CN104558835A - 一种耐电压聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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张鹰
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Abstract

本发明公开了一种耐电压聚丙烯复合材料及其制备方法，其中耐电压聚丙烯复合材料由以下原料按重量百分比组成：聚丙烯79-94.7％，耐电压改性剂5-20％，稳定剂0.2-2％，其它添加剂0-2％。本发明的优点是：1、使用耐电压改性剂作为聚丙烯加工的辅助添加剂，可以大幅度提高材料的耐电压性能，制备方法简单，易于批量化生产；2、采用分段进料方式，将耐电压改性剂在螺杆下游加入挤出机，最大限度的避免了螺杆对于耐电压改性剂的径厚比的剪切破坏造成的影响，进一步提高了复合材料的性能。

Description

一种耐电压聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料，具体为耐电压聚丙烯复合材料，以及这种复合材料的制备方法，属于聚合物改性和加工领域。
背景技术
聚丙烯是广泛使用的通用型高分子材料,具有质轻价廉、绝缘性能优良，得到了广泛的应用，但是对于进一步提高聚丙烯的绝缘性能的研究较少。
随着电气行业的技术发展，对材料的绝缘性能提出了更高的要求，普通聚丙烯的击穿场强约24KV/mm，在一些超高压条件已不能满足要求。
现有技术下，聚丙烯的耐电压改性方法复杂，且成本高昂，如CN 103788506.A公布了一种聚丙烯耐电压绝缘树脂及其制备方法，主要使用辐照方法制备聚丙烯-聚苯乙烯树脂复合改性提高产品的耐电压性能。
而通过共混改性的方式，加入大径厚比的绝缘性填料，在注塑或者挤出中流动取向，排布成绝缘层，即可以大幅度提高聚丙烯材料的耐电压性能。
发明内容
本发明的目的在于开发一种低成本、易于批量制造的耐电压聚丙烯复合材料，以克服传统耐电压聚丙烯的材料局限性。
本发明的另一个目的是为了提供这种聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种耐电压聚丙烯复合材料，由下列重量百分比的原料组成：
其中，所述的聚丙烯为熔体流动速率(230℃×2.16kg)在0.5-60g/10min之间的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在4-10mol％范围内。
所述的耐电压改性剂为HAR云母，或HAR滑石粉，平均径厚比大于40，平均粒径2-15μm。
所述稳定剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，包括但不限于3114(化学名称为1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)-1,3,5-三嗪-2,4,6[1H,3H,5H]三酮)、1010(化学名称为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、DSTP(化学名称为硫代二丙酸硬脂醇酯)中的一种或两种以上的组合物；辅助抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂，包括但不限于618(化学名称为双十八烷基季戊四醇双亚磷酸酯)、168(化学名称为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯)中的一种或两种组合。
所述其它添加剂包括本领域技术人员认为所需的着色剂、成核剂、交联剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、加工助剂、抗静电助剂、抗微生物助剂和润滑剂中的一种或两种以上的组合物。
上述耐电压聚丙烯复合材料的制备方法，其步骤如下：
1)按重量配比称取原料；
2)将聚丙烯、稳定剂和其它添加剂在高速混合器中干混3-15分钟制得混合物A，将混合物A从螺杆尾部主喂料口加入双螺杆挤出机，耐电压改性剂从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒；其中螺筒内温度为：一区200-230℃，二区200-230℃，三区200-230℃，四区200-230℃，机头200-230℃，双螺杆挤出机转速为100-1000转/分。
本发明的优点是：
1、使用耐电压改性剂作为聚丙烯加工的辅助添加剂，可以大幅度提高材料的耐电压性能，制备方法简单，易于批量化生产。
2、采用分段进料方式，将耐电压改性剂在螺杆下游加入挤出机，最大限度的避免了螺杆对于耐电压改性剂的径厚比的剪切破坏造成的影响，进一步提高了复合材料的性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的范围在权利要求书中提出，不受这些实施例的限制。
在实施例及对比例的复合材料配方中，所用聚丙烯为熔体流动速率(230℃×2.16kg)3-40g/10min的均聚丙烯。
所用的耐电压改性剂为HAR云母，平均径厚比50，平均粒径8μm。
对比例采用的云母平均径厚比20，平均粒径8μm。
所用稳定剂为英国ICE公司的Negonox DSTP(化学名称为硫代二丙酸硬脂醇酯)、Ciba公司的Irganox 1010(化学名称为四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯)、以及Ciba公司的Igrafos168(化学名称为亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯)酯)。
所用其它添加剂为本领域技术人员认为所需的着色剂、成核剂、发泡剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、加工助剂、抗静电助剂、抗微生物助剂、润滑剂中的一种或以上的组合物。
实施例1
按重量百分比称取聚丙烯94.5％、Irganox 1010为0.1％、Igrafos 168为0.1％、Negonox DSTP为0.3％，在高速混合器中干混5分钟，制得混合物A。将混合物A由螺杆尾部主喂料口、HAR云母5％由螺杆中部侧向喂料口分别加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为：一区220℃，二区220℃，三区220℃，四区220℃，机头210℃，双螺杆挤出机转速为500转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。
实施例2
按重量百分比称取聚丙烯89.5％、Irganox 1010为0.1％、Igrafos 168为0.1％、Negonox DSTP为0.3％，在高速混合器中干混5分钟，制得混合物A。将混合物A由螺杆尾部主喂料口、HAR云母10％由螺杆中部侧向喂料口分别加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为：一区220℃，二区220℃，三区220℃，四区220℃，机头210℃，双螺杆挤出机转速为500转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。
实施例3
按重量百分比称取聚丙烯79.5％、Irganox 1010为0.1％、Igrafos 168为0.1％、Negonox DSTP为0.3％，在高速混合器中干混5分钟，制得混合物A。将混合物A由螺杆尾部主喂料口、HAR云母20％由螺杆中部侧向喂料口分别加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为：一区220℃，二区220℃，三区220℃，四区220℃，机头210℃，双螺杆挤出机转速为500转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。
对比例1
按重量百分比称取聚丙烯79.5％、Irganox 1010为0.1％、Igrafos 168为0.1％、Negonox DSTP为0.3％，在高速混合器中干混5分钟，制得混合物A。将混合物A由螺杆尾部主喂料口、普通云母20％由螺杆中部侧向喂料口分别加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为：一区220℃，二区220℃，三区220℃，四区220℃，机头210℃，双螺杆挤出机转速为500转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。
对比例2
按重量百分比称取聚丙烯99.5％、Irganox 1010为0.1％、Igrafos 168为0.1％、Negonox DSTP为0.3％，在高速混合器中干混5分钟，由螺杆尾部主喂料口加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为：一区220℃，二区220℃，三区220℃，四区220℃，机头210℃，双螺杆挤出机转速为500转/分。粒子经干燥后在注射成型机上注射成型制样。
性能评价方式：
击穿场强按GB/T1408.1测试，试验尺寸(mm)80*80*1，升压速度500V/s，介质为25#变压器油。
各实施例及对比例配方及性能测试结果见下列各表：
表1实施例1-3及对比例1-2材料配方(重量％)
对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3
聚丙烯 79.5 99.5 94.5 89.5 79.5
HAR云母 - - 5 10 20
普通云母 20 - - - -
1010 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
168 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
DSTP 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
表2实施例1-5及对比例1-2性能测试结果
对比例1 对比例2 实施例1 实施例2 实施例3
击穿场强KV/mm 27.3 24.2 29.5 33.2 35.1
从对比例2和实施例1-3的对比可以看出，随着耐电压改性剂添加量的逐步增加，聚丙烯复合材料的击穿场强迅速提高。由于耐电压改性剂在5％以上时已基本可以形成完整的阻隔层，添加量进一步提高，耐电压性能提高效率降低，添加量以5-20％为宜。
从对比例1-2与实施例1-3的对比可以看出，低径厚比的普通云母，难以形成完整的阻隔层，对耐电压性能贡献较低。

Claims (8)

1.一种耐电压聚丙烯复合材料，其特征在于：由下列重量百分比的原料组成：
2.根据权利要求1所述的耐电压聚丙烯复合材料，其特征在于：在230℃，2.16kg测试条件下，所述的聚丙烯为熔体流动速率在0.5-60g/10min之间的均聚丙烯或嵌段共聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的耐电压聚丙烯复合材料，其特征在于：其中嵌段共聚丙烯的共聚单体为乙烯，其含量在4-10mol％范围内。
4.根据权利要求1所述的耐电压聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的耐电压改性剂为HAR云母或HAR滑石粉，平均径厚比大于40，平均粒径2-15μm。
5.根据权利要求1所述的耐电压聚丙烯复合材料，其特征在于：所述稳定剂包括主抗氧剂和辅助抗氧剂，其中，主抗氧剂为受阻酚或硫酯类抗氧剂，辅助抗氧剂为亚磷酸盐或酯类抗氧剂。
6.根据权利要求5所述的耐电压聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的主抗氧剂为3114、1010和DSTP中的一种或两种以上的组合物；所述的辅抗氧剂为618和168中的一种或两种组合。
7.根据权利要求1所述的耐电压聚丙烯复合材料，其特征在于：所述其它添加剂包括本领域技术人员认为所需的着色剂、成核剂、交联剂、表面活性剂、增塑剂、偶联剂、阻燃剂、光稳定剂、加工助剂、抗静电助剂、抗微生物助剂和润滑剂中的一种或两种以上的组合物。
8.权利要求1所述耐电压聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：其步骤如下：
1)按重量配比称取原料；
2)将聚丙烯、稳定剂和其它添加剂在高速混合器中干混3-15分钟制得混合物A，将混合物A从螺杆尾部主喂料口加入双螺杆挤出机，耐电压改性剂从螺杆中部侧向喂料口加入双螺杆挤出机，经熔融挤出后冷却造粒；其中螺筒内温度为：一区200-230℃，二区200-230℃，三区200-230℃，四区200-230℃，机头200-230℃，双螺杆挤出机转速为100-1000转/分。
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