CN110804251B - 一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料及制备方法 - Google Patents

一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料及制备方法。主要解决了目前薄壁轻量化防静电周转箱、可折叠防静电周转箱和载重量大的防静电周转车底盘的材料成本较高，材料性能不佳的问题。本发明提供一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，成本低廉，易于工业化生产和应用，是制备薄壁轻量化防静电周转箱、可折叠防静电周转箱和载重量大的防静电周转车底盘的理想材料。

Description

一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料及制备方法
技术领域
本发明为涉及注塑轻质防静电周转箱、可折叠防静电周转箱、高载重防静电周转车等用的复合材料，属于电子、军工领域所用的材料。
背景技术
聚丙烯是目前性价比最高的一种热塑性树脂，其比重轻，分子链柔顺，热分解温度高，加工温度窗口宽，化学惰性强等优点，是做成复合材料的理想树脂。目前国内防静电周转箱均为一体式的设计，运输成本高昂;另外，由于赋予聚丙烯防静电性能的炭黑等填充物极大降低其强韧性，所以市场上流行的防静电周转箱产品壁厚较大，比较笨重，给搬运造成困难。
可折叠式设计很大程度上解决了一般周转箱运输成本高的问题，但是这种设计中存在活动部件，对材料的刚度和冲击韧性都有着更高的要求，目前市场上还没有成熟的可折叠防静电周转箱产品。
载重周转车的底盘一般用高强高韧性的普通PP材料做成，但是由于普通聚丙烯的高绝缘易产生静电性，应用到电子领域和易燃易爆的火药仓储等场所受到限制。
用碳纤维代替炭黑填充聚丙烯可以满足材料的物性要求，但是碳纤维价格高昂，市场推广受到限制。
发明内容
为了克服背景技术的不足，本发明提供一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，主要解决了目前薄壁轻量化防静电周转箱、可折叠防静电周转箱和载重量大的防静电周转车底盘的材料成本较高，材料性能不佳的问题。
本发明所采用的技术方案是：
一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，按重量百分含量包括如下组分：
均聚PP 20-50份；
共聚PP 30-50份；
滑石粉 10-30份；
硅烷偶联剂 0.2-0.5份；
纳米增强剂 1-5份；
相容剂 0.5-3份；
炭黑 5-20份；
增韧剂 3-5份；
其余为其他助剂。
所述均聚PP为拉丝级S1003。
所述共聚PP为K8009。
所述滑石粉为含硅量大于50%，粒径D50介于0.5微米到5微米之间，经偶联剂处理。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、稀土偶联剂中的一种或几种的混合物。
所述纳米增强剂为纳米二氧化硅、纳米蒙脱土中的一种或两者的混合物。
所述炭黑为特密高的高石墨化炭黑250G、150G中的一种或两者的混合物。
所述增韧剂为POE、EPDM中的一种或两种的混合物。
所述其他助剂包括抗氧剂和分散剂，所述分散剂为氧化聚乙烯蜡或者EBS或者两者的混合物。
如上述的一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将纳米增强剂用高速混合机分散于乙醇中得到纳米增强剂分散液;
步骤二、将滑石粉在高速搅拌机中用偶联剂偶联5~10分钟，然后加入纳米增强剂分散液高速搅拌并使搅拌机内的温度逐渐达到70-80度，搅拌时间20-30分钟，用脉冲滤袋式排气，使90%以上的乙醇从物料中挥发出去；
步骤三、将均聚PP、共聚PP、相容剂、增韧剂和其他助剂一并投入搅拌机混合5-10分钟后出料喂入挤出机主喂料；炭黑从第四节机筒侧喂加入。
步骤四、挤出材料。
本发明的有益效果是：本发明提供一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，成本低廉，易于工业化生产和应用，是制备薄壁轻量化防静电周转箱、可折叠防静电周转箱和载重量大的防静电周转车底盘的理想材料。
附图说明
图1为本发明的与常规产品的比较性能示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，按重量百分含量包括如下组分：
均聚PP 20-50份；
共聚PP 30-50份；
滑石粉 10-30份；
硅烷偶联剂 0.2-0.5份；
纳米增强剂 1-5份；
相容剂 0.5-3份；
炭黑 5-20份；
增韧剂 3-5份；
其余为其他助剂。
所述均聚PP为拉丝级S1003。优选中石化生产的拉丝级S1003。
所述共聚PP为K8009。优选台湾化学生产的K8009。
所述滑石粉为含硅量大于50%，粒径D50介于0.5微米到5微米之间，经偶联剂处理。优选南京曙光的1100硅烷偶联剂。
所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、稀土偶联剂中的一种或几种的混合物。
所述纳米增强剂为纳米二氧化硅、纳米蒙脱土中的一种或两者的混合物。
所述炭黑为特密高的高石墨化炭黑250G、150G中的一种或两者的混合物。
所述增韧剂为POE、EPDM中的一种或两种的混合物。优选道康宁ENGAGE 8150 和威达美6102FL。
所述其他助剂包括抗氧剂和分散剂，所述分散剂为氧化聚乙烯蜡或者EBS或者两者的混合物。
如上述的一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一、将纳米增强剂用高速混合机分散于乙醇中得到纳米增强剂分散液;
步骤二、将滑石粉在高速搅拌机中用偶联剂偶联5~10分钟，然后加入纳米增强剂分散液高速搅拌并使搅拌机内的温度逐渐达到70-80度，搅拌时间20-30分钟，用脉冲滤袋式排气，使90%以上的乙醇从物料中挥发出去；
步骤三、将均聚PP、共聚PP、相容剂、增韧剂和其他助剂一并投入搅拌机混合5-10分钟后出料喂入挤出机主喂料；炭黑从第四节机筒侧喂加入。
步骤四、挤出材料。
本发明的技术效果在于：
本发明采用共聚PP和均聚PP共同作为树脂基料能提供均衡的力学性能；
采用把纳米增强剂先分散入乙醇中，形成纳米颗粒的分散液，有助于纳米颗粒的团聚体分散成纳米颗粒；
把纳米增强分散液分散到大比表面积的超细滑石粉内，有助于乙醇挥发后纳米颗粒保持良好的分散状态，为下一步在树脂中的良好分散提供更好的条件。
纳米增强剂的效果主要体现在诱导聚丙烯的成核并与滑石粉、炭粉一起作用于晶核的成长过程，使晶粒细小均匀。
相容剂与偶联剂一同提供聚丙烯与无机粉体的良好粘结界面，使整个共混物体系既能体现出树脂的良好韧性，又能使无机填充的增刚作用得到良好的发挥。
增韧剂有细化晶粒和阻止体系在受到外力时裂纹扩展的作用。
实施例1，
一种高强度高韧性防静电聚丙烯复合材料，按照质量份数计包括以下组分：50份的均聚PP，30份的共聚PP，20份的滑石粉，硅烷偶联剂0.5份，2份的蒙脱土纳米增强剂，1份二氧化硅纳米增强剂，1份的相容剂，15份的炭黑， 3份的增韧剂，1份的其他助剂。
所述共聚PP是台湾化学生产的K8009。
所述均聚PP是中石化茂名S1003 。
所述相容剂是沈阳科通马来酸酐接枝PP KT-1。
所述增韧剂是道康宁 ENGAGE 8150。
所述滑石粉是东莞益峰3000H。
所述纳米蒙脱土是浙江丰虹纳米蒙脱土DK4。
所述纳米二氧化硅是德固赛气相纳米二氧化硅AEROSIL200。
所述其他助剂包括抗氧剂巴斯夫B225 0.4份，分散剂EBS 0.6份。
所述炭粉是特密高的高石墨化炭黑250G。
制备方法为：步骤一、将纳米增强剂用高速混合机分散于乙醇中得到纳米增强剂分散液;
步骤二、将滑石粉在高速搅拌机中用偶联剂偶联5~10分钟，然后加入纳米增强剂分散液高速搅拌并使搅拌机内的温度逐渐达到70-80度，搅拌时间20-30分钟，用脉冲滤袋式排气，使90%以上的乙醇从物料中挥发出去；
步骤三、将均聚PP、共聚PP、相容剂、增韧剂和其他助剂一并投入搅拌机混合5-10分钟后出料喂入挤出机主喂料；炭黑从第四节机筒侧喂加入。
步骤四、挤出材料。
挤出机选用大长径比平行同向双螺杆挤出机，优选长径比44比1,机筒各区温度控制在180度到220度之间。
实施例2，
一种高强度高韧性防静电聚丙烯复合材料，按照质量份数计包括以下组分：一种高强度高韧性防静电聚丙烯复合材料，按照质量份数计包括以下组分：20份的均聚PP，50份的共聚PP，25份的滑石粉，硅烷偶联剂0.5份，2份的蒙脱土纳米增强剂，1份二氧化硅纳米增强剂，1份的相容剂，18份的炭黑， 3份的增韧剂，1份的其他助剂。制备方法为：所述共聚PP是台湾化学生产的K8009。所述均聚PP是中石化茂名S1003 。
所述相容剂是马来酸酐接枝PP KT-1。
所述增韧剂是威达美6102FL。
所述滑石粉是东莞益峰5000H。
所述纳米蒙脱土是浙江丰虹纳米蒙脱土DK4。
所述纳米二氧化硅是德固赛气相纳米二氧化硅AEROSIL200。
所述其他助剂包括抗氧剂巴斯夫B225 0.4份，分散剂者EBS 0.6份。
所述炭粉是特密高的高石墨化炭黑150G。
制备步骤为：
步骤一、将纳米增强剂用高速混合机分散于乙醇中得到纳米增强剂分散液;
步骤二、将滑石粉在高速搅拌机中用偶联剂偶联10分钟，然后加入纳米增强剂分散液高速搅拌并使搅拌机内的温度逐渐达到80度，搅拌时间20-30分钟，用脉冲滤袋式排气，使90%以上的乙醇从物料中挥发出去；
步骤三、将均聚PP、共聚PP、相容剂、增韧剂和其他助剂一并投入搅拌机混合5-10分钟后出料喂入挤出机主喂料；炭黑从第四节机筒侧喂加入。
步骤四、挤出材料。
实施例3
一种高强度高韧性防静电聚丙烯复合材料，按照质量份数计包括以下组分： 35份的均聚PP，40份的共聚PP，20份的滑石粉，硅烷偶联剂0.5份，2份的蒙脱土纳米增强剂，1份二氧化硅纳米增强剂，1份的相容剂，15份的炭黑， 3份的增韧剂，1份的其他助剂；
所述共聚PP是台湾化学生产的K8009。
所述均聚PP是中石化茂名S1003 。
所述相容剂是马来酸酐接枝PP KT-1。
所述增韧剂是威达美6102FL。
所述滑石粉是东莞益峰5000H。
所述纳米蒙脱土是浙江丰虹纳米蒙脱土DK4。
所述纳米二氧化硅是德固赛气相纳米二氧化硅AEROSIL200。
所述其他助剂包括抗氧剂巴斯夫B225 0.4份，分散剂者EBS 0.6份。
所述炭粉是特密高的高石墨化炭黑250G。
制备方法为：
步骤一、将纳米增强剂用高速混合机分散于乙醇中得到纳米增强剂分散液;
步骤二、将滑石粉在高速搅拌机中用偶联剂偶联7.5分钟，然后加入纳米增强剂分散液高速搅拌并使搅拌机内的温度逐渐达到75度，搅拌时间25钟，用脉冲滤袋式排气，使90%以上的乙醇从物料中挥发出去；
步骤三、将均聚PP、共聚PP、相容剂、增韧剂和其他助剂一并投入搅拌机混合8分钟后出料喂入挤出机主喂料；炭黑从第四节机筒侧喂加入。
步骤四、挤出材料。
对比例1：按照质量份数计包括以下组分： 70份的均聚PP， 20份的滑石粉，硅烷偶联剂0.5份，其余为其他助剂；
对比例2：按照质量份数计包括以下组分： 70份的共聚PP， 25份的滑石粉，硅烷偶联剂0.5份，其余为其他助剂；
对比例3：按照质量份数计包括以下组分： 20份的均聚PP，50份共聚PP, 25份的滑石粉，其余为其他助剂；
本发明的目的是提供一种高刚性和高韧性的材料，参见说明书附图1可以看出，在弯曲强度一列（体现刚性）弯曲强度在35MPa以上的只有实施例1、2和3以及对比例1，上述四个材料在简支梁缺口冲击一列（体现韧性）只有本申请实施例1、2和3在表现出了较高的抗冲击力（大于15），并且实施例2为本申请的优选方案。
以上的实施方式，并不构成对该技术方案保护范围的限定，任何在上述实施方式的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在该技术方案的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，其特征在于：按质量份数包括如下组分：
20份的均聚PP，50份的共聚PP，25份的滑石粉，硅烷偶联剂0.5份，2份的蒙脱土纳米增强剂，1份二氧化硅纳米增强剂，1份的相容剂，18份的炭黑， 3份的增韧剂，1份的其他助剂；
所述均聚PP为拉丝级S1003，所述共聚PP为K8009，且
该高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料由以下方案制备：
包括以下步骤：
步骤一、将纳米增强剂用高速混合机分散于乙醇中得到纳米增强剂分散液;
步骤二、将滑石粉在高速搅拌机中用偶联剂偶联5~10分钟，然后加入纳米增强剂分散液高速搅拌并使搅拌机内的温度逐渐达到70-80度，搅拌时间20-30分钟，用脉冲滤袋式排气，使90%以上的乙醇从物料中挥发出去；
步骤三、将均聚PP、共聚PP、相容剂、增韧剂和其他助剂一并投入搅拌机混合5-10分钟后出料喂入挤出机主喂料；炭黑从第四节机筒侧喂加入;
步骤四、挤出材料。
2.根据权利要求1所述的一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，其特征在于：所述滑石粉为含硅量大于50%，粒径D50介于0.5微米到5微米之间，经偶联剂处理。
3.根据权利要求1所述的一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，其特征在于：所述炭黑为特密高的高石墨化炭黑250G、150G中的一种或两者的混合物。
4.根据权利要求1所述的一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，其特征在于：所述增韧剂为POE、EPDM中的一种或两种的混合物。
5.根据权利要求1所述的一种高刚性高韧性聚丙烯防静电复合材料，其特征在于：所述其他助剂包括抗氧剂和分散剂，所述分散剂为氧化聚乙烯蜡或者EBS或者两者的混合物。
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