CN103849067A - 一种增强防静电聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。该材料由包括以下重量份的组分制成：聚丙烯100份，玻璃纤维5~25份，氧化锌晶须5~30份，抗氧剂0.3~1.5份，润滑剂0.2~1.5份，偶联剂0.1~1份，成核剂0.1~1份。本发明将氧化锌晶须，玻璃纤维按一定比复配，不仅提高了聚丙烯的力学性能，也增强了聚丙烯的防静电性能；另外，在体系中添加氧化锌晶须能够有效改善制品的表面光洁度，尺寸稳定性能，拓宽聚丙烯改性材料的应用范围；本发明利用简单的制备工艺，获得具有优良力学性能，一定抗静电性能的聚丙烯复合材料。

Description

一种增强防静电聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（PP）是一种成本低，性能优异，用途广泛的高分子材料，在通用塑料工程化的研究和发展中，聚丙烯是最具有发展潜力的材料之一，通过对聚丙烯进行增强改性，在性价比方面高于常用的聚酯，聚酰胺等工程塑料，其中，玻璃纤维增强的聚丙烯复合材料被大量应用于工程领域。
玻纤增强聚丙烯复合材料虽然具有很多优点，但是由于聚丙烯本身分子链是非极性的，使用时表面电阻率达到1015～1018数量级（Ω），容易在应用中产生静电，这在很大程度上限制了聚丙烯的应用范围。针对上述问题，人们在聚丙烯及其复合材料中加入具有抗静电性能的材料，以消除聚丙烯所带静电。
其中，氧化锌晶须（ZnOw）是近来开发的一种功能无机材料，具有立体四针状的独特三维结构和优异的导电性能，与普通的导电材料相比，赋予基体材料相同导电性能时，氧化锌晶须所需量极少，且稳定性高。因此，可在聚丙烯复合材料中加入一定量氧化锌晶须，不仅对聚丙烯有补强增韧的效果，还可改善聚丙烯的抗静电性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，该复合材料具有良好的力学性能，耐热性能和抗静电性能。
本发明的另一目的是提供一种上述聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，由包含以下重量份的组分制成：
Figure BDA00002543969800011
Figure BDA00002543969800021
所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，等规度为70%~95%，分子量为15万~30万。
所述的玻璃纤维是无碱玻璃纤维纱，直径为9~14μm。
所述的氧化锌晶须具有三维四针状结构，针状长度为10~300μm，密度为5.78g/cm3。
所述的抗氧剂选自2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、二苯胺、3，5-三级丁基-4-羟基苯基硫醚或对苯二胺或二氢喹啉中的一种或一种以上。
所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、或硬脂酸镁中的一种或一种以上。
所述的偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)或γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)的一种或一种以上。
所述的成核剂为聚丙烯β-晶型成核剂，优选碳酸钙、硅酸钙、二环己基对苯二甲或庚二酸/硬脂酸钙复合物中的一种或一种以上。
一种上述聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包含以下步骤：
（1）将聚丙烯和氧化锌晶须烘干；
（2）按照上述配比将100份聚丙烯，5~30份氧化锌晶须，0.1~1份偶联剂，0.3~1.5份抗氧剂、0.2~1.5份润滑剂和0.1~1份成核剂放入高速混合机中混合均匀；
（3）将5~25份玻璃纤维纱从双螺杆挤出机的玻纤引入口添加；
（4）将步骤（3）所得混合料加入双螺杆挤出机中混炼;
（5）将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到高强防静电型聚丙烯复合材料。
所述的步骤（1）中聚丙烯粒子在90℃下烘干2~3h，氧化锌晶须在110℃下烘干9~12h。
所述的步骤（4）中双螺杆挤出机的挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为300~350r/min。
本发明同现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
（1）本发明将氧化锌晶须，玻璃纤维按一定比复配，不仅提高了聚丙烯的力学性能，也一定程度上增强了聚丙烯的防静电性能；
（2）氧化锌晶须和玻璃纤维作为增强材料，小尺寸的氧化锌晶须可以填充由于玻璃纤维填充不紧密而产生的空洞，进一步提高复合材料的强度和耐热性能；
（3）在体系中添加氧化锌晶须能够有效改善制品的表面光洁度，尺寸稳定性能，拓宽聚丙烯改性材料的应用范围；
（4）本发明利用简单的制备工艺，获得具有优良力学性能，一定抗静电性能的聚丙烯复合材料。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明。
以下实施例中：聚丙稀，氧化锌晶须均烘干后使用，其中聚丙稀在90℃下烘干12h，氧化锌晶须在100℃下烘干12h。
实施例1
将100份聚丙烯，5份氧化锌晶须，0.3份抗氧剂2，6-三级丁基-4-甲基苯酚，0.2份润滑剂硬脂酸，0.1份偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和0.1份碳酸钙在混合机中混合均匀，将5份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为300r/min，冷却切粒后得到氧化锌晶须和玻璃纤维增强的防静电聚丙烯粒料，其性能见表1。
实施例2
将100份聚丙烯，8份氧化锌晶须，0.5份抗氧剂二苯胺，0.3份硬脂酸钙，0.3份偶联剂γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)和0.2份硅酸钙在混合机中混合均匀，将8份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为315r/min，冷却切粒后得到氧化锌晶须和玻璃纤维增强的防静电聚丙烯粒料，其性能见表1。
实施例3
将100份聚丙烯，10份氧化锌晶须，0.7份3，5-三级丁基-4-羟基苯基硫醚，0.5份硬脂酸锌，0.3份3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和0.3份二环己基对苯二甲在混合机中混合均匀，将10份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为325r/min，冷却切粒后得到氧化锌晶须和玻璃纤维增强的防静电聚丙烯粒料，其性能见表1。
实施例4
将100份聚丙烯，12份氧化锌晶须，0.9份对苯二胺，0.7份聚乙烯蜡，0.4份γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)和0.5份庚二酸/硬脂酸钙复合物在混合机中混合均匀，将12份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为330r/min，冷却切粒后得到氧化锌晶须和玻璃纤维增强的防静电聚丙烯粒料，其性能见表1。
实施例5
将100份聚丙烯，15份氧化锌晶须，1.1份3，5-三级丁基-4-羟基苯基硫醚，0.9份硬脂酸镁，0.5份3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和0.6份硅酸钙在混合机中混合均匀，将15份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为335r/min，冷却切粒后得到氧化锌晶须和玻璃纤维增强的防静电聚丙烯粒料，其性能见表1。
实施例6
将100份聚丙烯，20份氧化锌晶须，1.2份二氢喹啉，1.1份硬脂酸，0.7份3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和0.7份二环己基对苯二甲在混合机中混合均匀，将18份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为340r/min，冷却切粒后得到氧化锌晶须和玻璃纤维增强的防静电聚丙烯粒料，其性能见表1。
实施例7
将100份聚丙烯，25份氧化锌晶须，1.3份2，6-三级丁基-4-甲基苯酚，1.3份聚乙烯蜡，0.9份γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)和0.9份庚二酸/硬脂酸钙复合物在混合机中混合均匀，将20份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为345r/min，冷却切粒后得到氧化锌晶须和玻璃纤维增强的防静电聚丙烯粒料，其性能见表1。
实施例8
将100份聚丙烯，30份氧化锌晶须，1.5份二苯胺，1.5份硬脂酸锌，1份3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)和1份碳酸钙在混合机中混合均匀，将25份无碱玻璃纤维纱从挤出机的玻纤引入口添加，然后将共混物用双螺杆挤出机混炼，挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为350r/min，冷却切粒后得到氧化锌晶须和玻璃纤维增强的防静电聚丙烯粒料，其性能见表1。
表1
Figure BDA00002543969800051
从表中可以看出，增强防静电聚丙烯复合材料具有良好的综合性能，当氧化锌晶须的含量不断增加时，聚丙烯材料的体积电阻率呈现明显下降当氧化锌晶须的含量为12份~30份时，聚丙烯材料的表面电阻率达到108~1012Ω，远低于纯聚丙烯的表面电阻，具有良好的导电性能，能够明显改善聚丙烯材料表面容易聚集灰尘的缺点，可满足材料的抗静电要求，扩展了PP材料的应用领域。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，其特征在于：由包含以下重量份的组分制成：
Figure FDA00002543969700011
2.根据权利要求1所述的聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，等规度为70%~95%，分子量为15万~30万。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，其特征在于：所述的玻璃纤维是无碱玻璃纤维纱，直径为9~14μm。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，其特征在于：所述的氧化锌晶须具有三维四针状结构，针状长度为10~300μm，密度为5.78g/cm3。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂选自2，6-三级丁基-4-甲基苯酚、二苯胺、3，5-三级丁基-4-羟基苯基硫醚或对苯二胺或二氢喹啉中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，其特征在于：所述的润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、硬脂酸锌、聚乙烯蜡、或硬脂酸镁中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，其特征在于：所述的偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷的一种或一种以上。
8.根据权利要求1所述的聚丙烯/玻纤/氧化锌晶须复合材料，其特征在于：所述的成核剂为聚丙烯β-晶型成核剂，优选碳酸钙、硅酸钙、二环己基对苯二甲或庚二酸/硬脂酸钙复合物中的一种或一种以上。
9.一种权利要求1-8中任一所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包含以下步骤：
（1）将聚丙烯和氧化锌晶须烘干；
（2）按照权利要求1所述的配比将100份聚丙烯，5~30份氧化锌晶须，0.1~1份偶联剂，0.3~1.5份抗氧剂、0.2~1.5份润滑剂和0.1~1份成核剂放入高速混合机中混合均匀；
（3）将5~25份玻璃纤维纱从双螺杆挤出机的玻纤引入口添加；
（4）将步骤（3）所得混合料加入双螺杆挤出机中混炼；
（5）将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到高强防静电型聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（1）中聚丙烯粒子在90℃下烘干2~3h，氧化锌晶须在110℃下烘干9~12h；
或所述的步骤（4）中双螺杆挤出机的挤出温度为200~235℃，双螺杆挤出机螺杆转速为300~350r/min。
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