CN104672850A - 一种抗静电增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抗静电增强聚碳酸酯复合材料，由包含以下重量份的组分组成：聚碳酸酯100份，玻璃纤维5～30份，掺铝纳米氧化锌5～25份，增韧剂3～15份，助剂0.5～3份。制备方法如下：将100份干燥后聚碳酸酯、5～25份干燥后掺铝纳米氧化锌、3～15份增韧剂和0.5～3份助剂混合均匀，然后加入5～30份玻璃纤维，在双螺杆挤出机中混炼、挤出冷却、切粒得到抗静电增强聚碳酸酯复合材料。本发明提供的复合材料具有良好的力学性能和一定的抗静电性能，有效地拓展了聚碳酸酯复合材料的应用范围。

Description

一种抗静电增强聚碳酸酯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，具体涉及一种具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚碳酸酯（PC）是一种性能优良的热塑性工程塑料，具有优异的抗冲击性，耐热，耐寒和尺寸稳定性能，是五大工程塑料中唯一具有良好透明性的材料，广泛的应用于电器，汽车，机械设备等领域，但是由于聚碳酸酯材料的表面电阻较高（大于1015Ω.m），发生摩擦时材料表面很容易积累静电荷而带来很多不良的后果，尤其是在电子仪器普及以及微电子技术飞速发展的今天，因为静电所导致的材料破坏等问题越来越多，因此研究制备具有抗静电性能的聚碳酸酯产品具有很重要的意义。
目前，制备具有抗静电性能的聚碳酸酯复合材料有以下几种途径：一是将导电炭黑，碳纤维以及碳纳米管等作为抗静电剂，但由于这些抗静电材料都是黑色，很难将聚碳酸脂复合材料配成其他颜色，限制了聚碳酸酯的应用；二是在聚碳酸酯中加入金属纤维，但这样会增加聚碳酸酯材料的密度；除上述以外，人们也通过在聚碳酸酯制品表面涂覆抗静电涂料，但至今为止，很难制得白色或塑料本色，且密度相对较低的，表面电阻小于108Ω.m的抗静电增强聚碳酸酯复合材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，具有良好的力学性能和一定的抗静电性能，有效地拓展了聚碳酸酯复合材料的应用范围。
本发明的另一个目的是提供一种上述抗静电增强聚碳酸酯复合材料的制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明提供了一种抗静电增强聚碳酸酯复合材料，由包含以下重量份的组分组成：
所述聚碳酸酯为粘均分子量为20000～30000的聚碳酸酯，熔融指数为18g/10min。
所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为9～14μm。
所述掺铝纳米氧化锌的粒径为10～50nm，密度为5.78g/cm3。
所述增韧剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
所述马来酸酐接枝聚乙烯中马来酸酐的含量为1～10%，聚乙烯为高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中的一种或两种的混合物。
所述的助剂包括0.3～1.5份抗氧剂和0.2～1.5份偶联剂。
所述抗氧剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、三甘醇双[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、亚磷酸三苯酯或三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或一种以上。
所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)或γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)中的一种或一种以上。
本发明还提供了一种上述抗静增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将100份干燥后聚碳酸酯、5～25份干燥后掺铝纳米氧化锌、3～15份增韧剂和0.5～3份助剂混合均匀，然后加入5～30份玻璃纤维，在双螺杆挤出机中混炼、挤出冷却、切粒得到抗静电增强聚碳酸酯复合材料。
所述干燥后聚碳酸酯的干燥步骤如下：将聚碳酸酯纯粒料在100℃真空干燥10h。
所述干燥后掺杂纳米氧化锌的制备方法如下：将硝酸铝溶解于无水乙醇中，形成1mol/L的硝酸铝乙醇溶液，再加入纳米氧化锌，纳米氧化锌与铝的摩尔比为15:1，搅拌至体系形成均匀的糊状物；将糊状物置于60℃下烘干，最后将烘干物在N2气氛中焙烧，焙烧温度为850℃，2～3h后随炉冷却，得到掺铝纳米氧化锌，然后在温度为110～130℃，时间为2～3h烘干，得到干燥后掺铝纳米氧化锌。
所述双螺杆挤出机的挤出温度为220～270℃，双螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1。
本发明同现有的技术相比，具有以下优点和有益效果：
1、本发明对纳米氧化锌进行铝掺杂，可降低氧化锌本身电阻，增强纳米氧化锌赋予玻纤增强聚碳酸酯复合材料的抗静电性能。
2、本发明加入具有抗静电性能的掺杂纳米氧化锌是非黑色的，复合材料具有聚碳酸酯本色，因此可以根据需求加入其它颜色，拓展复合材料的应用范围。
3、本发明的玻纤增强聚碳酸酯复合材料以马来酸酐接枝聚乙烯为增韧剂，所得复合材料具有良好的抗冲击性能。
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碳酸酯复合材料。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
以下所用的干燥后掺杂纳米氧化锌的制备方法如下：将硝酸铝溶解于无水乙醇中，形成1mol/L的硝酸铝乙醇溶液，再加入纳米氧化锌，纳米氧化锌与铝的摩尔比为15:1，搅拌至体系形成均匀的糊状物；将糊状物置于60℃下烘干，最后将烘干物在N2气氛中焙烧，焙烧温度为850℃，2～3h后随炉冷却，得到掺铝纳米氧化锌，然后在温度为110～130℃，时间为2～3h烘干，得到干燥后掺铝纳米氧化锌。
以下所用的干燥后聚碳酸酯的干燥步骤如下：将聚碳酸酯纯粒料在100℃真空干燥10h。
以下所用的聚碳酸酯为粘均分子量为20000～30000的聚碳酸酯，熔融指数为18g/10min。
以下所用的玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为9～14μm。
以下所用的掺铝纳米氧化锌的粒径为10～50nm，密度为5.78g/cm3。
以下所用的增韧剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
以下所用的马来酸酐接枝聚乙烯中马来酸酐的含量为1～10%。
实施例1
将100份干燥后聚碳酸酯，5份干燥后掺铝纳米氧化锌，3份马来酸酐接枝高密度聚乙烯（马来酸酐含量为1%），0.3份四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯，0.2份3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)在高速混合剂中混合均匀；
将5份无碱玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，然后将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出温度为220～270℃，螺杆各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，其性能见表1。
实施例2
将100份干燥后聚碳酸酯，8份干燥后掺铝纳米氧化锌，5份马来酸酐接枝低密度聚乙烯（马来酸酐含量为2%），0.5份β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯，0.5份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)在高速混合剂中混合均匀；
将8份无碱玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，然后将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出温度为220～270℃，螺杆各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，其性能见表1。
实施例3
将100份干燥后聚碳酸酯，11份干燥后掺铝纳米氧化锌，7份马来酸酐接枝超高密度聚乙烯（马来酸酐含量为3%），0.7份三甘醇双[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]，0.7份γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)在高速混合剂中混合均匀；
将11份无碱玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，然后将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出温度为220～270℃，螺杆各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，其性能见表1。
实施例4
将100份干燥后聚碳酸酯，15份干燥后掺铝纳米氧化锌，9份马来酸酐接枝高密度聚乙烯（马来酸酐含量为5%），0.9份亚磷酸三苯酯，0.9份3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)在高速混合剂中混合均匀；
将15份无碱玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，然后将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出温度为220～270℃，螺杆各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，其性能见表1。
实施例5
将100份干燥后聚碳酸酯，18份干燥后掺铝纳米氧化锌，11份马来酸酐接枝低密度聚乙烯（马来酸酐含量为6%），1.1份三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，1.1份γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)在高速混合剂中混合均匀；
将18份无碱玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，然后将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出温度为220～270℃，螺杆各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，其性能见表1。
实施例6
将100份干燥后聚碳酸酯，20份干燥后掺铝纳米氧化锌，14份马来酸酐接枝超高密度聚乙烯（马来酸酐含量为7%），1.3份四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯，1.3份3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)在高速混合剂中混合均匀；
将21份无碱玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，然后将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出温度为220～270℃，螺杆各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，其性能见表1。
实施例7
将100份干燥后聚碳酸酯，23份干燥后掺铝纳米氧化锌，14份马来酸酐接枝低密度聚乙烯（马来酸酐含量为9%），1.4份三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯，1.4份γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)在高速混合剂中混合均匀；
将25份无碱玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，然后将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出温度为220～270℃，螺杆各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，其性能见表1。
实施例8
将100份干燥后聚碳酸酯，25份干燥后掺铝纳米氧化锌，15份马来酸酐接枝高密度聚乙烯（马来酸酐含量为10%），1.5份β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯，1.5份γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷(KH570)在高速混合剂中混合均匀；
将30份无碱玻璃纤维从挤出机的玻纤引入口添加，然后将混合料加入双螺杆挤出机中混炼，挤出温度为220～270℃，螺杆各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1；将得到的物料挤出后冷却，切粒，即可得到具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料，其性能见表1。
表1
从表1中可以看出，具有抗静电性能的增强聚碳酸酯复合材料有良好的综合性能，当掺铝纳米氧化锌的含量不断增加时，聚碳酸酯复合材料的体积电阻率呈现明显下降；掺铝纳米氧化锌的含量为15～25份时，聚碳酸酯复合材料材料的表面电阻率达到107～1012Ω，远低于纯聚碳酸酯的表面电阻，具有良好的导电性能，能够明显改善聚碳酸酯材料表面产生静电的现象，扩展了聚碳酸酯复合材料的应用领域。
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)

1.一种抗静电增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：由包含以下重量份的组分组成：
2.根据权利要求1所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述聚碳酸酯为粘均分子量为20000～30000的聚碳酸酯，熔融指数为18g/10min。
3.根据权利要求1所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维，直径为9～14μm。
4.根据权利要求1所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述掺铝纳米氧化锌的粒径为10～50nm，密度为5.78g/cm3。
5.根据权利要求1所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为马来酸酐接枝聚乙烯。
6.根据权利要求5所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述马来酸酐接枝聚乙烯中马来酸酐的含量为1～10%，聚乙烯为高密度聚乙烯或低密度聚乙烯中的一种或两种的混合物。
7.根据权利要求1所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述的助剂包括0.3～1.5份抗氧剂和0.2～1.5份偶联剂。
8.根据权利要求7所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、β-(4-羟基苯基-3,5-二叔丁基)丙酸正十八碳醇酯、三甘醇双[3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、亚磷酸三苯酯或三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯中的一种或一种以上；
或所述偶联剂为3-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或γ-（甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷中的一种或一种以上。
9.一种权利要求1至8任一所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
将100份干燥后聚碳酸酯、5～25份干燥后掺铝纳米氧化锌、3～15份增韧剂和0.5～3份助剂混合均匀，然后加入5～30份玻璃纤维，在双螺杆挤出机中混炼、挤出冷却、切粒得到抗静电增强聚碳酸酯复合材料。
10.根据权利要求9所述的抗静电增强聚碳酸酯复合材料的制备方法，其特征在于：所述干燥后聚碳酸酯的干燥步骤如下：将聚碳酸酯纯粒料在100℃真空干燥10h；
或所述干燥后掺杂纳米氧化锌的制备方法如下：将硝酸铝溶解于无水乙醇中，形成1mol/L的硝酸铝乙醇溶液，再加入纳米氧化锌，纳米氧化锌与铝的摩尔比为15:1，搅拌至体系形成均匀的糊状物；将糊状物置于60℃下烘干，最后将烘干物在N2气氛中焙烧，焙烧温度为850℃，2～3h后随炉冷却，得到掺铝纳米氧化锌，然后在温度为110～130℃，时间为2～3h烘干，得到干燥后掺铝纳米氧化锌；
或所述双螺杆挤出机的挤出温度为220～270℃，双螺杆挤出机各加温区温度分别为：一区为220～240℃，二区温度为235～250℃，三区温度为240～260℃，四区温度为250～270℃，机头温度为260℃，主机转速为150r/min，螺杆长径比40:1。
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