CN105001529B - 一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料及其制备方法，本发明选用热塑性动态硫化橡胶、相容剂、纳米石墨烯、发泡母粒、抗氧剂、分散剂、润滑剂进行组合，原料之间相互配合，使得本发明比重轻，表面光滑，环保，易于二次加工，永久导电，表面电阻和体积电阻为103‑9，而且本发明的制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低，适于工业化生产。

Description

一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料及其制备方法。
背景技术
发泡高分子聚合物材料在人们的生活中应用广泛，调查表明聚合物发泡材料的产量约占塑料产品的10%，聚合物发泡具有质量轻、节省原材料、隔热、吸声、吸能及曲挠性能好等优点, 广泛应用于包装、医疗、建筑、汽车及家具等领域。
热塑性动态硫化橡胶(TPV)是近20多来年发展起来的一类新型热塑性弹性体材料, 它具备优良的弹性体性能。目前, 市场化的热塑性弹性体发泡材料中的大多是聚氨酯以及TPR发泡材料, TPV发泡材料较少, 主要原因有以下几个方面:首先, TPV是一种发展相对较晚的新材料, 在商业上成功应用的历史较短;其次, TPV自身具有特殊的微观相态结构, 含有交联橡胶分散相和热塑性树脂连续相, 两相的相对含量、橡胶相的粒径大小、树脂相的熔体强度等因素都对TPV的发泡性能有重要的影响。因此, 与普通热塑性树脂的发泡研究相比, TPV 发泡工艺的影响因素更为复杂。目前市面上主要的发泡TPV材料基本被国外公司垄断。
目前传统的发泡TPV材料用于挤出及注塑是不导电的，且发泡比率不均匀，虽然可以通过加抗静电剂来提升其导电性能，但是其产品会有表面和体积电阻大，导电不稳定等严重问题，因此开发一种具有均匀发泡效率，可重复加工，表面和体积电阻小且稳定的发泡导电TPV材料就十分必要。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种发泡稳定，导电效率高的可发性，导电热塑性动态硫化橡胶复合材料。
本发明的另一目的是提供一种工艺简单，生产条件容易控制，成本低且性能优异的可发性，导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
热塑性动态硫化橡胶 60～85%
相容剂 1～5%
纳米石墨烯 5～15%
发泡母粒 2～17%
抗氧剂 0.1～0.5%
分散剂 0.05～1.5%
润滑剂 0.05%～1.5%。
优选的，所述热塑性动态硫化橡胶为EPDM/PP交联的TPV，可以选用邵氏硬度60A的TPV。当然依据应用领域的不同，可以选用其它型号的TPV，在具体实施例中可以选用Santoprene 8211-60, Dawnprene21-64，TPV 6355，Hrseprene E1160中的一种或几种进行复合。
优选的，所述相容剂为氢化热塑性丁苯橡胶-马来酸酐接枝物、氢化热塑性丁苯橡胶-聚氨酯接枝物、热塑性丁苯橡胶-马来酸酐接接枝物、氢化热塑性丁苯橡胶-热塑性聚氨酯共聚物、热塑性丁苯橡胶-甲基丙烯酸甲酯接枝物中的至少一种。当然，相容剂还可以采用本领域其他相容剂。上述相容剂能在熔融挤出过程中，能有效的借助于分子间的键合力，使得配方中的TPV、纳米石墨烯，发泡母粒等组分分子之间更好的发生作用，赋予该发泡，导电热塑性动态硫化橡胶复合材料优异的稳定性能。当然，相容剂还可以采用本领域其他相容剂。
优选的，所述纳米石墨烯的粒径小于300纳米。上述纳米石墨烯优选单层石墨烯，也可以选用层数少的纳米石墨烯。纳米石墨烯具有超强的导电性能，能够赋予复合材料优异的且稳定的导电抗静电效果。石墨烯具有非同寻常的导电性能，添加纳米石墨烯，可以大幅降低导电填料的添加量，提升导电性能。
优选的，所述发泡母粒由以下重量百分比的原料组成：
SEBS粒子 50-60%
发泡剂 15-25%
PE蜡 1-5%
硬脂酸 5-10%
无机填料 5-10%
在90℃下，采用双棍开炼机上混炼制得发泡母粒。
上述发泡母粒为自制，其中SEBS粒子可选用YH506，当然也可以选用其它型号的SEBS或SEPS致密粒子，发泡剂为弹性体专用发泡剂，可以选用AC（偶氮二甲酰胺）类或其它微孔发泡剂，PE蜡为普通市售，也可选用E蜡，无机填料一般选用碳酸钙，也可以选用其它。
优选的，所述润滑剂为氧化聚乙烯，所述分散剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺。润滑剂能熔融挤出过程中黏附在其他组分表面，使得各组分充分分散，提高上述本发明色彩的稳定性和均匀性，同时便于各组分熔融挤出过程中的输送，当然，润滑剂还可以选用其他润滑剂，如硬脂酸类等。
优选的，所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯即抗氧剂1010和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。抗氧剂能有效提高本发明的抗氧化性能，延长其使用寿命。
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01. 称取配方组分：分别称取配方量的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、纳米石墨烯、发泡母粒、抗氧剂、分散剂、润滑剂；
S02. 制备混合物料：将步骤S01中称取的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、抗氧剂、分散剂和润滑剂混合后进行混料处理；
S03. 双螺杆熔融挤出：将步骤S02中的混合物料从主料口喂入双螺杆挤出机，将步骤S01中称取的纳米石墨烯从侧料口喂入双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，将得到的粒子干燥，备用；
S04.单螺杆熔融挤出：将步骤S03中干燥的粒子与发泡母粒按比例混合经单螺杆挤出造粒，得到一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料。
所述双螺杆熔融挤出温度为170-210℃，模头温度180-195℃；所述单螺杆熔融挤出温度为175-195℃，模头温度165-175℃。上述发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法只需按配方将各组分混合并采用侧喂料的方式将各组分熔融挤出造粒即可，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于工业化生产。
本发明的有益效果为：本发明选用热塑性动态硫化橡胶、相容剂、纳米石墨烯、发泡母粒、抗氧剂、分散剂、润滑剂进行组合，原料之间相互配合，使得本发明比重轻，表面光滑，环保，易于二次加工，永久导电，表面电阻和体积电阻为103-9，而且本发明的制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低，适于工业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作进一步说明，但本发明的实施范围并不限于此。
实施例1
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
热塑性动态硫化橡胶 84%
相容剂 5%
纳米石墨烯 5%
发泡母粒 4%
抗氧剂 0.5%
分散剂 0. 5%
润滑剂 1%。
所述热塑性动态硫化橡胶为EPDM/PP交联的TPV。
所述相容剂为热塑性丁苯橡胶-马来酸酐接接枝物。
所述纳米石墨烯的粒径小于300纳米。
所述发泡母粒由以下重量百分比的原料组成：
SEBS粒子 60%
发泡剂 15%
PE蜡 5%
硬脂酸 10%
无机填料 10%
在90℃下，采用双棍开炼机上混炼制得发泡母粒。
所述发泡剂为AC发泡剂，所述无机填料为碳酸钙。
所述润滑剂为氧化聚乙烯，所述分散剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺，所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯。
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01. 称取配方组分：分别称取配方量的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、纳米石墨烯、发泡母粒、抗氧剂、分散剂、润滑剂；
S02. 制备混合物料：将步骤S01中称取的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、抗氧剂、分散剂和润滑剂混合后进行混料处理；
S03. 双螺杆熔融挤出：将步骤S02中的混合物料从主料口喂入双螺杆挤出机，将步骤S01中称取的纳米石墨烯从侧料口喂入双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，将得到的粒子干燥，备用；
S04.单螺杆熔融挤出：将步骤S03中干燥的粒子与发泡母粒按比例混合经单螺杆挤出造粒，得到一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料。
所述双螺杆熔融挤出温度为170℃，模头温度180℃；所述单螺杆熔融挤出温度为175℃，模头温度165℃。
实施例2
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
热塑性动态硫化橡胶 75%
相容剂 5%
纳米石墨烯 10%
发泡母粒 8%
抗氧剂 0.5%
分散剂 0.5%
润滑剂 1%。
所述热塑性动态硫化橡胶为EPDM/PP交联的TPV。
所述相容剂为氢化热塑性丁苯橡胶-马来酸酐接枝物。
所述纳米石墨烯的粒径小于300纳米。
所述发泡母粒由以下重量百分比的原料组成：
SEBS粒子 55%
发泡剂 20%
PE蜡 5%
硬脂酸 10%
无机填料 10%
在90℃下，采用双棍开炼机上混炼制得发泡母粒。
所述发泡剂为AC发泡剂，所述无机填料为碳酸钙。
所述润滑剂为氧化聚乙烯，所述分散剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺，所述抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01. 称取配方组分：分别称取配方量的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、纳米石墨烯、发泡母粒、抗氧剂、分散剂、润滑剂；
S02. 制备混合物料：将步骤S01中称取的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、抗氧剂、分散剂和润滑剂混合后进行混料处理；
S03. 双螺杆熔融挤出：将步骤S02中的混合物料从主料口喂入双螺杆挤出机，将步骤S01中称取的纳米石墨烯从侧料口喂入双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，将得到的粒子干燥，备用；
S04.单螺杆熔融挤出：将步骤S03中干燥的粒子与发泡母粒按比例混合经单螺杆挤出造粒，得到一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料。
所述双螺杆熔融挤出温度为190℃，模头温度185℃；所述单螺杆熔融挤出温度为180℃，模头温度170℃。
实施例3
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
热塑性动态硫化橡胶 70%
相容剂 5%
纳米石墨烯 15%
发泡母粒 8%
抗氧剂 0.5%
分散剂 0.5%
润滑剂 1%。
所述热塑性动态硫化橡胶为EPDM/PP交联的TPV。
所述相容剂为氢化热塑性丁苯橡胶-马来酸酐接枝物、氢化热塑性丁苯橡胶-聚氨酯接枝物和氢化热塑性丁苯橡胶-热塑性聚氨酯共聚物以1：1：1比例混合的混合物。
所述纳米石墨烯的粒径小于300纳米。
所述发泡母粒由以下重量百分比的原料组成：
SEBS粒子 55%
发泡剂 25%
PE蜡 5%
硬脂酸 5%
无机填料 10%
在90℃下，采用双棍开炼机上混炼制得发泡母粒。
所述发泡剂为AC发泡剂，所述无机填料为碳酸钙。
所述润滑剂为氧化聚乙烯，所述分散剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺，所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯和四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯1:1比例的混合物。
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01. 称取配方组分：分别称取配方量的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、纳米石墨烯、发泡母粒、抗氧剂、分散剂、润滑剂；
S02. 制备混合物料：将步骤S01中称取的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、抗氧剂、分散剂和润滑剂混合后进行混料处理；
S03. 双螺杆熔融挤出：将步骤S02中的混合物料从主料口喂入双螺杆挤出机，将步骤S01中称取的纳米石墨烯从侧料口喂入双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，将得到的粒子干燥，备用；
S04.单螺杆熔融挤出：将步骤S03中干燥的粒子与发泡母粒按比例混合经单螺杆挤出造粒，得到一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料。
所述双螺杆熔融挤出温度为210℃，模头温度195℃；所述单螺杆熔融挤出温度为195℃，模头温度175℃。
实施例4
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，由以下重量百分比的原料组成：
热塑性动态硫化橡胶 61%
相容剂 5%
纳米石墨烯 15%
发泡母粒 17%
抗氧剂 0.5%
分散剂 0.5%
润滑剂 1%。
所述热塑性动态硫化橡胶为EPDM/PP交联的TPV。
所述相容剂为热塑性丁苯橡胶-甲基丙烯酸甲酯接枝物。
所述纳米石墨烯的粒径小于300纳米。
所述发泡母粒由以下重量百分比的原料组成：
SEBS粒子 60%
发泡剂 15%
PE蜡 5%
硬脂酸 10%
无机填料 10%
在90℃下，采用双棍开炼机上混炼制得发泡母粒。
所述发泡剂为AC发泡剂，所述无机填料为碳酸钙。
所述润滑剂为氧化聚乙烯，所述分散剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺，所述抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。
一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S01. 称取配方组分：分别称取配方量的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、纳米石墨烯、发泡母粒、抗氧剂、分散剂、润滑剂；
S02. 制备混合物料：将步骤S01中称取的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、抗氧剂、分散剂和润滑剂混合后进行混料处理；
S03. 双螺杆熔融挤出：将步骤S02中的混合物料从主料口喂入双螺杆挤出机，将步骤S01中称取的纳米石墨烯从侧料口喂入双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，将得到的粒子干燥，备用；
S04.单螺杆熔融挤出：将步骤S03中干燥的粒子与发泡母粒按比例混合经单螺杆挤出造粒，得到一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料。
所述双螺杆熔融挤出温度为200℃，模头温度185℃；所述单螺杆熔融挤出温度为180℃，模头温度170℃。
对比例5
本对比例所用原料和用量详见表1，其它地方同实施例1。
对比例6
本对比例所用成分和用量详见表1，其它地方同实施例2。
表1为实施例及对比例所用成分和用量汇总表。
表2为实施例及对比例的实验数据表。
。
。
通过表2可以看出，本发明实施例1-4的力学性能优良，表面电阻小。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，其特征在于：由以下重量百分比的原料组成：
热塑性动态硫化橡胶 60～85%
相容剂 1～5%
纳米石墨烯 5～15%
发泡母粒 2～17%
抗氧剂 0.1～0.5%
分散剂 0.05～1.5%
润滑剂 0.05%～1.5%，
所述发泡母粒由以下重量百分比的原料组成：
SEBS粒子 50-60%
发泡剂 15-25%
PE蜡 1-5%
硬脂酸 5-10%
无机填料 5-10%
在90℃下，采用双辊开炼机上混炼制得发泡母粒，
所述热塑性动态硫化橡胶为EPDM/PP交联的TPV；
所述纳米石墨烯的粒径小于300纳米；
所述发泡剂为AC发泡剂，所述无机填料为碳酸钙。
2.根据权利要求1所述的发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，其特征在于：所述相容剂为氢化热塑性丁苯橡胶-马来酸酐接枝物、氢化热塑性丁苯橡胶-聚氨酯接枝物、热塑性丁苯橡胶-马来酸酐接枝物、热塑性丁苯橡胶-甲基丙烯酸甲酯接枝物中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，其特征在于：所述润滑剂为氧化聚乙烯，所述分散剂为N,N’-乙撑双硬脂酰胺。
4.根据权利要求1所述的发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸十八烷基醇酯、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01. 称取配方组分：分别称取配方量的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、纳米石墨烯、发泡母粒、抗氧剂、分散剂、润滑剂；
S02. 制备混合物料：将步骤S01中称取的热塑性动态硫化橡胶、相容剂、抗氧剂、分散剂和润滑剂混合后进行混料处理；
S03. 双螺杆熔融挤出：将步骤S02中的混合物料从主料口喂入双螺杆挤出机，将步骤S01中称取的纳米石墨烯从侧料口喂入双螺杆挤出机，经熔融挤出造粒，将得到的粒子干燥，备用；
S04.单螺杆熔融挤出：将步骤S03中干燥的粒子与发泡母粒按比例混合经单螺杆挤出造粒，得到一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料。
6.根据权利要求5所述的一种发泡导电热塑性动态硫化橡胶复合材料的制备方法：所述双螺杆熔融挤出温度为170-210℃，模头温度180-195℃；所述单螺杆熔融挤出温度为175-195℃，模头温度165-175℃。
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