 南通新科橡塑机械有限公司 1 3 试样制备1 3 1 原料的混合 混炼按配方将PVC CPE ACR CaCO 3 复合稳定剂 炭黑混合均匀 再加入石墨烯粉体混合均匀 在双辊 炼塑机中将物料压成薄片 温度设定为160 混炼6min 将冷却好的 薄片剪碎备用 表1 试验配方Table1 Test formulation原料PVC复合稳定剂CPE CaCO3ACR炭黑石墨烯用量 份10048413变量1 3 2 压制成型将混炼好的物料放入已预热到170 的平板硫化机的模具中 于15MPa保压热压5min 再冷压3min 取出成型样品备用 1 4 性能测试将压制成型的样品制成100mm 100mm的样片 采用表面电阻 测定仪测定其表面电阻 1 5 试验结果石墨烯用量对试样表面电阻的影响见表2 为了提高试样的抗静电性能 添加了3份炭黑与石墨烯配合使用 表2 石墨烯用量对PVC材料表面电阻的影响Table2 Effect ofaddition amountof grapheneonsurface resistanceof PVCmaterial石墨烯用量 份00 41 02 03 04 0表面电阻 1016 10 16 10167 8 10138 9 1091 3 106 当石墨烯用量大于1 0份时 随着石墨烯用量的增加 PVC材料的表面 电阻明显下降 但用量达到4 0份时 仍具有较高的电阻 抗静电材料 的表面电阻 106 难以达到抗静电的效果 这可能是由于动态机械剪切会破坏石墨烯的三维导电网络结构 从而 降低其抗静电作用 3 2 涂层改性利用石墨烯将PVC糊树脂溶胶制成具备抗静电性能的材料 采用浸渍 涂刮 喷涂 搪胶等加工方法在PVC制品的表面形成涂层 就可以防止PVC材料表面因静电积聚而形成电火花 避免发生燃烧 爆炸等危险 PVC抗静电涂层的优点有 在加工温度下 能够完全与PVC基材黏合形 成整体 不会脱落 施工简单灵活 可在PVC基材加工的同时完成PVC抗 静电涂层的施工 也可在PVC基材加工完成后 二次进行涂层施工 抗 静电涂层的厚度较小 即使导电填料的用量较大 对经济成本的影响 也十分有限 PVC抗静电涂层对PVC制品的力学性能影响很小 3 2 1 试验原料PVC糊树脂 TPH 31 天业天伟化工有限公司 石墨烯 自制 液体钙锌稳定剂 炭黑 市 售 DOP 分析纯 天津科密欧化学试剂有限公司 环己烷 分析纯 天津 科密欧化学试剂有限公司 2 2 试样制备2 2 1 配制石墨烯溶液称取100份环己烷于烧杯中 将10份石墨烯粉末加入 环己烷中 超声波搅拌15min 得到的悬浊液备用 2 2 2 制备炭黑浆称取一定量的炭黑在研钵中充分研磨 与DOP按照1 1的 质量比加入烧杯中 利用高速分散机于1000r min的转速下分散30min 得到的炭黑浆备用 2 2 3 制备石墨烯 PVC溶胶在干净的500mL烧杯中依次加入60份DOP 3份液体钙锌稳定 剂和6份炭黑浆 缓慢加入100份PVC糊树脂 利用高速分散机在600r m in的转速下混合30min 再加入石墨烯悬浊液 仍以600r min的转速搅 拌30min 抽真空脱除泡沫 在25 恒温条件下储存备用 2 2 4 制备PVC基材按照表3配方制备PVC基材 方法同1 3 表3 PVC基材配方Table3 Formulation of PVC basematerial原料PVC复合稳定剂CPE CaCO3ACR用量 份10048412 3 涂布涂层将PVC基材放入180 烘箱中烘烤2min后迅速取出放置在离 型纸上 四周用相同厚度的玻璃板固定 在试样的上方倒入经过预先 搅拌的石墨烯 PVC溶胶 用0 5mm的涂刮棒在试样上均匀涂刮 取出试样在烘箱中继 续烘烤3min后取出 然后迅速放置于2张表面为镜面光的不锈钢板间 用10kg砝码于常温下压平定型30min 2 4 试验结果石墨烯用量对PVC材料表面电阻的影响见表4 下转第18页 31第6期 汪海位等 石墨烯 PVC材料抗静电性能的研究 材料与性能万方数据图3 PVC SG5型树脂冲击试样断面扫描电镜照片Fig 3 SEM imageof impactfracture surfaceof resin PVC SG5specimen图4 PVC SG5型树脂冲击试样缺口照片Fig 4 Image ofimpact notchofresinPVC SG5specimen从图1可以看出 NCR合金冲击试样出现拔丝状痕迹 且分 布很均匀 无光滑脆断痕迹 从图2可以看出 NCR合金冲击试样呈铰链式断裂 断面出现应力白化 现象 破坏特征属典型的韧性破坏形式 这说明NCR合金中各组分具有较强的结合力和相容性 NCR合金的韧性 源于NCR基体的韧性和MBS增韧的协同作用 对比图1 图4可知 PVC SG5型树脂冲击试样发生脆断 缺口平滑 属于典型的脆性破坏形式 3 结语综合考虑冲击强度和加工流动性 NCR合金的最佳配方为 50份NC R 50份P 400 8份6 MBS 3份丁基锡稳定剂 0 8份硬脂酸钙 0 8份十八醇 和0 1份颜料 采用该配方制得的NCR合金具有优异的缺口冲击韧性和加工流动性 且具有刚韧平衡的特性 中泰化学股份有限公司开发的NCR冲击性能优异 价格低廉 是合金材 料的理想选择 NCR合金作为综合性能优良的新型合金材料 集抗冲 高流动于一体 可用于生产高强树脂瓦 安全帽 高速公路护栏以及电器仪表外壳 等工程塑料制品 参考文献 1 余钢 代模栏 张开 复合高分子乳液进展 J 高分子 材料科学与工程 1989 5 1 9 2 吕坤 聚合物增韧机理研究进展 J 现代塑料加工应用 2000 1 2 4 50 53 杨彬 上接第13页 由表4可知 当石墨烯用量达到2 0份时 PVC 材料已达到了抗静电材料的要求 表面电阻1016 4 3 1062 7 1043 结语采用共混改性的方法添加石墨烯 炭黑来制备PVC抗静电材料 石墨烯的用量较大 在成本上不经济 还会导致材料的力学性能下降 而采用涂层改性的方法将石墨烯 PVC溶胶涂布在PVC材料表面 不仅大幅提高了材料的抗静电性能 而 且石墨烯的用量很少 同时保留了PVC材料原有的力学性能 石墨烯作为新材料领域的一颗新星 将越来越受到各个领域的关注 要将石墨烯 P