CN103554662B - 一种高性能导电pp聚合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种高性能导电pp聚合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高性能导电PP聚合物，其原料配方由偶联剂、增韧剂、PP、导电剂1、导电剂2组成。本发明的一种高性能导电PP聚合物表现出高抗冲、耐磨的性能，尤其表现出良好的导静电性能，其能够将产品表面及内部的静电彻底清除，尤其适用于精密仪器仪表结构件、国防军用特种结构件及箱体制品、航空航天器构件制造中的应用。

Description

一种高性能导电PP聚合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及PP聚合物材料领域，具体涉及一种高性能导电PP聚合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯（PP）是一种高密度、无侧链、高结晶的线性聚合物，相对于普通的塑料材料，抗冲击性能较高，同时具有耐热、耐腐蚀等优点。通常用于生产制造仪表、电气设备。同时，PP材料在使用过程中容易产生、积累静电而损伤电子元件，使之损毁报废
现有技术的抗静电措施虽然在一定程度上减少了PP表面静电的产生量，但效果仍不理想，未达到精密仪器仪表结构件、国防军用特种结构件及箱体制品、航空航天器构件等产品的抗静电标准。此外，现有的抗静电措施大多是采用抑制PP材料表面静电的产生而获得抗静电效果，此时PP材料内部仍聚集有较多的静电，用这种材料制备的产品，在高静电环境中容易影响正常性能。现有的抗静电PP还具有易老化、缺口抗冲击性能差、耐低温能力低等缺点，所制得的产品易损坏、性能差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种高性能、防止静电聚集的PP聚合物。
本发明的另一目的是提供一种可大规模推广、提高上述PP聚合物性能的制备方法。
本发明的另一目的是提供一种上述PP聚合物的应用。
本发明的第一个目的通过以下方式实现：
一种高性能导电PP聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
偶联剂0.5-2份；
增韧剂1-5份；
PP18-46.5份；
导电剂130-70份；
导电剂21-5份；
所述增韧剂为美国陶氏所产的POE8150，所述偶联剂为偶联剂550；所述导电剂1为炭黑；所述导电剂2为浙江哈弗龙公司所产的NP1010。
上述原料中，PP可选用市售产品实现。
上述增韧剂为美国陶氏所产的POE8150主要成份是一种乙烯辛烯共聚物，在本发明中可提高PP聚合物的抗冲击能力，尤其是低温下的抗冲击能力。POE8150具有良好的流动性，故能够充分与本发明原料配方中的各种原料和助剂充分混融。
上述偶联剂为市售产品偶联剂550，是优异的粘合促进剂，于本发明中可促进所述炭黑、NP1010与PP聚合物的结合，使之能够均匀、稳定地分散于本发明PP聚合物当中。偶联剂550具有增强PP聚合物绝缘性的效果，其使用通常会使PP聚合物更容易积聚静电。
上述导电剂1为炭黑，可采用任一种市售产品实现。一定数量的炭黑能够在PP聚合物中形成链式导电结构，使PP聚合物中产生的电荷迅速传导而不发生聚集。但炭黑难以在PP聚合物中均匀、稳定的分布，导致其导线效果不能正常发挥。且炭黑用量过高将影响PP聚合物的韧度和缺口抗冲击性能、耐寒性能，导致PP聚合物容易破裂、损坏、不耐低温。NP1010则是一种高效的阻燃剂，通常用于增强高分子材料的阻燃性能。而本发明人在研究中发现，NP1010具有增强炭黑导电效果的作用，即可降低PP聚合物中炭黑的添加量，二者协效可防止静电荷过量聚集而损伤电子元件同时能够避免现有技术中炭黑用量过高导致PP聚合物性能下降的问题。此外POE8150与上述炭黑、NP1010以一定比例的添加，还可提升本发明PP聚合物的抗冲击性能、耐低温性能，三者共同作用使所制得的高性能导电PP聚合物表现出较高的高抗冲、耐寒性能。
一种高性能导电PP聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照所述的比例将偶联剂、增韧剂、PP、导电剂1、导电剂2装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在190-230℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能导电PP聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30-50分钟。所述搅拌机的转速为1000-1300转/分。
提高搅拌机的转速可使各原料组分混合更充分从而获得质地均匀的产品。但对于某些原料来说，过慢的搅拌速度难以使其充分混合，过高的搅拌转速容易导致其自身结构的裂解。上述搅拌机的转速是发明人根据本发明各种原料组分的物性而优选的，在此范围内，既能保证原料的各组分能够混合均匀，又能有效防止原料发生裂解而失效。所述反复搅拌是指交替改变搅拌机的搅拌方向，如此便能够在不增加转速的情况下进一步促进各原料组分的混合。本发明的熔炼温度是根据各类原料的性质选定的，在该温度范围内，各类原料均可熔化彻底而得以充分混融，不因温度过低而熔融混炼不彻底，且不易因温度过高而裂解、变质。原料只有得到充分混融结合，才能协同作用获得本发明所追求的优质性能。
所述双螺旋挤出机的转速为600-850转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为60-75℃。
由于产品的性质不同，其冷却水温也各不一致。一般来说，升高水槽内的水温能够缩减粒料间的空隙使其不易碎裂，但过高的水温将导致粒料粘结，影响产品品质及外观。因此在本发明中，设计人根据双螺旋挤出机的转速、熔体的性质设计出上述的水槽水温范围，在该温度范围内生产出的本发明产品粒料间隙适中、不易粘结，具有良好的加工性能。
所述切粒机的转速为600-900转/分。
本发明设计人在研究实践中发现，切粒机转速过高会使粒料体积过小在后续的拉条工序中容易断裂，而切粒机转速过慢时则会是粒料肥大，影响最终粒料美观的同时还会加大粒料应用中的加工难度。而每一种成分的粒料均有其适宜的粒料大小，对于本发明而言，600-900转/分的切粒机的转速能够最大程度地提升本发明产品的外观及加工性能。
对产品的各项测试表明，本发明的一种高性能导电PP聚合物具有高抗冲、耐寒的性能，尤其表现出稳定、持续的导电效果，产品表面电阻值低至1×104Ω，能够有效消除静电的聚集，尤其适用于精密仪器仪表结构件、国防军用特种结构件及箱体制品、航空航天器构件制造中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明特别选用了炭黑、NP1010作为导电剂，二者结合有协效作用，能够彻底传导消除PP聚合物内部产生的静电，经测试PP聚合物的表面电阻最高可达到1×104Ω；同时NP1010可以降低PP聚合物中炭黑的用量，有助于维持PP聚合物的性能；炭黑、NP1010与偶联剂共同作用，可使炭黑、NP1010与各原料组分充分混合，从而进一步提高本发明高性能导电PP聚合物的导电效果。
2.本发明向PP聚合物中添加了增韧剂POE8150，其与炭黑、NP1010共同作用能够有效维持PP聚合物的抗冲击性能、机械性能，产品长期使用仍能具有较高的抗冲击效果；此外，其还能增强本发明PP聚合物的耐寒性能，在低温环境中仍能正常工作。
3.本发明的高性能导电PP聚合物的制备方法，是依据各原料组分的特点对搅拌机转速、熔炼温度、水槽水温、切粒机转速等工艺参数优化而得，保证所制得的高性能导电PP聚合物产品能够实现本发明所追寻的技术效果。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详细描述：
实施例1
本实施例提供一种高性能导电PP聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
偶联剂1.5份；
增韧剂4.5份；
PP26份；
导电剂165份；
导电剂23份；
所述增韧剂为美国陶氏所产的POE8150，所述偶联剂为偶联剂550；所述导电剂1为炭黑；所述导电剂2为浙江哈弗龙公司所产的NP1010。
上述PP采用市售产品。
上述一种高性能导电PP聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照所述的比例将偶联剂、增韧剂、PP、导电剂1、导电剂2装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在220℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能导电PP聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为43分钟。所述搅拌机的转速为1230转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为780转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为64℃。
所述切粒机的转速为890转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表1所示：
表1实施例1的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.18
模收缩 ASTMD955 % 0.8-1.2
延伸率 ASTMD638 % 8
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 35
弯曲强度 ASTMD790 Mpa 48
弯曲模数 ASTMD790 Mpa 1900
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 70
热变形温度 ASTMD648 ℃ 150
耐燃性 UL94 (1/8") HB
干燥温度 — ℃ 90
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 190-230
建议模温 — ℃ 50
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能导电PP聚合物具有较高的抗冲击性能，且具有较强的导静电能力，能够有效导空PP聚合物内部的静电。同时，本实施例的高性能导电PP聚合物还表现出优秀的抗老化、抗冲击性能，尤其适用于精密仪器仪表结构件、国防军用特种结构件及箱体制品、航空航天器构件制造中的应用。
实施例2
本实施例提供一种高性能导电PP聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
偶联剂0.5份；
增韧剂5份；
PP18份；
导电剂170份；
导电剂22份；
所述增韧剂为美国陶氏所产的POE8150，所述偶联剂为偶联剂550；所述导电剂1为炭黑；所述导电剂2为浙江哈弗龙公司所产的NP1010。
上述PP采用市售产品。
上述一种高性能导电PP聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照所述的比例将偶联剂、增韧剂、PP、导电剂1、导电剂2装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在230℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能导电PP聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30分钟。所述搅拌机的转速为1300转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为600转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为75℃。
所述切粒机的转速为600转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表2所示：
表2实施例2的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.18
模收缩 ASTMD955 % 0.8-1.2
延伸率 ASTMD638 % 7.9
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 35
弯曲强度 ASTMD790 Mpa 47
弯曲模数 ASTMD790 Mpa 1890
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 66
热变形温度 ASTMD648 ℃ 150
耐燃性 UL94 (1/8") HB
干燥温度 — ℃ 90
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 190-230
建议模温 — ℃ 50
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能导电PP聚合物具有较高的抗冲击性能，且具有较强的导静电能力，能够有效导空PP聚合物内部的静电。同时，本实施例的高性能导电PP聚合物还表现出优秀的抗老化、抗冲击性能，尤其适用于精密仪器仪表结构件、国防军用特种结构件及箱体制品、航空航天器构件制造中的应用。
实施例3
本实施例提供一种高性能导电PP聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
偶联剂2份；
增韧剂1份；
PP46.5份；
导电剂130份；
导电剂25份；
所述增韧剂为美国陶氏所产的POE8150，所述偶联剂为偶联剂550；所述导电剂1为炭黑；所述导电剂2为浙江哈弗龙公司所产的NP1010。
上述PP采用市售产品。
上述一种高性能导电PP聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照所述的比例将偶联剂、增韧剂、PP、导电剂1、导电剂2装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在190℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能导电PP聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为50分钟。所述搅拌机的转速为1000转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为850转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为60℃。
所述切粒机的转速为900转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表3所示：
表3实施例3的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.18
模收缩 ASTMD955 % 0.8-1.2
延伸率 ASTMD638 % 7.7
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 33
弯曲强度 ASTMD790 Mpa 48
弯曲模数 ASTMD790 Mpa 1800
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 79
热变形温度 ASTMD648 ℃ 150
耐燃性 UL94 (1/8") HB
干燥温度 — ℃ 90
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 190-230
建议模温 — ℃ 50
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能导电PP聚合物具有较高的抗冲击性能，且具有较强的导静电能力，能够有效导空PP聚合物内部的静电。同时，本实施例的高性能导电PP聚合物还表现出优秀的抗老化、抗冲击性能，尤其适用于精密仪器仪表结构件、国防军用特种结构件及箱体制品、航空航天器构件制造中的应用。
实施例4
本实施例提供一种高性能导电PP聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
偶联剂1份；
增韧剂2.5份；
PP42份；
导电剂150份；
导电剂24.5份；
所述增韧剂为美国陶氏所产的POE8150，所述偶联剂为偶联剂550；所述导电剂1为炭黑；所述导电剂2为浙江哈弗龙公司所产的NP1010。
上述PP采用市售产品。
上述一种高性能导电PP聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照所述的比例将偶联剂、增韧剂、PP、导电剂1、导电剂2装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在225℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能导电PP聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为47分钟。所述搅拌机的转速为1290转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为800转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为65℃。
所述切粒机的转速为830转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表4所示：
表4实施例4的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.18
模收缩 ASTMD955 % 0.8-1.2
延伸率 ASTMD638 % 8
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 34
弯曲强度 ASTMD790 Mpa 46
弯曲模数 ASTMD790 Mpa 1850
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 70
热变形温度 ASTMD648 ℃ 150
耐燃性 UL94 (1/8") HB
干燥温度 — ℃ 90
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 190-230
建议模温 — ℃ 50
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能导电PP聚合物具有较高的抗冲击性能，且具有较强的导静电能力，能够有效导空PP聚合物内部的静电。同时，本实施例的高性能导电PP聚合物还表现出优秀的抗老化、抗冲击性能，尤其适用于精密仪器仪表结构件、国防军用特种结构件及箱体制品、航空航天器构件制造中的应用。
实施例5
本实施例提供一种高性能导电PP聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
偶联剂1.3份；
增韧剂2份；
PP34份；
导电剂160份；
导电剂21份；
所述增韧剂为美国陶氏所产的POE8150，所述偶联剂为偶联剂550；所述导电剂1为炭黑；所述导电剂2为浙江哈弗龙公司所产的NP1010。
上述PP采用市售产品。
上述一种高性能导电PP聚合物的制备方法，其具体包括如下步骤：按照所述的比例将偶联剂、增韧剂、PP、导电剂1、导电剂2装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在195℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能导电PP聚合物。
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为35分钟。所述搅拌机的转速为1150转/分。
所述双螺旋挤出机的转速为630转/分。
所述熔体由双螺旋挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为70℃。
所述切粒机的转速为650转/分。
将本实施例的产品采用ASTM国际标准对其进行性能测试其结果如表5所示：
表5实施例5的性能测试结果
性质 方法 单位 数据
比重 ASTMD792 — 1.18
模收缩 ASTMD955 % 0.8-1.2
延伸率 ASTMD638 % 8
拉伸强度 ASTMD638 Mpa 34
弯曲强度 ASTMD790 Mpa 46
弯曲模数 ASTMD790 Mpa 1850
缺口冲击强度(1/8") ASTMD256 J/M 75
热变形温度 ASTMD648 ℃ 150
耐燃性 UL94 (1/8") HB
干燥温度 — ℃ 90
干燥时间 — HR 4
熔融温度 — ℃ 190-230
建议模温 — ℃ 50
由上表及表6可见，本实施例所提供的高性能导电PP聚合物具有较高的抗冲击性能，且具有较强的导静电能力，能够有效导空PP聚合物内部的静电。同时，本实施例的高性能导电PP聚合物还表现出优秀的抗老化、抗冲击性能，尤其适用于精密仪器仪表结构件、国防军用特种结构件及箱体制品、航空航天器构件制造中的应用。
表6实施例1-实施例5的高抗冲耐老化导静电PP聚合物性能测试结果
组别 方法 单位 数据
实施例1 GB/T15662 Ω 1×105
实施例2 GB/T15662 Ω 1×105
实施例3 GB/T15662 Ω 1×106
实施例4 GB/T15662 Ω 1×106
实施例5 GB/T15662 Ω 1×105
以上为本发明的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种高性能导电PP聚合物的制备方法，其特征在于，
所述的高性能导电PP聚合物，其原料配方由如下重量份的各组分组成：
所述增韧剂为美国陶氏所产的POE8150，所述偶联剂为偶联剂KH-550；所述导电剂1为炭黑；所述导电剂2为浙江哈弗龙公司所产的NP1010，
具体包括如下步骤：按照以上的比例将偶联剂、增韧剂、PP、导电剂1、导电剂2装入搅拌机中反复搅拌混合均匀后送入双螺杆挤出机中，在190-230℃的温度下熔融混炼，所得熔体由双螺杆挤出机挤出后经水槽冷却，引入切粒机进行切粒操作，所得粒料即为所述高性能导电PP聚合物，
所述反复搅拌是指反复搅拌三次，每次搅拌时间为30-50分钟，
所述搅拌机的转速为1000-1300转/分。
2.根据权利要求1所述的高性能导电PP聚合物的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的转速为600-850转/分。
3.根据权利要求1所述的高性能导电PP聚合物的制备方法，其特征在于：所述熔体由双螺杆挤出机挤出后经水槽冷却时，所用水槽温度为60-75℃。
4.根据权利要求1所述的高性能导电PP聚合物的制备方法，其特征在于：所述切粒机的转速为600-900转/分。
CN201310507127.8A 2013-10-25 2013-10-25 一种高性能导电pp聚合物及其制备方法和应用 Active CN103554662B (zh)

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