CN103396607A - 一种阻燃增强的抗静电pp复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃增强的抗静电PP复合材料及其制备方法，该阻燃增强的抗静电PP复合材料包括以下配方组分：聚丙烯，相容剂，白矿油，偶联剂，玻璃纤维，阻燃剂，协效阻燃剂，抗静电剂，复合润滑剂，其他助剂。本发明以聚丙烯为基体树脂，使用自制相容剂，同时配合偶联剂，使得抗静电剂、玻璃纤维与基体树脂具有优异的结合力，克服了玻纤增强阻燃材料的灯芯效应，具有良好的阻燃性能；同时，玻璃纤维和导电炭黑具有明显的导电协同作用，使得材料又有优异的导电性。其制备方法操作简单，成本低廉，生产效益高，适于工业化生产。

Description

一种阻燃增强的抗静电PP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，尤其涉及一种阻燃增强的抗静电PP复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯作为五大通用塑料之一，因密度小，性价比高，容易成型加工等特点，而广泛用于汽车工业、家用电器、电子元器件等行业中。

但聚丙烯（简称PP）是高绝缘性材料，体积电阻率一般为10¹⁶～10¹⁸Ω·m，表面电阻率为10¹⁶～10¹⁷Ω·m，在摩擦、剥离或感应过程下表面会产生静电荷。由于PP本身表面电阻率与体积电阻率较高，所以无法转移所产生的静电荷，当表面静电荷积累到一定程度后，就会吸附灰尘,既影响了材料的美观，而且容易引起吸尘电击或者火花放电等不良现象，不利于塑料制品的加工与使用，塑料的抗静电问题已引起了人们的高度重视。

聚丙烯极易燃烧，无法满足特定防火领域的需求。为了进一步满足对机械强度，刚性有更高要求领域的需求，扩大聚丙烯材料的使用范围，替代部分工程塑料，开发一种抗静电、环保阻燃而且机械性能优良的聚丙烯符合材料显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，旨在提供一种耐热性、阻燃性、抗静电性和机械性能好的PP复合材料。

本发明的另一目的是提供一种工艺简单、生产成本低、生产效益高、适于工业化生产的阻燃增强的抗静电PP复合材料的制备方法。

本发明实施例是这样实现的，一种阻燃增强的抗静电PP复合材料，包括如下重量百分比的配方组分：

聚丙烯          15.2-50.1%;

相容剂          10-30%；

白矿油          0.1-1%；

偶联剂          0.3-0.8%；

玻璃纤维        10-30%；

阻燃剂          15-25%；

协效阻燃剂      4-9%；

抗静电剂        10-16%；

复合润滑剂      0.5-1.5%

其他助剂        0-1.5%。

以及，一种阻燃增强的抗静电PP复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述阻燃增强的抗静电PP复合材料配方分别称取各组分；

将所述称取的除玻璃纤维之外的各组分进行混料处理，得到混合物料；

将所述混合物料从主料口喂入，玻璃纤维从加纤口喂入进行熔融挤出，造粒，得到所述阻燃增强的抗静电PP复合材料。

上述阻燃增强的抗静电PP复合材料以聚丙烯为基体组分，使用自制相容剂，同时配合偶联剂，使得抗静电剂、玻璃纤维与基体组分具有优异的结合力，在熔融挤出过程中发生协同作用，赋予了该阻燃增强的抗静电PP复合材料以下优异性能：

1.阻燃性能好。相容剂配合偶联剂，增加了玻璃纤维、抗静电剂与基体树脂之间的结合力，有效克服了玻纤增强阻燃材料的灯芯效应，PP复合材料的阻燃性能得到增加，达到了UL94V0级。

2.抗静电性能好。由于玻璃纤维和抗静电剂之间具有明显的导电协同作用，使得PP复合材料的表面电阻明显降低，达到10⁶-10⁹Ω，远远低于纯PP材料的10¹⁶Ω，因此，明显增加了本发明PP复合材料的抗静电性能，改善PP原料表面易聚集灰尘的缺点。

3.机械性能好。对本发明提供的PP复合材料进行了拉伸强度、弯曲强度、弯曲木梁、缺口冲击强度测试，结果显示该PP复合材料的机械性能好。

上述PP复合材料制备方法只需按配方将各组分混合并在适当的温度下熔融挤出即可得到产品，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例阻燃增强的抗静电PP复合材料制备方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

本发明实施例提供了一种阻燃增强的抗静电PP复合材料。该PP复合材料包括如下重量百分比的配方组分：

聚丙烯          15.2-50.1%;

相容剂          10-30%；

白矿油          0.1-1%；

偶联剂          0.3-0.8%；

玻璃纤维        10-30%；

阻燃剂          15-25%；

协效阻燃剂      4-9%；

抗静电剂        10-16%；

复合润滑剂      0.5-1.5%

其他助剂        0-1.5%。

具体地，上述聚丙烯组分作为基体组分之一，其具有优良的力学性能，其冲击强度极好，拉伸强度仅可达到30Mpa；聚丙烯具有良好的耐热性，聚丙烯材料制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形；此外，其成型性好，被广泛用于汽车工业、家用电器、电子元器件等行业中。该聚丙烯一般选用聚丙烯树脂，在优选实施例中，所述聚丙烯为均聚聚丙烯树脂、共聚聚丙烯树脂中的至少一种，其熔融指数MFI在230℃×2.16kg条件下为2-40g/10min。

上述相容剂组分作为基体组分之一，其对PP复合材料的阻燃性能的提高具有很大的影响。由于PP复合材料中，聚丙烯树脂与抗静电剂、玻璃纤维的相容性较差，现有PP复合材料中由于采用的相容剂不能很好地解决上述三者的相容性问题，从而导致PP复合材料的阻燃性能和抗静电性能较差。因此，作为本发明优选实施例，采用自制相容剂替代本领域常用的相容剂。该自制相容剂优选为PP-g-MAH、POE-g-GMA、SEBS-g-MAH和EPDM-g-MAH中的一种或者一种以上的混合物，其混合比例任意，以PP复合材料的总量为100%计，自制相容剂的重量百分比优选为10-30%。

其中，自制相容剂PP-g-MAH包括如下重量百分比的配方组分组成：聚丙烯95.7-96.4%；马来酸酐1.0-2%；苯乙烯1.0-2%；引发剂0.8-1.5%。

自制相容剂POE-g-GMA包括如下重量百分比的配方组分组成：POE95.6-97.8%，引发剂0.2-0.4%，苯乙烯0.5-1.5%，丙烯酸缩水甘油酯1.5-2.5%。

自制相容剂SEBS-g-MAH包括如下重量百分比的配方组分组成：SEBS95.6-97.8%，引发剂0.2-0.4%，苯乙烯0.5-1.5%，马来酸酐1.5-2.5%。

自制相容剂EPDM-g-MAH包括如下重量百分比的配方组分组成：EPDM95.6-97.8%，引发剂0.2-0.4%，苯乙烯0.5-1.5%，马来酸酐1.5-2.5%。

上述自制相容剂中，所述引发剂的选择不受限制，作为优选实施例，所述引发剂为过氧化二异丙苯。

上述自制相容剂PP-g-MAH、POE-g-GMA、SEBS-g-MAH和EPDM-g-MAH均是按照各自的配方进行混料处理后通过熔融挤出制备获得。在优选实施例中，熔融挤出的温度为135-185℃。具体地，该熔融挤出的设备可以是螺杆机等设备。

上述自制相容剂的添加，使得所述PP复合材料中的抗静电剂、玻璃纤维与基体聚丙烯树脂在偶联剂的配合下产生优良的结合力，有效地增强了三者的相容性，克服了玻璃纤维增强阻燃材料的灯芯效应，从而降低了PP复合材料的导热性，提高了PP复合材料阻燃性能。

PP复合材料中，往往存在结构各异的多种组分，包括有机物和无机物组分。为了增强有机物与无机化合物之间的亲和力作用，使有机物和无机物的相容性得到改善，提高材料的抗冲击强度；同时提高复合材料的物理化学性能，如强度、韧性、电性能、耐水、耐腐蚀性，PP复合材料中需要选用能有效解决上述问题的偶联剂。在本发明优选实施例中，上述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。其中，所述硅烷偶联剂分子中同时具有能和无机质材料化学结合的反应基团及与有机质材料化学结合的反应基团，因此在PP复合材料中能改善玻璃纤维和聚丙烯树脂的粘合性能，大大提高玻璃纤维增强复合材料的强度、抗气候等性能，即使在湿态时，它对复合材料机械性能的提高，效果也十分显著；钛酸酯偶联剂含有可水解的短链烷氧基，能与无机物表面羟基起反应，从而达到化学偶联的目的；同时由于其存在长碳键烷烃基，比较柔软，能和有机聚合物进行弯曲缠结，因此提高了有机物和无机物的相容性。

玻璃纤维是一种绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度性能好的无机非金属材料，可用作复合材料中的电绝缘材料，在不影响其机械性能、耐热性能的调解下，提高PP复合材料的抗静电性能。在优选实施例中，玻璃纤维选用短切玻璃纤维或长玻璃纤维中的一种。作为具体实施例，由于短切玻璃纤维对复合材料的增强效应优异，玻璃纤维选用短切玻璃纤维。

阻燃剂是上述PP复合材料中重要的组分之一，是赋予易燃聚合物具有难燃性的功能性助剂。本发明优选实施例中，所述阻燃剂选自阻燃效率高、投放量少、且低毒环保的环保型溴系阻燃剂中的至少一种，如十溴二苯乙烷、溴化环氧树脂、溴化聚苯乙烯中的至少一种。作为具体实施例，所述阻燃剂选用热稳定性好、且跟其他溴系环保阻燃剂比阻燃剂的渗出性低的十溴二苯乙烷。

为了进一步提高阻燃剂的效果，在优选是实例中，提高PP复合材料的阻燃性能，本发明选用三氧化二锑、五氧化二锑或者硼酸锌的至少一种作为协效阻燃剂。

本发明实施例中，为了能降低PP复合材料中的表面电阻率和体积电阻率，适度提高PP复合材料的抗静电性能、阻止静电蓄积的物质，本发明实施例中所述PP复合材料中添加了抗静电剂组分。作为优选实施例，所述抗静电剂选用为导电炭黑。在自制相容剂和偶联剂的共同作用下，由于玻璃纤维和导电炭黑之间具有明显的导电协同作用，使得PP复合材料的表面电阻明显降低，达到10⁶-10⁹Ω，远远低于纯PP材料的10¹⁶Ω，因此，明显增加了本发明PP复合材料的抗静电性能，改善PP原料表面易聚集灰尘的缺点。

上述PP复合材料中，复合润滑剂优选为EBS、TAS-2A、TAF的至少一种。为了便于PP复合材料中各组分的混合，本发明实施例所述PP复合材料中添加少量的白矿油。此外，还可选择加入重量百分含量不超过所述PP复合材料总重1.5%的其他助剂。其他助剂为可改善上述PP复合材料稳定性能的成分，可为抗氧剂、脱模剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、热稳定剂的任一种或者它们的混合物。

本发明实施例提供的阻燃增强的抗静电PP复合材料使用自制相容剂，同时配合偶联剂，使得抗静电剂、玻璃纤维与聚丙烯基体树脂具有优异的结合力，克服了玻璃纤维增强阻燃材料的灯芯效应，PP复合材料的阻燃性能得到增加，达到了UL94V0级；由于玻璃纤维和抗静电剂之间具有明显的导电协同作用，使得PP复合材料的表面电阻明显降低，达到10⁶-10⁹Ω，远远低于纯PP材料的10¹⁶Ω，因此，明显增加了本发明PP复合材料的抗静电性能，改善PP原料表面易聚集灰尘的缺点；通过对本发明提供的PP复合材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲木梁、缺口冲击强度进行测试，结果显示该PP复合材料的机械性能好。

相应地，本发明实施例还一种阻燃增强的抗静电PP复合材料的制备方法，包括以下步骤，如附图1所示：

S01.称取配方组分：按照上述阻燃增强的抗静电PP复合材料配方分别称取各组分；

S02.制备混合物料：将所述称取的除玻璃纤维之外的各组分进行混料处理，得到混合物料；

S03.混合物料的熔融挤出：将所述混合物料从主料口喂入，玻璃纤维从加纤口喂入进行熔融挤出，造粒，得到所述阻燃增强的抗静电PP复合材料。

具体地，上述步骤S01中阻燃增强的抗静电PP复合材料的配方以及配方中的各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02中，将所述称取除玻璃纤维之外的各组分进行混料处理。各组分进行混料处理的时间可以根据实际生产条件进行灵活的调整，只要各组分预混充分即可，如混合的设备可以是混料筒等。在优选实施例中，混料处理是将各组分在高速（如转速大于300r/min）混合处理10～15min，使得各组分混合均匀。

上述步骤S03中，所述玻璃纤维从加纤口喂入，当同时加入长玻璃纤维和短玻璃纤维时，可将其分别从不同的加纤口加入，作为具体实施例，长玻璃纤维通过排气孔加入，段玻璃纤维通过侧喂料口加入。当然，应当理解，玻璃纤维的加入方式不受上述方式的限制。步骤S03中，混合物料的熔融挤出可以采用本领域常规的工艺。为了使得各组分在熔融挤出中更好的协同作用，赋予上述阻燃增强的抗静电PP复合材料更加优异的耐热性和力学性能，在优选实施例中，混合物料熔融挤出是采用双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺条件为：

一区温度为180-200℃，二区温度为180-210℃，三区温度为150-180℃，四区温度为160-190℃，模头温度为200-220℃。

上述PP复合材料制备方法只需按配方将各组分混合并在适当的温度下熔融挤出即可得到产品，在熔融挤出过程中只需控制熔融挤出的温度和时间即可，因此，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于工业化生产。

本发明实施例提供的阻燃增强的抗静电PP复合材料的制备方法，其操作简单、成本低廉，生产效益高，适于工业化生产。

现以具体阻燃增强的抗静电PP复合材料的配方和制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明。

实施例一

一种阻燃增强的抗静电PP复合材料制备，包括如下重量百分比的配方组分：

聚丙烯          38.5%;

自制相容剂      15%

白矿油          1%；

偶联剂          0.5%；

玻璃纤维        10%；

阻燃剂          16%；

协效阻燃剂      8%；

抗静电剂        10%；

复合润滑剂      1%

上述阻燃增强的抗静电PP复合材料制备方法为：

S11：按以上阻燃增强的抗静电PP复合材料配方分别称取各组分；

S12：将将步骤S11中称取聚丙烯、自制相容剂、白矿油、偶联剂在混合器混合混匀，再将阻燃剂、协效阻燃剂、抗静电剂、复合润滑剂及其他助剂加入混合器混合均匀，得到混合物料；

S13：将步骤S12中得到的混合物料加入到双螺杆挤出机的主料口中，长玻璃纤维通过排气孔加入，短玻璃纤维通过侧喂料口加入，经熔融共混，挤出造粒成复合材料；其中，螺杆各区温度设置分别为：双螺杆挤出机一区温度为180-200℃，二区温度为180-210℃，三区温度为150-180℃，四区温度为160-190℃，模头温度为200-220℃。

实施例二

一种阻燃增强的抗静电PP复合材料制备，包括如下重量百分比的配方组分：

聚丙烯          19.5%;

自制相容剂      22%；

白矿油          1%；

偶联剂          0.5%；

玻璃纤维        20%；

阻燃剂          18%；

协效阻燃剂      6%；

抗静电剂        12%；

复合润滑剂      1%

上述阻燃增强的抗静电PP复合材料制备方法为：

S21：按以上阻燃增强的抗静电PP复合材料配方分别称取各组分；

S22：将将步骤S11中称取聚丙烯、自制相容剂、白矿油、偶联剂在混合器混合混匀，再将阻燃剂、协效阻燃剂、抗静电剂、复合润滑剂及其他助剂加入混合器混合均匀，得到混合物料；

S13：将步骤S12中得到的混合物料加入到双螺杆挤出机的主料口中，长玻璃纤维通过排气孔加入，短玻璃纤维通过侧喂料口加入，经熔融共混，挤出造粒成复合材料；其中，螺杆各区温度设置分别为：双螺杆挤出机一区温度为180-200℃，二区温度为180-210℃，三区温度为150-180℃，四区温度为160-190℃，模头温度为200-220℃。

实施例三

一种阻燃增强的抗静电PP复合材料制备，包括如下重量百分比的配方组分：

聚丙烯          10.5%;

自制相容剂      21%；

白矿油          1%；

偶联剂          0.5%；

玻璃纤维        30%；

阻燃剂          16%；

协效阻燃剂      5%；

抗静电剂        15%；

复合润滑剂      1%

上述阻燃增强的抗静电PP复合材料制备方法为：

S31：按以上阻燃增强的抗静电PP复合材料配方分别称取各组分；

S32：将将步骤S11中称取聚丙烯、自制相容剂、白矿油、偶联剂在混合器混合混匀，再将阻燃剂、协效阻燃剂、抗静电剂、复合润滑剂及其他助剂加入混合器混合均匀，得到混合物料；

S33：将步骤S12中得到的混合物料加入到双螺杆挤出机的主料口中，长玻璃纤维通过排气孔加入，短玻璃纤维通过侧喂料口加入，经熔融共混，挤出造粒成复合材料；其中，螺杆各区温度设置分别为：双螺杆挤出机一区温度为180-200℃，二区温度为180-210℃，三区温度为150-180℃，四区温度为160-190℃，模头温度为200-220℃。

性能测试

将上述实施例1-3制备得到的阻燃增强的抗静电PP复合材料进行性能测试，相关性能测试方法如下：

(1)拉伸强度标准：ASTMD638，试样类型为I型，样条尺寸为57mm*13mm*3.2mm(有效尺寸)，拉伸速度为50mm/min；

(2)弯曲强度标准：ASTM D790，样条尺寸为128mm*13mm*3.2mm，弯曲速度为20mm/mi；

(3)悬臂梁冲击标准：ASTM D256，样条尺寸为63.5mm*12.7mm*3.2mm；缺口剩余宽度为10.71mm；

(4)热变形温度标准：ASTMD648/载荷1.82MPa，样条尺寸为128mm*13mm*6.4mm；

(5)透光率测试及雾度测试：按照美国材料实验协会标准ASTM D1003-61（1997），测试样板厚度为2mm；

(6)阻燃性能：按照UL94标准测试，样条厚度1.6mm。

测试结果如下表1所示：

表1

由上表可以看出，抗静电复合材料具有较好的综合性能。本发明通过自制相容剂，同时配合偶联剂，使得抗静电剂、玻璃纤维与基体树脂具有优异的结合力，克服了玻纤增强阻燃材料的灯芯效应，具有良好的阻燃性能，达到了UL94V0；玻璃纤维和导电炭黑具有明显的导电协同作用，使得材料又有优异的导电性，其导电性可以在较大的范围内调节。本发明实施例抗静电聚丙烯材料的表面电阻在10⁶～10⁹Ω，远低于纯PP料的10¹⁶Ω，因此材料抗静电能好，能够明显的改善PP原料表面易聚积灰尘的缺点，扩展了PP料的应用领域。

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 (10)

1.一种阻燃增强的抗静电PP复合材料，包括如下重量百分比的配方组分：

聚丙烯          15.2-50.1%;

相容剂          10-30%；

白矿油          0.1-1%；

偶联剂          0.3-0.8%；

玻璃纤维        10-30%；

阻燃剂          15-25%；

协效阻燃剂      4-9%；

抗静电剂        10-16%；

复合润滑剂      0.5-1.5%

其他助剂        0-1.5%。

2.如权利要求1所述的阻燃增强的抗静电PP复合材料，其特征在于：所述相容剂为PP-g-MAH、POE-g-GMA、SEBS-g-MAH和EPDM-g-MAH中的一种或两种以上的混合物，其中，

所述PP-g-MAH包括如下重量百分比的配方组分：聚丙烯95.7-96.4%；马来酸酐1.0-2%；苯乙烯1.0-2%；引发剂0.8-1.5%；

所述POE-g-GMA包括如下重量百分比的配方组分：POE95.6-97.8%，引发剂0.2-0.4%，苯乙烯0.5-1.5%，丙烯酸缩水甘油酯1.5-2.5%；

所述SEBS-g-MAH包括如下重量百分比的配方组分：SEBS95.6-97.8%，引发剂0.2-0.4%，苯乙烯0.5-1.5%，马来酸酐1.5-2.5%；

所述EPDM-g-MAH包括如下重量百分比的配方组分：EPDM95.6-97.8%，引发剂0.2-0.4%，苯乙烯0.5-1.5%，马来酸酐1.5-2.5%。

3.如权利要求1或2所述的阻燃增强的抗静电PP复合材料，其特征在于：所述聚丙烯为均聚聚丙烯树脂、共聚聚丙烯树脂的至少一种，其熔融指数MFI在230℃×2.16kg条件下为2-40g/10min。

4.如权利要求1或2所述的阻燃增强的抗静电PP复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂中的至少一种。

5.如权利要求1或2所述的阻燃增强的抗静电PP复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为环保型溴系阻燃剂中的至少一种。

6.如权利要求1或2所述的阻燃增强的抗静电PP复合材料，其特征在于：所述协效阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑或者硼酸锌中的至少一种。

7.如权利要求1或2所述的阻燃增强的抗静电PP复合材料，其特征在于：所述抗静电剂为导电炭黑。

8.如权利要求1或2所述的阻燃增强的抗静电PP复合材料，其特征在于：所述复合润滑剂为EBS、TAS-2A、TAF的至少一种。

9.一种阻燃增强的抗静电PP复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按照权利要求1～8所述阻燃增强的抗静电PP复合材料配方分别称取各组分；

将所述称取的除玻璃纤维之外的各组分进行混料处理，得到混合物料；

将所述混合物料从主料口喂入，玻璃纤维从加纤口喂入进行熔融挤出，造粒，得到所述阻燃增强的抗静电PP复合材料。

10.如权利要求9所述的阻燃增强的抗静电PP复合材料的制备方法，其特征在于：所述熔融挤出是采用双螺杆挤出，其挤出工艺条件为：

一区温度为180-200℃，二区温度为180-210℃，三区温度为150-180℃，四区温度为160-190℃，模头温度为200-220℃。

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