CN1935928A - 一种热塑性抗静电材料及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于抗静电功能材料技术领域，同时涉及热塑性抗静电材料及其加工技术。以热塑性材料为主体，以导电性连续纤维为抗静电剂，采用挤出工艺加工，连续纤维不经螺杆剪切直接进行浸渍、包覆、挤压、冷却、造粒得到目标材料，通过调整导电纤维的长径比，赋予材料抗静电能力的可设计性支持下游产品加工。导电纤维添加量小，加工性能好，综合性能优异，支持下游产品加工，特别适用于注射成型。本发明涉及的热塑性抗静电材料加工方法，采用通用挤出机加工设备，通过配装专用机出口模实现，准备周期短、成本低。

Description

一种热塑性抗静电材料及其加工方法

一、技术领域

本发明属于抗静电功能材料技术领域，同时涉及热塑性抗静电功能材料及其加工技术。

二、背景技术

在电子、电器、煤矿、油田等有抗静电要求的领域，对某些产品及零部件壳体有较严格的抗静电要求，传统上抗静电热塑性材料是采用内部添加和/或外部处理两种方法制造的。内部添加是在聚合物内部添加导电剂，包括金属及金属氧化物粉末、导电碳黑、离子型表面活性剂、导电纤维等材料添加导电纤维经挤出机螺杆剪切后，纤维的长径比保持率较低，纤维间彼此不能有效形成网络，从而影响导电性能，必须通过提高添加量来提高抗静电性能；添加阳、阴离子表面活性剂，材料对使用环境的湿度的依赖明显，湿度大时抗静电效果好，湿度小时则效果差；添加金属及金属氧化物粉末、导电碳黑等抗静电剂，添加量大、工艺性差、材料强度损失大、颜色单一。传统的内部添加方法存在的共性问题是添加量大、工艺性差、材料机械强度损失大、颜色单一。

针对传统加工方法存在的工艺及材料综合性能不理想的问题，近年来国内外相继开展了一些新的加工方法研究。

CN 02822494公开了一种导电的热塑性聚合物组合物，其抗静电剂是以一种金属纤维与金属涂敷纤维协同组合构成的，以长度不大于20mm，长径比不小于200的抗静电纤维作为抗静电剂，采用熔融共混工艺制备抗静电热塑性材料，直接成型制品，以有效避免产品成型过程中纤维长径比的损失，但该方法加工的抗静电材料适用于直接成型制品，不适合下游产品加工。

CN 01134255公开了一种连续纤维颗粒复合材料及其制造方法，加工过程依次包括纤维分散、第一高分子材料浸渍、烘干、纤维集束、第一高分子材料包覆，烘干、切粒等步骤，形成金属纤维贯穿两端面的颗粒状复合材料，可直接采用普通注射机进行制品成型加工。但该方法加工工序较多，能耗大。

三、发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种导电纤维长径比保持率高，抗静电能力好，支持下游产品加工的热塑性抗静电材料及其加工方法。

本发明涉及的热塑性抗静电材料以热塑性材料为主体，以导电性连续纤维为抗静电剂，采用挤出工艺加工，连续纤维不经螺杆剪切直接进行浸渍、包覆、挤压、冷却、造粒而得，粒料基本结构见附图1。

本发明涉及的热塑性抗静电材料，原料组合物至少含有：

热塑性树脂      90-99质量份

连续导电纤维    1-9质量份

其他助剂        1-2质量份

本发明涉及的热塑性抗静电材料，原料组合物至少含有：

热塑性树脂                90-99质量份

连续导电纤维              1-9质量份

其他助剂                  1-2质量份

阻燃填料、增韧剂、增强剂  10-50质量份

本发明涉及的热塑性抗静电材料，所用热塑性材料包括但不限于通用塑料、工程塑料、特种工程塑料。塑料品种选自PP、PE、ABS、PA、PC/ABS、PA/PPS、POM、PET、PC、PPS、PEEK中的一种或其中几种的混合物，优选PC、PP、ABS、PA、PC/ABS中的一种或其中几种的混合物。

本发明涉及的热塑性抗静电材料，所用纤维为具有导电性的纤维，选自不锈钢纤维、铜纤维、镍纤维、碳纤维、镀金属碳纤维、镀金属玻璃纤维中的一种或其中几种的组合，优选不锈钢纤维、铜纤维、碳纤维及镀金属碳纤维中的一种或其中几种的组合。纤维结构选自单丝纤维或丝束，优选无捻丝束。

本发明涉及的热塑性抗静电材料，最终材料中导电纤维长径比介于300至1000之间，优选400至600。

本发明涉及的热塑性抗静电材料的制造方法，采用挤出工艺进行(加工流程示意于附图2)将热塑性材料和所需助剂在喂料***进一步混合并加热熔融，将经过预热的导电纤维1通过挤出口模4引入热塑性材料融体2，不经螺杆剪切直接进行浸渍；通过包覆口模5实现热塑性材料对纤维的包覆，再经挤压***6强制浸渍与定型，经冷却，造粒后得到目标材料3(结构如附图1所示)。

本发明涉及的热塑性抗静电材料制造方法，导电纤维沿垂直于喂料方向引入专用挤出口模4，熔融物料2通过喂料通道42在挤出口模4内与导电纤维1混合、浸渍。专用挤出口模4采用类拟挤出电缆包覆用口模结构(一种结构如附图3所示)，口模内有与熔融物料流动方向垂直的弯曲通道41，与挤出机相连的熔融物料通道42，弯曲通道41与熔融物料通道42连通。熔融物料2导电纤维1在弯曲通道41内与熔融物料通道42内流动的熔融物料2混合、浸渍。

本发明涉及的热塑性抗静电材料加工设备所用挤出口模，采用类拟挤出电缆包覆用口模结构，连续导电纤维沿垂直于喂料方向引入，在口模中实现纤维与树脂的混合、以及树脂对纤维的浸渍、包覆。

本发明涉及的热塑性抗静电材料制造方法，所述挤压***5由一对和/或一对以上间隙可调的压辊组成，通过辊距调整控制目标材料外形尺寸。

采用本发明的涉及的热塑性抗静电材料体积电阻率不大于10⁶Ω·cm，通过导电纤维的长径比调整，赋予材料抗静电能力的可设计性。导电纤维的添加量小，加工性能好，综合性能优异，特别适用于注射成型。

本发明涉及的热塑性抗静电材料加工方法，采用通用挤出机加工设备，通过配装专用机出口模实现，准备周期短、成本低。

四、附图说明

附图1  产品结构断面示意图

附图2  加工流程示意图

附图3  挤出口模流道结构示意图

其中：1-导电纤维，2-热塑性树脂，3-抗静电材料颗粒，31-浸渍的抗静电料条4-挤出口模，41-弯曲通道，42-融融物料通道，5-挤压***

五、具体实施方式

下面结合实施例对发明涉及技术方案进行详细说明，但不作为对发明内容的限制。

实施例一

GE公司生产的141R聚碳酸酯99份，湖南惠同公司8μm不锈钢纤维1份，色母、分散剂、抗氧剂等助剂2份。

将聚碳酸酯在120℃至130℃烘箱内放置3h至6h后，与色母、分散剂、抗氧剂等其它助剂混合均匀，在挤出机内熔融塑化，塑化温度范围230℃至280℃；以5m/min至15m/min的牵引速度将经预热的不锈钢纤维引入纤维入口，经挤出、挤压、冷却、造粒得到纤维的长径比控为400至500的抗静电聚碳酸酯粒料。

样品的拉伸强度65MPa，体积电阻率7×10⁵。

实施例二

上塑十八厂M20 PA66材料90份，湖南惠同新材料公司6μm不锈钢纤维9份，色母、分散剂、抗氧剂等助剂2份，阻燃剂10份。

阻燃抗静电PA66材料的制备工艺同实施例一，PA66预烘条件为在85℃至100℃烘箱内放置8h至16h，阻燃剂在挤出机侧喂料处加入，塑化温度为230℃至290℃，不锈钢纤维的长径比为500至600。材料拉伸强度120MPa，体积电阻率10⁴Ω·cm。

实施例三

燕山石化1300聚丙烯96份，INCO技术公司镀镍碳纤维4份，色母、分散剂、抗氧剂等助剂1份，玻璃纤维50份。

增强抗静电聚丙烯制备工艺同实施例1，聚丙烯预烘条件为在70℃到90℃烘箱内放置2h至5h，塑化温度为200℃至230℃，镀镍碳纤维的长径比为400至500。材料拉伸强度65MPa，体积电阻率4×10⁵Ω·cm。

实施例四

PC/ABS合金95份，湖南惠同新材料公司6μm不锈钢纤维和东丽公司生产的T-700碳纤维按1∶1比例加入，共计5份，色母、分散剂、抗氧剂等助剂1份。

抗静电PC/ABS合金制备工艺同实施例1，在200℃至235℃的挤出机内熔融塑化，预烘条件同实施例1，挤出工艺同实施例1，试样制备工艺同实施例1。导电纤维的长径比为300至400。材料检测结果为：拉伸强度75MPa，体积电阻率达到1.2×10⁵Ω·cm。

实施例五

江苏宜兴化学试剂厂尼龙610材料97份，INCO技术公司镀镍碳纤维3份，色母、分散剂、抗氧剂等助剂1份，玻璃纤维35份，增韧剂10份。

抗静电PQ610材料在85℃至100℃烘箱内放置8h至16h后，与色母、增韧剂、分散剂等其它助剂混合均匀后，在220℃至270℃的挤出机内熔融塑化，并在挤出机玻纤添加口引入玻纤。镀镍碳纤维的长径比为900至1000，挤出工艺同实施例1，试样制备工艺同实施例1。

材料检测结果为：拉伸强度135MPa，体积电阻率达到3×10⁵Ω·cm。

实施例六

四川自贡特种塑料厂生产的聚苯硫醚材料97份，湖南惠同新材料公司6μm不锈钢纤维和南京玻纤院的镀镍玻璃纤维按1∶1比例加入，共3份，分散剂、抗氧剂等助剂1份，玻璃纤维35份，增韧剂10份。

PPS材料在120℃至150℃烘箱内放置3h至6h后，与增韧剂、分散剂等其它助剂混合均匀后，在250℃至300℃的挤出机内熔融塑化，并在挤出机玻纤添加口引入玻纤。导电纤维为不锈钢纤维和镀镍玻璃纤维，导电纤维的长径比为800至900，挤出工艺同实施例1，试样制备工艺同实施例1。

材料检测结果为：拉伸强度142MPa，体积电阻率达到1.2×10⁵Ω·cm。

实施例七

PPS/PA66合金94份，INCO技术公司镀镍碳纤维和湖南惠同新材料公司6μm不锈钢纤维6份，镀镍碳纤维与不锈钢纤维的比例为2∶1，分散剂、抗氧剂等助剂1份，玻璃纤维50份。

PPS/PA66合金材料在100℃至130℃烘箱内放置5h至10h后，与其它助剂混合均匀后，在240℃至300℃的挤出机内熔融塑化，并在挤出机玻纤添加口引入玻纤。导电纤维为镀镍碳纤维和不锈钢纤维，导电纤维长径比为700至800，挤出工艺同实施例1，试样制备工艺同实施例1。

材料检测结果为：拉伸强度150MPa，体积电阻率达到3×10⁴Ω·cm。

Claims (8)

1一种以导电性连续纤维为抗静电剂的热塑性抗静电材料，体积电阻率不大于10⁶Ω·cm，原料组合物至少含有：

热塑性树脂        90-99质量份

连续导电纤维      1-9质量份

其他助剂          1-2质量份。

2权利要求1所述热塑性抗静电材料，体积电阻率不大于10⁶ Ω·cm，原料组合物至少含有：

热塑性树脂                          90-99质量份

连续导电纤维                        1-9质量份

其他助剂                            1-2质量份

阻燃填料、增韧剂、增强剂等改性剂    10-50质量份。

3权利要求1所述热塑性抗静电材料所用连续导电纤维选自不锈钢纤维、铜纤维、镍纤维、碳纤维、镀金属碳纤维、镀金属玻璃纤维中的一种或其中几种的组合。

4权利要求1所述的热塑性抗静电材料，所述热塑性材料选自通用塑料、工程塑料、特种工程塑料中的一种或其中几种的组合。

5权利要求4所述的热塑性抗静电材料，所述热塑性材料PP、PE、ABS、PA、POM、PET、PC、PPS、PEEK中的一种或其中几种的组合。

6权利要求5所述的热塑性抗静电材料，所述热塑性材料优选PC、PP、ABS、PA、PC、PPS中的一种或其中几种的组。

7权利要求1所述热塑性抗静电材料的加工方法，采用挤出工艺进行，其特点在于：通过专用挤出口模(4)将导电纤维(1)引入热塑性材料融体(2)；通过包覆口模(5)实现热塑性材料对纤维的包覆；经挤压***(6)进行强制浸渍与定型。

8权利要求7所述热塑性抗静电材料所用加工方法，所述挤压***(6)由一对和/或一对以上间隙可调的压辊组成。

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