CN114874537B - 一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电pp复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电pp复合材料及其制备方法和应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料及其制备方法和应用。该复合材料组分按照重量份数包括：PP树脂70‑90份；LLDPE 5‑10份；导电助剂2‑20份；云母粉20‑35份；鳞片石墨1‑5份；IDP树脂0.5～2份。该复合材料具有较好的耐热性、尺寸稳定性和导电性。
Description
技术领域
本发明属于热塑性材料技术领域，特别涉及一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
在抗静电材料领域，很大的应用方向为电子承载与包装，比如IC托盘等。通常情况下，这类应用场景对材料的耐热性以及尺寸稳定性有很高的要求。目前经济可用的耐热抗静电材料，通常为高玻璃化转变温度的非晶材料，比如聚碳酸酯(PC)、聚苯醚(PPE)等，此类材料耐热性能好，通常比较容易达到120℃以上的HDT温度，且尺寸稳定性良好。但这类材料也有一定的不足，比如添加导电填料后材料流动性下降，加工困难，同时材料成本较高，限制了材料在部分场景的应用。另外现有的抗静电材料也有通过添加填料来提高热稳定性，比如中国专利CN111171456A公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料通过在聚丙烯树脂中添加矿物填料、抗静电剂以及加工助剂等，该复合材料具有一定的抗静电性和热稳定性等性能，但是该复合材料的导电性和耐热性不佳，并且该复合材料尺寸稳定性不好，不能满足对导电性、耐热性以及尺寸稳定性有很高要求的应用场景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料及其制备方法和应用，以克服现有技术中PP复合材料导电性、耐热性、尺寸稳定性不佳的缺陷。
本发明提供一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料，所述复合材料组分按照重量份数包括：
优选地，所述复合材料组分按照重量份数包括：
优选地，所述PP树脂在230℃/2.16kg条件下熔融指数为5-20g/10min。熔融指数的测试标准为ISO 1133-1-2011。不同流动性的PP树脂基材，对于导电助剂的浸润性不同，流动性差的PP树脂会导致导电助剂团聚体无法分散，形成物理缺陷。
优选地，所述导电助剂包括导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种。
优选地，所述导电炭黑的吸油值为120-180cm3/100g，比表面积为40-80m2/g，粒径为25-45nm。此范围导电炭黑分散性优良，可以有效降低炭黑分散不良导致的应力缺陷。吸油值的测试标准为TS 2583-1977。其中粒径为PP复合材料中导电炭黑的粒径，与原料导电炭黑的粒径相同，原料导电炭黑经过双螺杆挤出机熔融挤出后粒径不会变化，是生产炭黑时的最小物理尺度。
优选地，所述云母粉粒径为125-1250目，更优选云母粉粒径为325-500目。粒径越小的云母粉，对尺寸的稳定效果越好，但粒径太小不适于加工。云母粉含量太少对尺寸的稳定作用有限，含量太高无法顺利加工，并且导致材料机械强度大幅下降。
优选地，所述鳞片石墨为合成石墨；鳞片石墨D50粒径为40～80um。
优选地，所述IDP树脂为聚醚型高分子导电聚合物，所述聚醚型高分子导电聚合物为聚丙烯聚醚嵌段共聚物，表面电阻率为106～108Ω/sq。
优选地，所述PP复合材料还包括添加剂0～10份。
优选地，所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂、矿粉、增韧剂中的一种或几种。
优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。
优选地，所述润滑剂包括酯类润滑剂、酰胺类润滑剂、聚乙烯类润滑剂中的一种或几种。
优选地，所述矿粉包括滑石粉、碳酸钙、云母中的一种或几种。
优选地，所述增韧剂包括POE型增韧剂、SEBS型增韧剂、EXA型增韧剂中的一种或几种。
本发明还提供一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将导电助剂和云母粉以外的各组分混合，将得到的混合料、导电助剂和云母粉喂入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料。
优选地，所述双螺杆挤出机长径比为40-60：1，加工温度为180-250℃。
本发明还提供一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料在电子电器或包装材料中的应用，例如用于IC托盘、洗地机等。
本发明涉及的IDP树脂，是一种本征型导电聚合物，例如PP-PEO结构(聚丙烯聚醚嵌段共聚物)，表面电阻率为106～108Ω/sq。
本发明中，由于云母粉的片层结构，可以降低复合材料的横纵向收缩率，从而提升材料的尺寸稳定性，但其只是发挥了树脂中铆钉的作用，无法改变树脂相结晶带来的收缩差异。本发明中，添加少量鳞片石墨可以与导电助剂形成协同作用，快速提升复合材料的导热性能，使材料在注塑成型过程中，迅速扩散均化PP树脂结晶释放的热量，提高PP结晶区域的规整性，从而提高树脂相的尺寸稳定性。通过云母粉、导电助剂、鳞片石墨的配合使用，可以使不同相态的稳定性同时提高，从而达到稳定尺寸的协同效果。
本发明添加IDP树脂，由于其强极性的特性，可以在导电助剂周围富集，增加导电助剂相互之间的连接通路，使得少量添加就使材料电阻进一步大幅度降低。
有益效果
本发明采用导电助剂、云母粉与鳞片石墨的复配，使得PP复合材料具有较好的耐热性和尺寸稳定性。
本发明采用导电助剂与IDP树脂的复配，可以显著提高PP复合材料的导电性。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
试剂来源：
PP树脂1：PP SP179，兰州石化，在230℃/2.16kg条件下熔融指数为8.0g/10min；
PP树脂2：PP K9017，中国台湾台化，在230℃/2.16kg条件下熔融指数为19.0g/10min；
PP树脂3：K8003，茂名石化，在230℃/2.16kg条件下熔融指数为2g/10min；
PP树脂4：PP BX3920，韩国SK，在230℃/2.16kg条件下熔融指数为100g/10min；
PA树脂：PA6树脂，PA6 YH400，巴陵石化；
LLDPE：LLDPE 7042，茂名石化；
导电助剂：
导电助剂1：导电炭黑，吸油值为171cm3/100g，比表面积为62m2/g，粒径为40nm，炭黑Ensaco 250G，特密高；
导电助剂2：导电炭黑，吸油值为114cm3/100g，比表面积为115m2/g，粒径为22nm，N220，黑猫炭黑；
导电助剂3：碳纤维，PX35CA0250-65，东丽，直径7um；
导电助剂4：碳纳米管，GC-21，山东大展；
云母粉1：湿法云母，125目，利明矿产；
云母粉2：湿法云母，325目，广州佳琪；
云母粉3：湿法云母，500目，广州佳琪；
云母粉4：湿法云母，1250目，广州佳琪；
鳞片石墨1：合成石墨，D50粒径为44um，KS44，益瑞石；
鳞片石墨2：合成石墨，D50粒径为150um，KS150，益瑞石；
IDP树脂：PELECTRON树脂，PELESTAT-230，表面电阻率为5*107Ω/sq，三洋。
添加剂：
抗氧剂：受阻酚类，市售；
润滑剂：酰胺类，市售。
实施例和对比例所用的添加剂(抗氧剂、润滑剂)为同种市售产品。
PP复合材料的制备方法：
按照表1、表2、表3的配比，将导电助剂和云母粉以外的各组分混合，将得到的混合料、导电助剂和云母粉喂入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到抗静电PP复合材料。其中，双螺杆挤出机长径比为52：1，加工温度为180-250℃。
性能测试：
(1)注塑100*100*1mm方板，水平放置于平面工作台上，寻找方板与平台的间隙处，使用塞尺测量方板与平台的最大间隙，得到材料的翘曲形变量，使用RT-1000表面电阻仪测试表面电阻率；
(2)注塑200mm收缩率样条，测试材料收缩率，使用二次元光学成像仪，测量样条长度，计算得到收缩率；
(3)将注塑的100*100*1mm方板和200mm收缩率样条分别在120℃条件下烘烤2h，按照上述方法分别测量翘曲形变量、收缩率。
表1实施例1-10配比(重量份数)
表2实施例11-15配比(重量份数)
表3对比例配比(重量份数)
由表1-3可知，对比例1不添加导电助剂，对比例2不添加云母粉，对比例3不添加鳞片石墨，对比例4采用PA树脂，对比例1-4的收缩率、翘曲形变量、烘烤后收缩率以及烘烤后翘曲形变量大于实施例1，由此可见，在PP树脂中添加导电助剂、云母粉、鳞片石墨烯，这三者复配，提高PP树脂复合材料的耐热性和尺寸稳定性。
对比例1不添加导电助剂，对比例5不添加IDP树脂，对比例1和对比例5的表面电阻明显大于实施例1，可见，导电助剂和IDP树脂复配，可以明显提高复合材料的导电性。
Claims (9)
1.一种具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料，其特征在于，所述复合材料组分按照重量份数包括：
所述PP树脂在230℃/2.16kg条件下熔融指数为5-20g/10min；
所述鳞片石墨D50粒径为40～80um；
所述IDP树脂为聚醚型高分子导电聚合物，所述聚醚型高分子导电聚合物为聚丙烯聚醚嵌段共聚物。
2.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述复合材料组分按照重量份数包括：
3.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述导电助剂包括导电炭黑、碳纤维、碳纳米管中的一种或几种；所述导电炭黑的吸油值为120-180cm3/100g，比表面积为40-80m2/g，粒径为25-45nm。
4.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述云母粉粒径为125-1000目。
5.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述鳞片石墨为合成石墨；鳞片石墨D90粒径为48～65um；IDP树脂的表面电阻率为106～108Ω/sq。
6.根据权利要求1所述的PP复合材料，其特征在于，所述PP复合材料还包括添加剂0～10份；所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂、矿粉、增韧剂中的一种或几种。
7.一种如权利要求1～6任一所述PP复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将导电助剂和云母粉以外的各组分混合，将得到的混合料、导电助剂和云母粉喂入双螺杆挤出机中挤出造粒，得到具有高耐热高尺寸稳定性的抗静电PP复合材料。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机长径比为40-60：1，加工温度为180-250℃。
9.一种如权利要求1～6任一所述PP复合材料在电子电器或包装材料中的应用。
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