CN105295193B - 一种聚丙烯‑三元乙丙橡胶导电复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯‑三元乙丙橡胶导电复合材料及其制备方法，所公开的复合材料包含有如下成分(以质量份计)：聚丙烯50～80份、三元乙丙橡胶20～50份、氧化石墨烯0.5～2.0份、樟木粉0.5～2.0份。在此基础上本发明还公开了所述复合材料的制备方法。本发明所提供的聚丙烯‑三元乙丙橡胶导电复合材料中以聚丙烯、三元乙丙橡胶为主料，经适量的氧化石墨烯、樟木粉复合改性制备得到，不仅具有优良的导电性和加工流动性，还具有良好的导热性和防霉特性。

Description

一种聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料及其制备方法，具体涉及一种通过氧化石墨烯、樟木粉对聚丙烯-三元乙丙橡胶共混体系进行复合改性制得的复合材料及其制备方法，属于新材料技术领域。
背景技术
聚丙烯-三元乙丙橡胶(PP-EPDM)共混体系具有优异的耐候、耐臭氧、良好的耐高温及抗冲击性能，其耐油和耐溶剂性能与通用型氯丁橡胶(CR)不相上下，可以用普通热塑性塑料的加工设备进行加工，具有加工简便、成本低、可连续生产并可回收利用等优点。目前，PP-EPDM共混体系已广泛应用于汽车保险杠、仪表板、电子电器等领域。由于PP-EPDM在性能上与聚氨酯(PU)接近，而成本较PU低10～20％，因而具有很好的市场应用前景。随着我国汽车工业的快速发展，对PP-EPDM的需求会逐渐上升。然而，PP-EPDM共混体系属于绝缘材料，易聚积电荷且导热性能较差，这些缺点在很大程度上限制了PP-EPDM的广泛应用。
针对上述问题，目前本领域通用的解决方案是在二元共混体系中引入第三组分改善其缺陷。例如，公开号为CN101864116A的专利公开了一种高性能EPDM-PP-丁腈橡胶(NBR)三元共混动态硫化热塑性弹性体，具有耐氧化、耐臭氧、力学性能好，易加工成型等特性，然而NBR与PP相容性差，在共混体系中分散很困难，导致材料综合性能变差或不稳定，其制备过程也难以控制。公开号为CN101440185的专利公开了一种抗静电动态硫化热塑性弹性体材料，是将乙烯-辛烯共聚物加入聚丙烯中，并通过抗静电剂等提高复合材料的抗静电性能，使其表面电阻达到1011～1012Ω，但该技术方案组成非常复杂，需同时添加多种助剂以保持复合材料性能的稳定，成本较高，也难以实现大规模生产。
综合本领域现状，目前的研究主题主要集中于改善聚丙烯复合材料的性能，比如提高复合材料的强度与韧性，但已有改进方案中所用成分大都在很大程度上影响到复合材料的加工流动性，缩小了产品的适用范围，也提高了生产成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料，该复合材料具有优良的导电性能，加工流动性好，且具有良好的导热性和防霉性。所公开的制备方法工艺流程简单，操作控制方便，生产效率高，产品质量稳定，可应用于工业生产。
具体地说，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料，包含有如下成分(以质量份计)：
通过上述组成，氧化石墨烯与樟木粉对聚丙烯-三元乙丙橡胶共混体系产生了复合改性效应，有效地提高了产品的综合性能。
相应的，本发明公开了上述复合材料的制备方法，在加热状态下将聚丙烯、三元乙丙橡胶充分溶解于溶剂中(加热温度为110～125℃)，制成混合液A；然后将氧化石墨烯、樟木粉加入另一份相同溶剂中制成混合液B，在40～60℃温度下超声分散处理0.5～1小时；再将混合液B加入混合液A中，在110～125℃温度下充分混合1～2小时后，制得混合液C，将混合液C取出置于真空烘箱中干燥4～5小时(干燥温度为100～120℃)，使溶剂完全挥发，制得聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料。
在本发明的进一步详述和具体实施中，本发明公开了所用的各种成分的优选类型及用量，以便更好、更清楚地解释本发明，然而这些详细描述并不构成对本发明的特别限制，不依靠这些细节信息而采用本发明技术领域其他规格，只要其符合本发明上述对各组成成分名称所做的限定，依旧属于本发明的保护范围。
申请人深入研究了各成分用量对产品性能的影响，优选的复合材料中聚丙烯为80份，三元乙丙橡胶为20份。
在本发明中，聚丙烯熔融指数为1～100g/10min，优选的两种聚丙烯的熔融指数分别为2.84g/10min、12g/10min。
在本发明中，三元乙丙橡胶中乙烯含量为50～80％，优选的两种乙烯的含量分别为56％、68％。
在本发明中，氧化石墨烯中碳含量不低于90％，比表面积为100-500m2/g；优选的氧化石墨烯比表面积为100-300m2/g，碳含量≥99％。
在本发明中，樟木粉的粒径为60～150目，优选的樟木粉粒径为100目。
本发明的复合材料，通过溶液共混法在PP-EPDM中引入GO、樟木粉，使各有效组分充分均匀混合，使GO、樟木粉对PP-EPDM共混体系实现复合改性效果，整个制备工艺简单，降低了生产成本。
本发明中，GO的加入使得PP-EPDM不仅具备传统材料复合技术带来的优良性能，还具有优异的导电性能和良好的导热性能。GO的刚性片层结构与樟木粉的空间纤维结构在微观层面上有效结合显著改善了产品的加工流动性，拓宽了复合材料的适用范围。因此，本发明具有以下有益效果：
1.加入的GO均匀分散在PP-EPDM共混体系中，形成导电及导热通路，使复合材料具有优异的导电性能和良好的导热性能；
2.GO与樟木粉的有效结合，改善了复合材料的加工流动性；
3.加入樟木粉，使复合材料具有良好的防霉特性。
附图说明
图1为本发明所述的制备复合材料所用的装置结构示意图。其中，各数字标示含义为：1-铁架台、2-加热套、3-三颈圆底烧瓶、4-冷凝管、5-机械搅拌器、6-搅拌电机、7-温度计。冷凝管的左下方为进水口，右上方为出水口；
图2a-2c为本发明实施例1-3复合材料的降温测试曲线图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做一详细的阐述，但是本发明的范围不受这些实施例的限制。
下面实施例中所采用的聚丙烯分别购自中国石油兰州石化公司，牌号为T30(熔融指数2.84g/10min)和中海壳牌石油化工有限公司，牌号为HP500N(熔融指数12g/10min)。三元乙丙橡胶分别购自吉林化工有限公司，牌号为4045，(乙烯含量56％)和美国陶氏化学公司，牌号为4785-HM(乙烯含量68％)。其中，对比例1和2、实施例1和2所采用聚丙烯为T30；对比例2、实施例1所采用三元乙丙橡胶为4785-HM。
为了便于生产，本发明使用了附图1所示的装置。本领域技术人员容易理解，采用其它的装置也能完成本发明的制备工艺过程。
实施例1
采用如图1所示的装置，在加热状态下将聚丙烯、三元乙丙橡胶充分溶解于二甲苯中(加热温度为120℃)，制成混合液A；然后将氧化石墨烯、樟木粉加入另一份二甲苯中制成混合液B，在50℃温度下超声分散处理0.5小时；再将混合液B加入混合液A中，然后在120℃温度下充分混合2小时后，制得混合液C，将混合液C取出置于真空烘箱中干燥4小时(干燥温度为110℃)，使溶剂二甲苯完全挥发，制得聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料。
本实施方法制备得到的复合材料采用导电性能、流变性能、降温曲线以及防霉性能检测。导电性能(测试方法：绝缘电阻测试仪)检测结果如表1所示，流变性能(测试方法：旋转流变仪)检测结果如表2所示，降温速率测试结果如表3所示，防霉变检测结果如表4所示。降温曲线测试结果(测试方法：先将3～5g复合材料样品在程序控温热台上加热至210℃，保温10分钟，然后将样品迅速转移至温度20℃的冷却水中，通过铜-康铜T型热电偶测量样品几何中心区域的温度变化，并绘制成温度与时间的关系曲线)如图2a所示。由表1-4和图2a中的数据结果可以看出，本实施方法得到的PP-EPDM导电复合材料的综合性能好，且具有良好的防霉特性。
实施例2
采用如图1所示的装置，在加热状态下将聚丙烯、三元乙丙橡胶充分溶解于N,N-二甲基甲酰胺中(加热温度为115℃)，制成混合液A；然后将氧化石墨烯、樟木粉加入另一份N,N-二甲基甲酰胺中制成混合液B，在55℃温度下超声分散处理1小时；再将混合液B加入混合液A中，然后在115℃温度下充分混合1小时后，制得混合液C，将混合液C取出置于真空烘箱中干燥4.5小时(干燥温度为115℃)，使溶剂N,N-二甲基甲酰胺完全挥发，制得聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料。
本实施方法制备得到的复合材料采用导电性能、流变性能、降温曲线以及防霉性能检测。导电性能检测结果如表1所示，流变性能检测结果如表2所示，降温速率测试结果如表3所示，防霉变检测结果如表4所示，降温曲线测试结果如图2b所示。由表1-4和图2b中的数据结果可以看出，本实施方法得到的PP-EPDM导电复合材料的综合性能好，且具有良好的防霉特性。
实施例3
采用如图1所示的装置，在加热状态下将聚丙烯、三元乙丙橡胶充分溶解于N,N-二甲基甲酰胺中(加热温度为125℃)，制成混合液A；然后将氧化石墨烯、樟木粉加入另一份N,N-二甲基甲酰胺中制成混合液B，在60℃温度下超声分散处理1小时；再将混合液B加入混合液A中，然后在125℃温度下充分混合1小时后，制得混合液C，将混合液C取出置于真空烘箱中干燥5小时(干燥温度为120℃)，使溶剂N,N-二甲基甲酰胺完全挥发，制得聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料。
本实施方法制备得到的复合材料采用导电性能、流变性能、降温曲线以及防霉性能检测。导电性能检测结果如表1所示，流变性能检测结果如表2所示，降温速率测试结果如表3所示，防霉变检测结果如表4所示，降温曲线测试结果如图2c所示。由表1-4和图2c中的数据结果可以看出，本实施方法得到的PP-EPDM导电复合材料的综合性能好，且具有良好的防霉特性。
对比例1
PP 100份
采用如图1所示的装置，在加热状态下先将聚丙烯充分溶解于二甲苯中(加热温度为120℃)，并在120℃温度下充分混合2小时，之后将混合液取出置于真空烘箱中干燥4小时(干燥温度为110℃)，使溶剂二甲苯完全挥发，制得纯聚丙烯对比样。
对比例2
PP 80份；
EPDM 20份
采用如图1所示的装置，在加热状态下将聚丙烯、三元乙丙橡胶充分溶解于二甲苯中(加热温度为120℃)，并在120℃温度下充分混合2小时，之后将混合液取出置于真空烘箱中干燥4小时(干燥温度为110℃)，使溶剂二甲苯完全挥发，制得聚丙烯-三元乙丙橡胶共混体系对比样。
由表1-4和图2中的数据可以看出，本发明经氧化石墨烯、樟木粉复合改性制得的PP-EPDM导电复合材料具有优异的导电性能和加工流动性，复合材料导热性能优良且具有防霉特性。与传统的PP-EPDM共混体系相比，加入氧化石墨烯和樟木粉显著地提高了复合材料的综合性能，扩展了复合材料的应用领域。
表1.不同复合材料的电导率
备注：在室温条件下，采用绝缘电阻测试仪(激发电压10V，激发时间25s)测量待测样品的电阻值(标准试样尺寸：长25mm、宽10mm、厚2mm)。
表2.不同复合材料的零切粘度
表3.不同复合材料的降温速率
备注：降温速率为30s时间内待测样品温度降低值与时间的比值(所有样品的初始参考温度均为200℃)。
表4.不同复合材料的防霉性能
备注：防霉等级评价标准：0-无长霉；1-长霉面积小于10％；2-霉菌生长覆盖面为10～30％；3-霉菌生长覆盖面为30～60％；4-霉菌生长覆盖面大于60％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，但本发明并非局限于此。本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施及应用上所进行的调整、改变、修改仍旧属于本申请的保护范围。

Claims (2)

1.一种聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料，其特征在于包含如下成分，以质量份数计：聚丙烯50～80份、三元乙丙橡胶20～50份、氧化石墨烯0.5～2.0份、樟木粉0.5～2.0份；
所述聚丙烯熔融指数为1～100g/10min；
所述三元乙丙橡胶中乙烯含量为50～80％；
所述氧化石墨烯中碳含量不低于90％，比表面积为100～500m2/g；
所述樟木粉粒径为60～150目。
2.如权利要求1所述的聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料的制备方法，其特征在于包括下述步骤：在加热条件下将聚丙烯、三元乙丙橡胶充分溶解于溶剂中，制成混合液A；然后将氧化石墨烯、樟木粉加入另一份相同溶剂中制成混合液B，并在40～60℃温度下超声分散处理0.5～1小时；再将混合液B加入混合液A中，在110～125℃温度下充分混合1～2小时后，制得混合液C，将混合液C取出置于真空烘箱中干燥4～5小时，待溶剂完全挥发，制得聚丙烯-三元乙丙橡胶导电复合材料；所述的溶剂为二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢萘、1，2，4-三氯苯、二甲基亚砜中的任一种；所述混合液A制备所用的加热温度为110～125℃，混合液C的干燥温度为100～120℃。
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