CN102807706A

CN102807706A - 一种聚丙烯复合材料及其制备方法

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Publication number: CN102807706A
Application number: CN2012102639468A
Authority: CN
Inventors: 徐东; 徐永; 许江威
Original assignee: Polymer Science Shenzhen New Materials Co Ltd
Current assignee: Polymer Science Shenzhen New Materials Co Ltd
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2012-12-05

Abstract

本发明公开了一种聚丙烯复合材料及其制备方法。聚丙烯复合材料按重量百分比由以下组分组成：PP树脂30-50%;EVA共聚物10-25%;改性导热粉10-25%;抗静电剂10-20%;碳纤维10-20%;相容剂2.5-5.5%;增韧剂4-7%;润滑剂0.1-0.5%;抗氧剂0.1-1%;其中，所述的改性导热粉是采用偶联剂处理过的导热粉。本发明制备的聚丙烯复合材料，将导热粉采用偶联剂进行处理，导热粉和抗静电剂两种填料相互配合协调作用，以更少的填充量实现高性能的导热性及抗静电性，且制备的PP材料具有较好的机械性能。

Description

一种聚丙烯复合材料及其制备方法

[技术领域]

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。

[背景技术]

随着微电子集成技术和组装技术的快速发展，电子产品向薄型化发展，电子元器件和逻辑电路的体积越来越小，而工作频率急剧增加，半导体热环境向高温方向迅速变化。此时电子设备所产生的热量迅速积累、增加。在正常使用环境温度下，为保证电子元器件长时间、高可靠性地正常工作，及时散热能力就成为影响其使用寿命的重要限制因素，机体的发热量不断增加以及静电对电子产品产生的影响，已成为电子工业领域面临的重要问题之一。高分子材料大多又具有优良的电绝缘性能, 其体积电阻率都非常高, 约为1×1010—1×1020Ω·cm, 在使用时易产生静电积累, 导致吸尘、电击, 甚至产生火花放电等不良现象，使其在一些电子产品中无法应用。为此，迫切需要研制高导热性能及抗静电的高分子复合材料。聚丙烯(PP)作为三大通用塑料之一，具有优异的机械性能、良好的绝缘性、耐化学性以及密度小等特点。但由于PP极易燃烧且具有很高的表面电阻率，很容易因产生静电而引发火灾或爆炸，使其应用范围受到极大的限制。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种导热性能、抗静电性能和机械性能都比较好的聚丙烯复合材料及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种聚丙烯复合材料，按重量百分比由以下组分组成：

其中，所述的改性导热粉是采用偶联剂处理过的导热粉，其制备过程如下：

将占导热粉重量0.1-2%的钛酸酯偶联剂用无水溶剂稀释，然后把稀释后的钛酸酯偶联剂加入到导热粉中，加热并搅拌、混合，溶剂完全挥发后，得到钛酸酯偶联剂改性的导热粉；

将占导热粉重量的0.5-3%的硅烷偶联剂，在水中乳化，再将乳化后的硅烷偶联剂加入到钛酸酯偶联剂改性的导热粉中搅拌、混合后在80-100℃下干燥至恒重,除去游离水；然后在100-120℃条件下再次干燥至恒重，使导热粉表面与硅烷偶联剂中的羟基缩合；

将占导热粉重量的0.5-1%的MAH-g-PP 完全溶解在二甲苯中，加入到经硅烷偶联剂处理过的导热粉中，加热并搅拌，待二甲苯完全挥发后，得到所述的改性导热粉。

以上所述的聚丙烯复合材料，所述导热粉为三氧化二铝、氧化镁、氮化硼或氮化铝中的任一种和硅灰石或者碳化硅的混合物。

以上所述的聚丙烯复合材料，所述抗静电剂为石墨和/或碳纤维。

以上所述的聚丙烯复合材料，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯。

以上所述的聚丙烯复合材料，所述抗氧剂为三甘醇双-3-（3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基）丙烯腈、三（2，4-二叔丁基酚）亚磷酸酯中的一种，或由四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯酯）按重量比1：1混合而成。

以上所述的聚丙烯复合材料，所述增韧剂为马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯双接枝的乙烯类弹性体。

以上所述的聚丙烯复合材料，所述相容剂为马来酸醉接枝聚乙烯。

一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，包括步骤：

步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；

步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌5-10min，搅拌转速为300-450r/min；

步骤三、将步骤二得到的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为：一区温度160-180℃、二区温度170-190℃、三区温度170-190℃、四区温度170-190℃、五区温度170-190℃、六区温度115-140℃、七区温度115-140℃、八区温度115-140℃；螺杆转速350-450r/min。。

本发明制备的聚丙烯复合材料，将导热粉采用偶联剂进行处理，导热粉和抗静电剂两种填料相互配合协调作用，以更少的填充量实现高性能的导热性及抗静电性，且制备的PP材料具有较好的机械性能。

[具体实施方式]

下面通过实施例对本发明进行进一步阐述：

导热粉可以选用三氧化二铝、氧化镁、氮化硼或氮化铝中的任一种和硅灰石或者碳化硅的混合物，该导热粉采用偶联剂进行处理，具体处理过程如下：

将占导热粉重量0.1-2%的钛酸酯偶联剂四异丙基二(二辛基亚磷酸酰氧基)钛酸酯用无水溶剂乙醇稀释，然后把稀释后的钛酸酯偶联剂加入到导热粉中，加热并高速搅拌，混合1-2h后溶剂完全挥发，得到钛酸酯偶联剂改性的导热粉；

将占导热粉重量0.5-3%的硅烷偶联剂KH550，在水中乳化20-50min，再将该乳化后的硅烷偶联剂加入到钛酸酯偶联剂改性的填料中高速搅拌，混合20-50min后放入烘箱中在80-100℃下干燥至恒重,除去游离水；然后将烘箱温度升高至100-120℃，再次干燥至恒重，使导热粉表面与偶联剂中的羟基缩合；

将占导热粉重量0.5-1%的MAH-g-PP（南通日之升，CMG5001-W）完全溶解在二甲苯中，加入到经硅烷偶联剂改性的填料中，加热并高速搅拌，待溶剂完全挥发后，得到最终处理后的改性导热粉。钛酸酯偶联剂可以用γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯；硅烷偶联剂优选KH550。

增韧剂优选马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯双接枝的乙烯类弹性体E518。相容剂优选马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH（南通日之升CMG9804）。

抗静电剂优选石墨或导电碳纤维；

抗氧剂采用三甘醇双-3-（3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基）丙烯腈、三（2，4-二叔丁基酚）亚磷酸酯中的一种，或由四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯酯）按重量比1：1混合而成。抗氧剂牌号可以是1010,、168、1076等。

实施例1中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成：

PP树脂40%、EVA共聚物（台塑 630））20%、改性导热粉（钛酸酯偶联剂处理过的三氧化二铝和碳化硅），其中，三氧化二铝与碳化硅按重量1：1混合）10.2%、石墨 10%、碳纤维10%、相容剂 3%、增韧剂 5%、润滑剂0.5%、抗氧剂0.3%。

其制备方法如下：

步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，导热粉已采用偶联剂处理过；

步骤二、将称取的各个组分倒入搅拌桶中搅拌8min，搅拌转速为400r/min；

步骤三、将混合后的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为：一区温度160-180℃、二区温度170-190℃、三区温度170-190℃、四区温度170-190℃、五区温度170-190℃、六区温度115-140℃、七区温度115-140℃、八区温度115-140℃；螺杆转速350-450r/min。

实施例2

实施例2中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成：

PP树脂40%、EVA共聚物20%、改性导热粉（硅烷偶联剂）处理过的氮化铝和硅灰石，其中，氮化铝与硅灰石按重量1：1混合）15.2%、石墨15%、相容剂 3%、增韧剂 5%、润滑剂0.5%、抗氧剂0.3%。

其制备方法如下：

实施例3

实施例3中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成：

PP树脂40%、EVA共聚物20%、改性导热粉（钛酸酯偶联剂处理过的三氧化二铝和碳化硅，其中，三氧化二铝与碳化硅按重量1：1混合）20%、碳纤维10%、相容剂3%、增韧剂 5%、润滑剂0.5%、抗氧剂0.3%。

其制备方法如下：

实施例4

实施例4中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成：

PP树脂60%、改性导热粉（钛酸酯偶联剂处理过的三氧化二铝和碳化硅，其中，三氧化二铝与碳化硅按重量1：1混合）10.2%、石墨 10%、碳纤维10%、相容剂 3%、增韧剂 5%、润滑剂0.5%、抗氧剂0.3%。

其制备方法如下：

实施例5

实施例5中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成：

PP树脂40%、EVA共聚物20%、改性导热粉（钛酸酯偶联剂处理过的三氧化二铝）10.2%、石墨 20%、相容剂 3%、增韧剂 5%、润滑剂0.5%、抗氧剂0.3%。

其制备方法如下：

对比例1

对比例1中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成：

PP树脂50%、EVA共聚物20%、石墨10%、碳纤维10%、相容剂 3%、增韧剂 5%、润滑剂0.5%、抗氧剂0.3%、偶联剂0.2%。

其制备方法如下：

步骤一、按上述的重量百分比含量称取各个组分；其中，所述导热粉采用偶联剂处理过；

对比例2

对比例2中的聚丙烯复合材料，按重量百分比含量，由以下组分组成：

PP树脂50%、EVA共聚物20%、导热粉20.2%、相容剂 3%、增韧剂 5%、润滑剂0.5%、抗氧剂0.3%。

其制备方法如下：

性能测试及评价：

将上述实施例1-5及对比例1、2制备的粒子物料先在鼓风烘箱中80-90℃的条件下干燥2小时，然后将干燥好的粒子物料用注射成型机制成标准测试样条测试。

其中，拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸（mm）：（176±2）（长）×（12.6±0.2）（端部宽度）× (3.05±0.2 )（厚度），拉伸速度为50 mm/min；

缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸（mm）：（63±2）×（12.45±0.2）×(3.1±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为1.9 mm；

表面电阻率和体积电阻率按IEC 60093标准测试，导热系数按ASTMD5470标准测试。

实施例1-5及对比例1、2的材料性能测试数据如下表：

经过物性对比，我们可以发现偶联剂的处理可以明显改善导热粉、导电剂与基材的相容，获得更高综合性能的PP材料。复配的导热剂以及复配的导电剂，表现出更好的导热导电性能。

以上对本发明所提供的PP材料及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：

2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述导热粉为三氧化二铝、氧化镁、氮化硼或氮化铝中的任一种和硅灰石或者碳化硅的混合物。

3.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为石墨和/或碳纤维。

4.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或异丙基三油酸酰氧基钛酸酯。

5.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为三甘醇双-3-（3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基）丙烯腈、三（2，4-二叔丁基酚）亚磷酸酯中的一种，或由四[3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯与亚磷酸三（2，4-二叔丁基苯酯）按重量比1：1混合而成。

6.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为马来酸酐和甲基丙烯酸甲酯双接枝的乙烯类弹性体。

7.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸醉接枝聚乙烯。

8.一种权利要求1所述聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：

步骤一、按权利要求1所述的重量百分比含量称取各个组分；

步骤三、将步骤二得到的混合物料投入双螺杆挤出机中，经熔融反应，挤出造粒；双螺杆挤出机的工艺条件为：一区温度160-180℃、二区温度170-190℃、三区温度170-190℃、四区温度170-190℃、五区温度170-190℃、六区温度115-140℃、七区温度115-140℃、八区温度115-140℃；螺杆转速350-450r/min。