CN102485786A - 一种高强度抗静电聚丙烯结构板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，包括以下重量份数的组分：聚丙烯抗静电母粒5-15、聚丙烯基体树脂30-45、增容剂1-5、抗氧剂0.1-1.0及玻璃纤维45-55。首先制备聚丙烯抗静电母粒，然后将聚丙烯基体树脂、聚丙烯抗静电母粒、增容剂和抗氧剂熔融挤出后与连续玻璃纤维均匀复合成预浸带，最后将预浸带热压成型得到结构板材。该聚丙烯结构板材不仅具有良好的抗静电性能，还具有较好的力学性能，能够满足在高强度环境下使用。该结构板材可以作为装饰板材，尤其适用于对机械强度要求较高的场合，拓宽了聚丙烯的应用范围。

Description

一种高强度抗静电聚丙烯结构板材及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料，尤其涉及一种高强度抗静电聚丙烯结构板材及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（PP）具有密度低、性能好、价格低廉等优点，被广泛应用于化工、建筑、轻工、家用电器、包装和汽车等工业领域。但同时由于聚丙烯是高绝缘性材料，表面电阻率达到1010Ω，其制品在使用过程中容易产生静电积累而造成各种不良和损失，因此限制了聚丙烯在相应领域的应用。
通过提高高分子材料表面电导率或体积电导率使高分子材料迅速放电可防止静电的积聚；添加抗静电剂是提高高分子材料表面电导率的有效方法，而添加导电填料或与其他导电材料共混则能有效提高高分子材料的体积电导率。
根据添加方式的不同，抗静电剂的使用可分为外涂型和内加型，内加型抗静电剂是在配料时加入到树脂中，使其均匀的分散于整个聚合物内，它可从高分子材料内部向表面迁移，在表面形成均匀的抗静电层。所添加的抗静电剂主要包括表面活性剂型（阳离子型、阴离子型、两性离子型、非离子型）、高分子型及导电型等。授权公告号为CN1058275C的中国发明专利公布了向聚氯乙烯中添加金属或金属氧化物粉末、导电炭黑来降低材料表面电阻的方法；公开号为CN1188777A的中国发明专利公布了在聚氯乙烯中加入导电炭黑降低表面电阻的方法，但是目前缺乏适用于高强度环境的抗静电聚丙烯结构板材。
发明内容
本发明就是为了解决上述现有技术的不足而提供一种既具有良好的抗静电性能，又具有较好的力学性能，适用于对机械强度要求较高的场合的高强度抗静电聚丙烯结构板材及其制备方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，包括以下重量份数的组分：
聚丙烯抗静电母粒       5-15，
聚丙烯基体树脂         30-45，
增容剂                 1-5，
抗氧剂                 0.1-1.0，
玻璃纤维               45-55。
所述聚丙烯抗静电母粒包括以下重量份数的组分：
聚丙烯树脂             60-80，
抗静电剂               20-40。
所述聚丙烯树脂的熔融指数为10-95g/10min，选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或其混合物，混合重量比为共聚聚丙烯︰均聚聚丙烯为6-9︰1-4。
所述抗静电剂为复合型抗静电剂，选自甘油乙撑双硬酯酰胺、阴离子型脂肪酸盐、棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯（Atmos 150）、聚醚受阻胺类抗静电剂、多磺酸酯抗静电剂中的两种或两种以上。
所述复合型抗静电剂的重量配比为，甘油乙撑双硬酯酰胺：多磺酸酯抗静电剂为1-3：1，聚醚受阻胺类抗静电剂：多磺酸酯抗静电剂为2：1，甘油乙撑双硬酯酰胺：棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯为5-6：1，阴离子型脂肪酸盐：棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯为2：1，甘油乙撑双硬酯酰胺：聚醚受阻胺类抗静电剂：多磺酸酯抗静电剂为2：2：1，聚醚受阻胺类抗静电剂：多磺酸酯抗静电剂：棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯为4：2：0.5-1。
所述聚丙烯基体树脂为共聚聚丙烯，熔融指数为50-80g/10min。
所述玻璃纤维为连续玻璃纤维。
所述增容剂为聚丙烯接枝马来酸酐PP-g-MAH，熔融指数为10-30g/10min。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或其混合物，混合重量比为，受阻酚类抗氧剂：亚磷酸酯类抗氧剂为1：2。
所述受阻酚类抗氧剂优选抗氧剂1010，所述亚磷酸酯类抗氧剂优选抗氧剂168。
一种高强度抗静电聚丙烯结构板材的制备方法，包括以下几个步骤：
(a) 将聚丙烯树脂和抗静电剂按比例称量后熔融共混，制备聚丙烯抗静电母粒；
(b) 将聚丙烯基体树脂、聚丙烯抗静电母粒、增容剂和抗氧剂按照比例称量，加入挤出机通过螺杆挤出与连续玻璃纤维均匀复合成预浸带；
(c) 采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材。
所述步骤（c）中将预浸带压制成结构板材时，根据实际使用的需求设计预浸带的铺设方式和铺设层数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，首先制备聚丙烯抗静电母粒，然后将聚丙烯抗静电母粒、增容剂和抗氧剂加入聚丙烯基体树脂中熔融共混，并与连续玻璃纤维复合成预浸带，最后将预浸带热压成型，使该聚丙烯结构板材不仅具有良好的抗静电性能，还具有较好的力学性能，能够满足在高强度环境下使用。该结构板材可以作为装饰板材，尤其适用于对机械强度要求较高的场合，拓宽了聚丙烯的应用范围。
具体实施方式
下面结合各实施例详细描述本发明。
本发明中涉及到的原料为：共聚聚丙烯，R7021-50RNA，美国陶氏化学；均聚聚丙烯，C758-80NA，美国陶氏化学；增容剂PP-g-MAH，沈阳四维高聚物塑胶有限公司，熔融指数为10-30g/10min；甘油乙撑双硬酯酰胺，吉化集团公司研究试验厂；阴离子型脂肪酸盐，市售；棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯，Atmos 150，浙江振兴助剂厂；聚醚受阻胺类抗静电剂，E-1016，东莞市菲亚特静电科技有限公司；多磺酸酯抗静电剂，市售；受阻酚类抗氧剂，1010，青岛赛诺化工有限公司；亚磷酸酯类抗氧剂，168，青岛赛诺化工有限公司；连续玻璃纤维，泰山玻璃纤维有限公司。
实施例1
表1.1 聚丙烯抗静电母粒配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
甘油乙撑双硬酯酰胺 18phr
多磺酸酯抗静电剂 9phr
聚醚受阻胺类抗静电剂 18phr
聚丙烯抗静电母粒的制备方法：
将聚丙烯树脂、复合抗静电剂按照比例称量，在高速混合机中低速混合3-5min，得到抗静电预混料；
抗静电预混料在双螺杆挤出机内，在170-210℃温度范围内熔融、挤出、造粒、干燥，待用。
表1.2 预浸带配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
PP-g-MAH 7phr
聚丙烯抗静电母粒 16phr
抗氧剂1010 0.3phr
抗氧剂168 0.6phr
玻璃纤维 140phr
结构板材的制备方法：
将聚丙烯基体树脂、聚丙烯抗静电母粒、增容剂、抗氧剂，按照配比称量，在高速混合机中混合10-15min，得到预混基料；
预混基料加入单螺杆挤出机内，在170-230℃温度范围内熔融、挤出与连续玻璃纤维均匀复合成预浸带；
将预浸带在185℃的硫化机中热压成抗静电的聚丙烯结构板材。
表1.3 性能测试结果
性能指标 测试标准 结果
拉伸强度/ MPa ASTM D638 218
弯曲模量/ MPa ASTM D790 11600
弯曲强度/ MPa ASTM D790 271
悬臂梁缺口冲击强度/ kJ/m2 ASTM D256 77.1
表面电阻率/Ω GB/1410-2006 3.2×108
实施例2
表2.1 聚丙烯抗静电母粒配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
甘油乙撑双硬酯酰胺 28phr
多磺酸酯抗静电剂 14phr
聚丙烯抗静电母粒的制备方法：
将聚丙烯树脂、复合抗静电剂按照比例称量，在高速混合机中低速混合3-5min，得到抗静电预混料；
抗静电预混料在双螺杆挤出机内，在170-210℃温度范围内熔融、挤出、造粒、干燥，待用。
表2.2 预浸带配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
PP-g-MAH 7phr
聚丙烯抗静电母粒 17phr
抗氧剂1010 0.3phr
抗氧剂168 0.6phr
玻璃纤维 140phr
结构板材的制备方法：
将聚丙烯基体树脂、聚丙烯抗静电母粒、增容剂、抗氧剂，按照配比称量，在高速混合机中混合10-15min，得到预混基料；
预混基料加入单螺杆挤出机内，在170-230℃温度范围内熔融、挤出与连续玻璃纤维均匀复合成预浸带；
将预浸带在185℃的硫化机中热压成抗静电的聚丙烯结构板材。
表2.3 性能测试结果
性能指标 测试标准 结果
拉伸强度/ MPa ASTM D638 230.1
弯曲模量/ MPa ASTM D790 11600
弯曲强度/ MPa ASTM D790 291
悬臂梁缺口冲击强度/ kJ/m2 ASTM D256 99
表面电阻率/Ω GB/1410-2006 7.8×108
实施例3
表3.1 聚丙烯抗静电母粒配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
聚醚受阻胺类抗静电剂 28phr
多磺酸酯抗静电剂 14phr
Atmos 150 5phr
聚丙烯抗静电母粒的制备方法：
将聚丙烯树脂、复合抗静电剂按照比例称量，在高速混合机中低速混合3-5min，得到抗静电预混料；
抗静电预混料在双螺杆挤出机内，在170-210℃温度范围内熔融、挤出、造粒、干燥，待用。
表3.2 预浸带配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
PP-g-MAH 7phr
聚丙烯抗静电母粒 16phr
抗氧剂1010 0.3phr
抗氧剂168 0.6phr
玻璃纤维 140phr
结构板材制备方法：
将聚丙烯基体树脂、聚丙烯抗静电母粒、增容剂、抗氧剂，按照配比称量，在高速混合机中混合10-15min，得到预混基料；
预混基料加入单螺杆挤出机内，在170-230℃温度范围内熔融、挤出与玻璃纤维均匀复合成预浸带；
将预浸带在185℃的硫化机中热压成抗静电的聚丙烯结构板材。
表3.3 性能测试结果
性能指标 测试标准 结果
拉伸强度/ MPa ASTM D638 234.5
弯曲模量/ MPa ASTM D790 11200
弯曲强度/ MPa ASTM D790 269
悬臂梁缺口冲击强度/ kJ/m2 ASTM D256 100.3
表面电阻率/Ω GB/1410-2006 9.5×107
实施例4
表4.1 聚丙烯抗静电母粒配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
甘油乙撑双硬酯酰胺 36phr
Atmos 150 6phr
聚丙烯抗静电母粒的制备方法：
将聚丙烯树脂、复合抗静电剂按照比例称量，在高速混合机中低速混合3-5min，得到抗静电预混料；
抗静电预混料在双螺杆挤出机内，在170-210℃温度范围内熔融、挤出、造粒、干燥，待用。
表4.2 预浸带配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
PP-g-MAH 7phr
聚丙烯抗静电母粒 16phr
抗氧剂1010 0.3phr
抗氧剂168 0.6phr
玻璃纤维 140phr
结构板材的制备方法：
将聚丙烯基体树脂、聚丙烯抗静电母粒、增容剂、抗氧剂，按照配比称量，在高速混合机中混合10-15min，得到预混基料；
预混基料加入单螺杆挤出机内，在170-230℃温度范围内熔融、挤出与玻璃纤维均匀复合成预浸带；
将预浸带在185℃的硫化机中热压成抗静电的聚丙烯结构板材。
表4.3 性能测试结果
性能指标 测试标准 结果
拉伸强度/ MPa ASTM D638 238.5
弯曲模量/ MPa ASTM D790 11800
弯曲强度/ MPa ASTM D790 274
悬臂梁缺口冲击强度/ kJ/m2 ASTM D256 103.8
表面电阻率/Ω GB/1410-2006 5.7×109
实施例5
表5.1 聚丙烯抗静电母粒配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 70phr
均聚聚丙烯 30phr
甘油乙撑双硬酯酰胺 25phr
Atmos 150 5phr
阴离子型脂肪酸盐 10phr
聚丙烯抗静电母粒的制备方法：
将聚丙烯树脂、复合抗静电剂按照比例称量，在高速混合机中低速混合3-5min，得到抗静电预混料；
抗静电预混料加入双螺杆挤出机内，在170-210℃温度范围内熔融、挤出、造粒、干燥，待用。
表5.2 预浸带配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
PP-g-MAH 7phr
聚丙烯抗静电母粒 16phr
抗氧剂1010 0.3phr
抗氧剂168 0.6phr
玻璃纤维 140phr
结构板材的制备方法：
将聚丙烯基体树脂、聚丙烯抗静电母粒、增容剂、抗氧剂，按照配比称量，在高速混合机中混合10-15min，得到预混基料；
预混基料加入单螺杆挤出机内，在170-230℃温度范围内熔融、挤出与玻璃纤维均匀复合成预浸带；
将预浸带在185℃的硫化机中热压成抗静电的聚丙烯结构板材。
表5.3 性能测试结果
性能指标 测试标准 结果
拉伸强度/ MPa ASTM D638 227.5
弯曲模量/ MPa ASTM D790 10800
弯曲强度/ MPa ASTM D790 282
悬臂梁缺口冲击强度/ kJ/m2 ASTM D256 97.5
表面电阻率/Ω GB/1410-2006 1.5×108
对比例
表6.1 预浸带配比
物料名称 用量（重量）
共聚聚丙烯 100phr
PP-g-MAH 7 phr
抗氧剂1010 0.3 phr
抗氧剂168 0.6 phr
玻璃纤维 120 phr
结构板材的制备方法：
将聚丙烯树脂、增容剂、抗氧剂，按照配比称量，在高速混合机中混合10-15min，得到预混基料；
预混基料加入单螺杆挤出机内，在170-230℃温度范围内熔融、挤出与玻璃纤维均匀复合成预浸带；
将预浸带在185℃的硫化机中热压成聚丙烯结构板材。
表6.2 性能测试结果
性能指标 测试标准 结果
拉伸强度/ MPa ASTM D638 239.7
弯曲模量/ MPa ASTM D790 11900
弯曲强度/ MPa ASTM D790 291
悬臂梁缺口冲击强度/ kJ/m2 ASTM D256 108.3
表面电阻率/Ω GB/1410-2006 8.9×1010
实施例6
一种高强度抗静电聚丙烯结构板材的制备方法：
(a) 将64重量份的熔融指数为95g/10min的均聚聚丙烯和27重量份的甘油乙撑双硬酯酰胺、9重量份的多磺酸酯抗静电剂按比例称量后熔融共混，制备聚丙烯抗静电母粒；
(b) 将30重量份的熔融指数为80g/10min的共聚聚丙烯、15重量份的聚丙烯抗静电母粒、1重量份的增容剂即熔融指数为10g/10min的PP-g-MAH和0.1重量份的抗氧剂1010按照比例称量，加入挤出机通过螺杆挤出与55重量份的连续玻璃纤维均匀复合成预浸带；
(c) 采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材。
实施例7
一种高强度抗静电聚丙烯结构板材的制备方法：
(a) 将36重量份的熔融指数为10g/10min的共聚聚丙烯、24重量份的熔融指数为50g/10min的均聚聚丙烯和24重量份的聚醚受阻胺类抗静电剂、12重量份的多磺酸酯抗静电剂、4重量份的Atmos 150按比例称量后熔融共混，制备聚丙烯抗静电母粒；
(b) 将45重量份的熔融指数为50g/10min的共聚聚丙烯、 5重量份的聚丙烯抗静电母粒、5重量份的增容剂即熔融指数为30g/10min的PP-g-MAH和1.0重量份的抗氧剂168按照比例称量，加入挤出机通过螺杆挤出与45重量份的连续玻璃纤维均匀复合成预浸带；
(c) 采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材。
实施例8
一种高强度抗静电聚丙烯结构板材的制备方法：
(a) 将72重量份的熔融指数为40g/10min的共聚聚丙烯、8重量份的熔融指数为65g/10min的均聚聚丙烯和13.33重量份的聚醚受阻胺类抗静电剂、6.67重量份的多磺酸酯抗静电剂按比例称量后熔融共混，制备聚丙烯抗静电母粒；
(b) 将35重量份的熔融指数为67g/10min的共聚聚丙烯、 10重量份的聚丙烯抗静电母粒、4重量份的增容剂即熔融指数为20g/10min的PP-g-MAH和0.5重量份的抗氧剂1010按照比例称量，加入挤出机通过螺杆挤出与51重量份的连续玻璃纤维均匀复合成预浸带；
(c) 采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (10)

1. 一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，包括以下重量份数的组分：
聚丙烯抗静电母粒       5-15，
聚丙烯基体树脂         30-45，
增容剂                 1-5，
抗氧剂                 0.1-1.0，
玻璃纤维               45-55。
2.如权利要求1所述的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，所述聚丙烯抗静电母粒包括以下重量份数的组分：
聚丙烯树脂             60-80，
抗静电剂               20-40。
3.如权利要求2所述的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，所述聚丙烯树脂的熔融指数为10-95g/10min，选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯或其混合物，混合重量比为共聚聚丙烯︰均聚聚丙烯为6-9︰1-4。
4.如权利要求2所述的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，所述抗静电剂为复合型抗静电剂，选自甘油乙撑双硬酯酰胺、阴离子型脂肪酸盐、棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯、聚醚受阻胺类抗静电剂、多磺酸酯抗静电剂中的两种或两种以上。
5.如权利要求4所述的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，所述复合型抗静电剂的重量配比为，甘油乙撑双硬酯酰胺：多磺酸酯抗静电剂为1-3：1，聚醚受阻胺类抗静电剂：多磺酸酯抗静电剂为2：1，甘油乙撑双硬酯酰胺：棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯为5-6：1，阴离子型脂肪酸盐：棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯为2：1，甘油乙撑双硬酯酰胺：聚醚受阻胺类抗静电剂：多磺酸酯抗静电剂为2：2：1，聚醚受阻胺类抗静电剂：多磺酸酯抗静电剂：棕榈酸和硬脂酸的单双甘油酯为4：2：0.5-1。
6.如权利要求1所述的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，所述聚丙烯基体树脂为共聚聚丙烯，熔融指数为50-80g/10min。
7.如权利要求1所述的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，所述玻璃纤维为连续玻璃纤维。
8.如权利要求1所述的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，所述增容剂为聚丙烯接枝马来酸酐PP-g-MAH，熔融指数为10-30g/10min。
9.如权利要求1所述的一种高强度抗静电聚丙烯结构板材，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂或其混合物，混合重量比为，受阻酚类抗氧剂：亚磷酸酯类抗氧剂为1：2。
10.一种如权利要求1所述的高强度抗静电聚丙烯结构板材的制备方法，其特征在于，包括以下几个步骤：
(a) 将聚丙烯树脂和抗静电剂按比例称量后熔融共混，制备聚丙烯抗静电母粒；
(b) 将聚丙烯基体树脂、聚丙烯抗静电母粒、增容剂和抗氧剂按照比例称量，加入挤出机通过螺杆挤出与连续玻璃纤维均匀复合成预浸带；
(c) 采用热压成型的方法，将预浸带压制成结构板材。
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