具有提高的机械性能的复合材料和包括该复合材料的模制品制造技术

本发明专利技术提供了一种通过加工树脂组合物获得的复合材料，所述树脂组合物包括热塑性树脂、多壁碳纳米管和增强成分。所述多壁碳纳米管的平均直径为10nm或大于10nm；组成所述多壁碳纳米管的壁的石墨烯层数为10层或大于10层；所述多壁碳纳米管的Id/Ig为1或小于1；并且留在所述复合材料中的所述碳纳米管的余量长度的比率为40％或大于40％。包括所述热塑性树脂的所述复合材料在电导率不降低的情况下具有提高的机械性能，并且因此能够制造成各种模制品。

Composite material with improved mechanical properties and molded article comprising the same

The present invention provides a composite material obtained by processing a resin composition comprising a thermoplastic resin, a multi walled carbon nanotube, and a reinforcing member. The average diameter of the multi walled carbon nanotubes is 10nm or greater than 10nm; the graphene layers composed of the multi wall carbon nanotube wall is 10 layers or more than 10 layers; the multi walled carbon nanotubes Id/Ig was 1 or less than 1; and the ratio of the length of carbon nanotubes in the composite materials in the the allowance is 40% or greater than 40%. The composite material comprising the thermoplastic resin has improved mechanical properties when the conductivity is not reduced, and therefore can be manufactured into various moldings.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请要求于2014年8月29日提交的韩国专利申请号10-2014-0113752的优先权益，该申请的全部内容通过引用的方式并入本文中。本专利技术涉及一种具有提高的机械性能复合材料和包含该复合材料的模制品。
技术介绍
热塑性树脂，特别是具有优异机械性能和好的耐热性的高性能塑料，用于多种应用。例如，聚酰胺树脂和聚酯树脂适合用于各种工业部件，包括电气/电子部件、机器部件和汽车部件的制造，由于它们的机械性能和韧性的良好平衡，所以主要是通过注塑成型。具有优异的模制性能、耐热性、机械性能和耐化学性的聚酯树脂，尤其是聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯，被广泛用作用于工业模制品例如连接头、继电器、以及汽车的开关和电气/电子器件的材料。无定形树脂例如聚碳酸酯树脂是高透明的且尺寸稳定。由于这些优势，无定形树脂用于很多领域，包括光学材料和家用电器的部件、OA装置和汽车。电气/电子器件应该防止由静电和灰尘污染引起的故障。为此，电气/电子器件需要具有抗静电性能。汽车燃料泵部件也需要具有除了现有物理性能之外的高电导率。添加剂例如表面活性剂、金属粉末和金属纤维通常用于使树脂具有导电性。然而，这些添加剂常使最终模制品的物理性能(例如电导率和机械强度)劣化。导电炭黑是使树脂具有电导率的常用材料。然而，必须添加大量炭黑来实现高电导率并且炭黑的结构在熔融混合的过程中也易分解。得到的树脂加工性能差并且热稳定性以及其他物理性能会受到巨大劣化。在这些情况下，为了实现提高电导率，同时减少加入的导电填充剂的量，研究集中于包含碳纳米管代替导电炭黑的树脂复合材料。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种具有高电导率和提高的机械性能的复合材料。本专利技术的进一步目的是提供一种具有高电导率和提高的机械性能的模制品。技术方案本专利技术的一方面提供了一种通过加工树脂组合物获得的复合材料，所述树脂组合物包括热塑性树脂、多壁碳纳米管和增强材料，其中所述多壁碳纳米管的平均直径为10nm或大于10nm，所述多壁碳纳米管的壁由10层或大于10层的石墨烯层组成，所述多壁碳纳米管的Id/Ig为1或小于1，并且所述复合材料中存在的碳纳米管的余量长度的比率为40％或大于40％，所述余量长度的比率由公式1定义：<公式1>余量长度的比率(％)＝(复合材料中长度≥500nm的碳纳米管的含量)/(复合材料中所有碳纳米管的含量)×100本专利技术的另一方面提供了一种包含所述复合材料的模制品。有益效果根据本专利技术的一方面的复合材料通过挤出包含多壁碳纳米管和增强材料的热塑性树脂组合物来获得。作为原材料的多壁碳纳米管具有预定的平均直径并且其壁由预定数量的石墨烯层组成，从而有助于提高复合材料的电导率和机械性能。此外，碳纳米管具有低的Id/Ig，表明它们在挤出期间分解更少。因此，复合材料中存在的碳纳米管的平均长度减小更少，从而导致复合材料的电导率提高，同时使热塑性树脂的物理性能的变化最小。因此，通过模制复合材料获得的模制品适用于在要求高电导率和机械性能的各种部件中使用。具体实施方式现在将详细地描述本专利技术。应该理解，本说明书和权利要求书中使用的术语和单词不应该理解为限于常规或词汇意义，而是应该基于专利技术人能适当定义术语和单词的概念以更好地描述他/她自己的专利技术的原则，理解为与本专利技术的技术观点对应的含义和概念。本专利技术的一个实施例提供一种复合材料，该复合材料通过加工包含热塑性树脂、多壁碳纳米管和增强材料的树脂组合物而获得，其中，所述多壁碳纳米管的平均直径为10nm或大于10nm，所述多壁碳纳米管的壁由10层或大于10层的石墨烯层组成，所述多壁碳纳米管的Id/Ig为1.0或小于1.0，并且复合材料中存在的碳纳米管的余量长度的比率为40％或大于40％。余量长度的比率通过公式1定义：[公式1]余量长度的比率(％)＝(复合材料中长度≥500nm的碳纳米管的含量)/(复合材料中所有碳纳米管的含量)×100包含碳纳米管和增强材料的热塑性树脂组合物可以加工成具有提高的机械性能和电导率的复合材料。此时，在加工期间应当尽可能防止热塑性树脂的固有的机械性能以及碳纳米管和增强材料的物理性能劣化。然而，当例如通过要求高温和高压条件的挤出加工原材料时，它们在此过程中会被压碎或切断，从而导致机械性能劣化。在本专利技术中，在不显著损失原材料的特性的情况下使原材料在加工过程期间的物理性能的劣化最小，从而获得复合材料的所需的电导率和机械性能。为此，作为原材料的多壁碳纳米管的平均直径和壁的数量被限定在如上所述的预定值。因此，防止复合材料中存在的碳纳米管变形，例如，切断，从而得到很高的余量长度的比率。所述Id/Ig表示在加工之前碳纳米管的拉曼光谱中D峰(D带)的强度与G峰(G带)的强度的比率。通常，碳纳米管的拉曼光谱具有与石墨sp2键相对应的两个主要的可区分峰，即，在1,100cm-1至1,400cm-1处的较高峰和在1,500cm-1至1,700cm-1处的较低峰。中心在1,300cm-1左右，例如，在约1,350cm-1处的第一峰(D带)表明存在碳颗粒并且反映不完整且无序的壁的特征。中心在1,600cm-1左右，例如，在1,580cm-1处的第二峰(G带)表明形成连续的碳-碳(C-C)键并且反映碳纳米管的结晶石墨层的特征。波长值会随着用于光谱测量的激光的波长略有变化。碳纳米管的无序或缺陷的程度可以通过D带峰与G带峰的强度比率(Id/Ig)来评价。随着比率Id/Ig增大，碳纳米管可以评价为高无序或有缺陷。随着比率Id/Ig减小，碳纳米管可以评价为具有较少缺陷并且具有高结晶度。此处使用的术语“缺陷”指当作为杂质的不必要原子构成碳纳米管的碳-碳键、必要碳原子数不足，或发生错排时形成的碳纳米管的排列中包含瑕疵，例如，晶格缺陷。当向碳纳米管施加外部刺激时，碳纳米管容易在缺陷部分断裂。每个D带峰和G带峰的强度可以为，例如，定义为在拉曼光谱中，在带的X轴中心上方的峰的高度或者在峰下方的面积。为了便于测量，可以采用在相应带的X轴中心上方的峰的高度。根据一个实施方案，作为原料的碳纳米管的Id/Ig可以限于0.01至1.0的范围，例如，0.01至0.7或0.01至0.5的范围内。在这个范围内，在作为终产品的复合材料中存在的碳纳米管的平均长度可以减小更少。碳纳米管的余量平均长度的比率可以用公式1表示。[公式1]余量长度的比率(％)＝(复合材料中长度≥500nm的碳纳米管的含量)/(复合材料中所有碳纳米管的含量)×100当余量长度的比率高的时候，可以使用少量的碳纳米管来提高热塑性树脂的电导率，这有利于维持树脂的物理性能。在本专利技术中，加工之前作为原料添加到热塑性树脂中的碳纳米管的直径、壁数和Id/Ig值限于上面规定的预定值。通过选择性使用具有较少缺陷和高结晶度的碳纳米管，在加工过程中例如挤出时碳纳米管的断裂量减少。由在加工过程中施加的外部刺激引起的碳纳米管的断裂量的降低使得在加工后碳纳米管的余量长度的比率增大。具有增大的余量长度比率的碳纳米管的结构优势在于提高热塑性树脂的电导率。所述碳纳米管在热塑性树脂的基质内具有网络结构。因此，留在终产品中的较长的碳纳米管更有利于网络的形成，并且因此，网络之间的接触频率降低。这引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过加工树脂组合物获得的复合材料，所述树脂组合物包括热塑性树脂、多壁碳纳米管和增强材料，其中所述多壁碳纳米管的平均直径为10nm或大于10nm，所述多壁碳纳米管的壁由10层或大于10层的石墨烯组成，所述多壁碳纳米管的Id/Ig为1或小于1，并且所述复合材料中存在的所述碳纳米管的余量长度的比率为40％或大于40％，所述余量长度的比率由公式1定义：<公式1>余量长度的比率(％)＝(复合材料中长度≥500nm的碳纳米管的含量)/(复合材料中所有碳纳米管的含量)×100。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.29 KR 10-2014-0113752;2015.08.31 KR 10-2011.一种通过加工树脂组合物获得的复合材料，所述树脂组合物包括热塑性树脂、多壁碳纳米管和增强材料，其中所述多壁碳纳米管的平均直径为10nm或大于10nm，所述多壁碳纳米管的壁由10层或大于10层的石墨烯组成，所述多壁碳纳米管的Id/Ig为1或小于1，并且所述复合材料中存在的所述碳纳米管的余量长度的比率为40％或大于40％，所述余量长度的比率由公式1定义：<公式1>余量长度的比率(％)＝(复合材料中长度≥500nm的碳纳米管的含量)/(复合材料中所有碳纳米管的含量)×100。2.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述Id/Ig为从0.01至0.7。3.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述余量长度的比率为从40％至99％。4.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述多壁碳纳米管具有10nm至30nm的平均直径。5.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述多壁碳纳米管的壁由10至50层石墨烯层组成。6.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述复合材料具有83MPa或大于83MPa的拉伸强度。7.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述复合材料具有3.3GPa或大于3.3GPa的拉伸模量。8.根据权利要求1所述的复合材料，其中，所述复合材料具有1.0×109Ω/sq或小于...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔然植，李秀敏，尹敞勋，崔琦大，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR