CN101402776B - 导电塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种导电塑料，其包括按质量百分比计的下列成份：30-70％的聚合物基材，15-50％的玻璃纤维，10％的导电碳黑，以及1-5％的改性剂，所述导电碳黑平均粒径是25～50纳米。本发明还提供一种导电塑料的制备方法。该导电塑料既包括玻璃纤维，又包括导电碳黑，其中玻璃纤维可以增强导电塑料的机械性能，改善了塑料的收缩率，通过碳黑的导电性能，可以有效地消除静电，同时具有极好的耐高温性能。

Description

导电塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及导电材料领域，尤其涉及一种消除静电的导电塑料及其制备方法。
背景技术
目前，传统的导电/消除静电塑料是在树脂中加入碳纤维、碳黑或抗静电剂。其中，碳纤维成本高，碳黑料收缩率大、产品尺寸不稳定，抗静电剂不耐高温，且导电性随环境而变化。这些注塑的产品具有导电、消除静电的特性，可以应用于IC包装胶盘及其它电子元器件的包装。
还有些复合型导电塑料，大多数采用金属纤维、金属粉末等与各种工程塑料树脂共混复合而成。金属纤维填充的导电塑料中导电材料填充量小，因而对材料的机械性能影响不大；且导电性能较好，可用作屏蔽材料。但是，在加工成型过程中，由于塑料成型设备的机械运动，使金属纤维破坏严重，大大降低制品的导电性能，因而对成型加工技术要求苛刻。而金属粉末在复合加工过程中极易氧化而影响导电性能，通常需要加大填充量，导致塑料抗拉强度下降。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种机械性能好、抗静电且耐高温的导电塑料。
以及提供上述导电塑料的制备方法。
一种导电塑料，其包括按质量百分比计的下列成份：30-70％的聚合物基材，15-50％的玻璃纤维，10％的导电碳黑，以及1-5％的改性剂，所述导电碳黑平均粒径是25～50纳米。
以及，一种导电塑料的制备方法，其包括以下步骤：
将30-70％的聚合物基材和1-5％的改性剂分两组进行搅拌混合；
加热其中一组混合物使其熔融，同时加入玻璃纤维，在熔融状态混合均匀，挤出后冷却切粒；
加热其中另一组混合物使熔融，同时加入导电碳黑，在熔融状态混合均匀，挤出后冷却切粒，所述导电碳黑平均粒径是25～50纳米；
将上述两步骤中的切粒产物按比例进行混合，并使混合后玻璃纤维占总重量份数的15-50％，导电碳黑占总重量份数的10-35％，既得到所需的导电塑料。
与现有技术相比，所述导电塑料既包括玻璃纤维，又包括导电碳黑，其中玻璃纤维可以增强导电塑料的机械性能，改善了塑料的收缩率，通过碳黑的导电性能，可以有效地消除静电，同时具有极好的耐高温性能。所述导电塑料制备方法采用分开进行碳黑和玻璃纤维与改性聚合物基材的造粒，从而便于两者在基材中分散均匀，降低制程难度。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例的导电塑料包括按质量百分比计的下列成份：30-70％的聚合物基材，15-50％的玻璃纤维，10-35％的导电碳黑，以及1-5％的改性剂。其中，聚合物基材包括丙烯腈-丁二稀-苯乙烯共聚物(ABS)、高冲击聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯醚、聚酯、聚砜、聚芳砜或者这些聚合物的任意混合物。其中聚苯烯及其共聚物均为无规的非结晶态。聚合物基材优选为聚苯醚树脂或者聚苯醚树脂和聚苯乙烯树脂的混合物。在聚苯醚树脂和聚苯乙烯树脂的混合物树脂中，单个树脂在混和物中质量百分含量为0.5～95.5％。聚合物基材的质量百分含量优选为40-60％。
玻璃纤维是长度3～12毫米的短玻纤维，尤其是长度为3.0～6.4mm最佳，例如OWENS CORNING公司的短玻纤维165P-14A，重庆国际复合材料有限公司的ECS306等都适用于本实施例中的玻璃纤维。
导电碳黑平均粒径是25～50纳米，例如Cabot公司的VXC-200碳黑。改性剂为抗冲击性改性剂，适合使用的抗冲击改性剂有旭化成公司的苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段聚合物。
另外，本实施例的导电塑料还包括2％以下的润滑剂以及1％以下的抗氧剂。其中，润滑剂可采用氧化聚乙烯；抗氧剂可采用汽巴的Irganox 245。还可添加适量的其它添加剂如阻燃剂BDP。
表1本实施例的导电塑料与传统的导电塑料性能对比表
  性能   本实施例   传统
  抗拉强度(psi)   12500   8100
  拉伸率(％)   4.6   3
  抗冲击强度(刻痕计算)(Lb ft/in)   0.75   0.56
  模制件收缩率(％)   0.22   0.78
  热变形温(℃)   171   155
请参阅表1，为本实施例的导电塑料与传统的导电塑料性能的对比表，由表可看出，本实施例的导电塑料各项性能指标均优于传统的导电碳黑塑料。其中，本实施例的导电塑料的抗拉强度高出传统的导电碳黑塑料很多，表现出优异的力学性质，同时也表现出较好的拉伸性能，具有较强的抗冲击强度和相当低的收缩率，塑料的热变形温高达170℃，这些都体现了本实施例导电塑料的优异的机械性能。与传统聚合物与碳纤维的注塑产品相比，本实施例的导电塑料成本非常低，且150℃焙烤后平整度更优；与传统聚合物与碳黑注塑产品相比，本实施例的导电塑料具有更低的收缩率，且产品尺寸稳定。本实施例的导电塑料可应用于任何导电、抗静电、耐高温的注塑件制造，例如用于注塑成型导电、静电消散型胶盘或胶盒等，广范应用于半导体元件制造过程、传输、成品包装等。
本实施例的导电塑料的制备方法，包括以下步骤：
S01：将30-70％的聚合物基材和1-5％的改性剂分两组进行搅拌混合；
S02：加热其中一组混合物使其熔融，同时加入玻璃纤维，在熔融状态混合均匀，挤出后冷却切粒；
S03：加热其中另一组混合物使熔融，同时加入导电碳黑，在熔融状态混合均匀，挤出后冷却切粒；
S04：将上述两步骤中的切粒产物按比例进行混合，并使混合后玻璃纤维占总重量份数的15-50％，导电碳黑占总重量份数的10-35％，既得到本实施例的导电塑料。
在S01中，还可添加2％以下的润滑剂以及1％以下的抗氧剂。改性剂以及这些添加剂用搅拌机与聚合物基材混合，混合时间大约为10分钟。其中，聚合物基材、改性剂以及添加剂可选自上述的任意材料。本实施例中，聚合物基材采用聚苯醚树脂和聚苯乙烯树脂的混合物，改性剂为苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯嵌段聚合物，润滑剂为氧化聚乙烯，抗氧剂可采用汽巴的Irganox 245。另外，还可添加适量的其它添加剂如磷酸酯类阻燃剂。
由于玻璃纤维和碳黑同时与上述混合产物熔融混合时，较难同时捏合均匀，如果强行将玻璃纤维和碳黑同时混合，则会导致分散不均匀。因此，本实施例将玻璃纤维和碳黑分开进行与改性的聚合物基材的熔融混合，即分开进行步骤S02和S03，当然这两个步骤并没有先后之分，可以同时进行或单独进行，互不影响。然后，将步骤S02和S03的两种造粒产物相混合，即得到本实施例的导电塑料。
具体地，通过固定聚苯醚的总含量在30-70份的范围内，分成甲乙两组份进行，甲乙两组份各成份的含量如下：
名称                        甲组份     乙组份
聚苯醚树脂                  57         45
聚苯乙烯                    3          8
苯乙烯-乙烯/丁烯-苯乙烯     1          6
嵌段聚合物
润滑剂                      1.2        1.2
抗氧剂                      0.8        0.8
阻燃剂BDP                   1          1
导电碳黑                    --         38
玻璃纤维                    36         --
合计                        100        100
其中甲组份的混合物与碳黑在260～320℃加工条件下，通过侧喂料机加入双螺杆造粒机的主螺杆，用双螺杆造粒机加热使它们熔融混合；同时，乙组份的混合物与玻璃纤维在280～340℃加工条件下，通过侧喂料机加入双螺杆造粒机的主螺杆，用双螺杆造粒机加热使它们熔融混合，在熔融状态混合均匀，挤出后冷却切粒。
然后，甲乙两组份形成的切粒产物用标准工业用混料机按比例混合在一起即得到本实施例的导电塑料。其中，甲组份形成的切粒产物重量份数约为60份以上，乙组份形成的切粒产物重量份数约为40份以下。造粒过程中，都是在聚合物基材处于熔融状态下与碳黑或玻璃纤维进行充分捏合后挤出冷却切粒，形成所需的导电塑料。造粒温度大约为260-340℃，物料在双螺杆造粒机筒体中经历的时间为30-60秒。
本实施例中的导电塑料既包括玻璃纤维，又包括导电碳黑，其中玻璃纤维可以增强导电塑料的机械性能，改善了塑料的收缩率，而通过碳黑的导电性能，可以有效地消除静电，同时具有极好的耐高温性能。同传统聚苯醚碳黑产品相比明显的改善了模塑产品收缩率和耐高温性，具有优异的机械性能和突出耐高温性能。本实施例中的导电塑料制备方法采用分开进行碳黑和玻璃纤维与改性聚合物基材的造粒，从而便于两者在基材中分散均匀，降低制程难度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种导电塑料，其包括按质量百分比计的下列成份：30-70％的聚合物基材，15-50％的玻璃纤维，10％的导电碳黑，以及1-5％的改性剂，所述导电碳黑平均粒径是25～50纳米。
2.如权利要求1所述的导电塑料，其特征在于，所述聚合物基材包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、高冲击聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、聚苯醚、聚酯、聚砜、聚芳砜或者这些聚合物的任意混合物。
3.如权利要求1所述的导电塑料，其特征在于，所述聚合物基材是聚苯醚树脂或者聚苯醚树脂和聚苯乙烯树脂的混合物。
4.如权利要求3所述的导电塑料，其特征在于，所述聚苯醚树脂和聚苯乙烯树脂的混合物树脂中聚苯醚树脂或聚苯乙烯树脂在混合物中的质量百分含量为0.5～95.5％。
5.如权利要求1所述的导电塑料，其特征在于，所述玻璃纤维的长度是3～12毫米。
6.如权利要求1所述的导电塑料，其特征在于，还包括质量百分含量为2％以下的润滑剂以及质量百分含量为1％以下的抗氧剂。
7.一种导电塑料的制备方法，其包括以下步骤：
将30-70％的聚合物基材和1-5％的改性剂分两组进行搅拌混合；
加热其中一组混合物使其熔融，同时加入玻璃纤维，在熔融状态混合均匀，挤出后冷却切粒；
加热其中另一组混合物使熔融，同时加入导电碳黑，在熔融状态混合均匀，挤出后冷却切粒，所述导电碳黑平均粒径是25～50纳米；
将上述两步骤中的切粒产物按比例进行混合，并使混合后玻璃纤维占总重量份数的15-50％，导电碳黑占总重量份数的10-35％，即得到所需的导电塑料。
8.如权利要求7所述的导电塑料的制备方法，其特征在于，所述两种切粒产物进行混合的比例为：含玻璃纤维的切粒产物占60份以上的重量份数，含碳 黑的切粒产物占40份以下的重量份数。
9.如权利要求7所述的导电塑料的制备方法，其特征在于，所述造粒过程中，在260～340℃条件下用双螺杆造粒机造粒。 
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