CN110066455A - 一种耐磨耗抗静电聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种耐磨耗抗静电聚丙烯材料及其制备方法，其由聚丙烯、复配耐磨剂、矿物填充、增韧剂、润滑剂和抗氧剂经混合、挤出制备而成。本发明材料使用的耐磨剂，于整个配方体系，既充当耐磨剂，又一定程度上起到了抗静电剂作用，优化产品整体性能，赋予了聚丙烯较高的弯曲模量、拉伸强度和冲击强度以及优异的耐磨耗性能，其耐磨性能优异，更便于注塑过程中的产品脱模。

Description

一种耐磨耗抗静电聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明属于聚丙烯材料技术领域，具体涉及一种耐磨耗抗静电聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有优异的机械性能、电性能、绝缘性能等，而被广泛用于汽车、建筑等领域，但聚丙烯材料质软，其界面强度低、耐磨性差，而限制了其应用。目前，国内的耐磨材料主要包括酚醛树脂、玻璃纤维、二硫化钼、碳纤维等，但这些材料最大的缺陷是磨损耗严重。传统耐磨聚丙烯的改进方式，通常是通过添加玻璃纤维、石墨、二硫化钼等无机填料改变材料表面硬度，或者添加芥酸酰胺等助剂提高材料表面润滑性。但这种材料的磨耗较大，使用寿命短，容易对磨偶件造成磨损；另外，其普遍采用物理共混的方式制备，这种制备方式虽然成型方便、操作工艺简单，但是这些无机耐磨填料普遍存在密度大、与树脂相容性差、易离析、分散性差等缺点。
碳化硼(boron carbide)，一碳化四硼，俗称人造金刚石，分子式为B4C，通常为灰黑色粉末，是一种有很高硬度的硼化物。它的莫氏硬度为9.3，并是继氮化硼、金刚石、富勒烯化合物和钻石整体纤管后的第五种已知最硬的物质。与酸、碱溶液不起反应，容易制造而且价格相对便宜，广泛应用于硬质材料的磨削、研磨、钻孔等。
本文通过复配的耐磨剂改善聚丙烯复合材料的耐磨性，同时改善长时间磨耗过程的静电效应。使其更多地应用到普通汽车及电子电器、仪器仪表等领域。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种耐磨耗抗静电聚丙烯材料，旨在满足现有材料在耐划痕、高性能方面的要求。
本发明的另一目的是提供一种上述耐磨耗抗静电聚丙烯材料的制备方法。
本发明的技术方案如下：
一种耐磨耗抗静电聚丙烯材料，该材料是由以下组分按重量份数制备而成：
聚丙烯55-99份
复配耐磨剂1-4份
填充矿物0-30份
增韧剂0-10份
润滑剂0.1-0.5份
抗氧剂0.1-0.3份。
进一步方案，所述的聚丙烯是均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中的一种或两种以上的混合物。
所述的复配耐磨剂是由碳化硼、碳纳米管和硅酮母粒按质量比为1：1：1～1：3：9组成。
所述碳纳米管为工业级羧基化多壁碳纳米管，其纯度≥95％、直径为10-40nm；所述碳化硼粒径为2.5～60μm；所述硅酮母粒是50wt％硅酮在聚丙烯中的分散体。
所述的填充矿物是滑石粉、碳酸钙或硫酸钡中的一种或两种以上的混合物。
所述的增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体或三元乙丙橡胶。
所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙或季戊四醇硬脂酸酯中的一种或两种以上的混合物。
所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂168中的一种或两种以上的混合物。
本发明的另一个发明目的是提供上述耐磨耗抗静电聚丙烯材料的制备方法，其包括以下步骤，
(1)将聚丙烯，耐磨剂，填充矿物，增韧剂，润滑剂以及抗氧剂混合均匀；
(2)将步骤(1)得到的混合物放入高混机中混合5-8分钟；
(3)将步骤(2)所得混合物，经挤出机进行熔融共混挤出、牵引、造粒，注塑成型。
步骤(3)所述的挤出机为同向双螺杆挤出机，所述同向双螺杆挤出机的长径比至少为32，挤出机的转速为180-400转/分，挤出温度为180-205℃。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过选用合适的复配耐磨剂，使材料具有较优异的耐磨耗性能、较高的抗静电性，进而获得一种耐磨耗抗静电聚丙烯材料。
2、本发明复配耐磨剂中的碳纳米管具有高结构性，赋予了聚丙烯较高的弯曲模量、拉伸强度和冲击强度以及优异的导电性能，表面电阻可达104Ω，可用于防静电、防电磁干扰和无尘要求领域；碳化硼属于人造金刚石，其莫氏硬度高，耐磨性佳，可改善聚丙烯复合材料的耐磨耗性能；硅酮母粒，属于大分子硅酮在聚丙烯中的预分散体系，在聚丙烯复合材料中进一步分散后，提高复合材料表面润滑性能，改善耐磨性，另外硅酮可有效改善树脂与无机物之间的浸润效果及增加其表面亲和力。
具体实施方式
本发明的耐划痕高性能聚丙烯所用材料的型号如下：
其中所用聚丙烯为上海赛科PP-K7926，镇海炼化PP-Z30S；
所用滑石粉为辽宁艾海AH51210，所用碳酸钙为苏州立达LD-1000C，所用硫酸钡为GEMME改性硫酸钡BSM-M；
所用复配耐磨剂中碳纳米管为工业级羧基化多壁碳纳米管，纯度≥95％，直径10-40nm；碳化硼W40、W28、W14；硅酮母粒MB50-001，MB50-0221；
所用增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体8200，EPDM；
所用润滑剂为市场常规的润滑剂，乙撑双硬脂酰胺EBS/P-130、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、季戊四醇硬脂酸酯；
所用抗氧剂为1010、抗氧剂168和抗氧剂1076；
以下结合实施例对本发明作进一步的说明，耐磨性测试材料GB/T3960、导电性测试材料GB/T 1410。
实施例1
97份PP-K7926、3份复配耐磨剂(碳化硼、多壁碳纳米管与硅酮母粒比例为1：1：1)、0.1份EBS/P-130、0.1份抗氧剂1010以及0.2份抗氧剂1076放入高速混合机中混合5分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为32，挤出机料筒温度180℃，固定主螺杆转速180转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
实施例2
将98.99份PP-Z30S、2份复配耐磨剂(碳化硼、多壁碳纳米管与硅酮母粒比例为1：2：4)、0.1份EBS/P-130、0.05份硬脂酸钙、0.05份硬脂酸锌、0.1份硬脂酸铅、0.1份硬脂酸钡、0.1份季戊四醇硬脂酸酯、0.1份抗氧剂1010放入高速混合机中混合8分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为40，挤出机料筒温度180℃，固定主螺杆转速200转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
实施例3
将78份PP-K7926、20份滑石粉AH51210、2份复配耐磨剂(碳化硼、多壁碳纳米管与硅酮母粒比例为1：3：6)、0.05份EBS/P-130、0.05份硬脂酸铅、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂1076以及0.1份抗氧剂168放入高速混合机中混合7分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为32，挤出机料筒温度195℃，固定主螺杆转速400转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
实施例4
将42份PP-K7926、30份PP-Z30S、20份滑石粉AH51210、10.1份增韧剂8200，3份复配耐磨剂(碳化硼、多壁碳纳米管与硅酮母粒比例为1：3：9)、0.1份EBS/P-130、0.05份硬脂酸锌、0.05份硬脂酸钡、0.05份硬脂酸铅、0.05份季戊四醇硬脂酸酯、0.1份抗氧剂1010以及0.2份抗氧剂168放入高速混合机中混合6分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为35，挤出机料筒温度200℃，固定主螺杆转速300转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
实施例5
将76份PP-K7926、10份碳酸钙LD-1000C、10份改性硫酸钡BSM-M、4份复配耐磨剂(碳化硼、多壁碳纳米管与硅酮母粒比例为1：1：2)、0.1份EBS/P-130、0.1份硬脂酸锌、0.05份硬脂酸铅、0.05份季戊四醇硬脂酸酯、0.1份抗氧剂1010以及0.2份抗氧剂168放入高速混合机中混合8分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为32，挤出机料筒温度205℃，固定主螺杆转速350转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
实施例6
将56份PP-K7926、10份滑石粉AH51210、10份碳酸钙LD-1000C、10份改性硫酸钡BSM-M、10份增韧剂EPDM、4份复配耐磨剂(碳化硼、多壁碳纳米管与硅酮母粒比例为1：2：3)、0.04份EBS/P-130、0.03份硬脂酸铅、0.03份季戊四醇硬脂酸酯、0.1份抗氧剂1010以及0.2份抗氧剂168放入高速混合机中混合5分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为38，挤出机料筒温度190℃，固定主螺杆转速370转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
实施例7
将77份PP-K7926、20份硫酸钡BSM-M、3份复配耐磨剂(碳化硼、多壁碳纳米管与硅酮母粒比例为1：2：4)、0.1份EBS/P-130、0.1份抗氧剂1010以及0.2份抗氧剂168放入高速混合机中混合8分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为40，挤出机料筒温度180℃，固定主螺杆转速280转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
对比例1
99.9份PP-K7926、0.1份EBS/P-130、0.1份抗氧剂1010以及0.2份抗氧剂1076放入高速混合机中混合5分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为32，挤出机料筒温度180℃，固定主螺杆转速180转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
对比例2
将80份PP-K7926、20份滑石粉AH51210、0.05份EBS/P-130、0.05份硬脂酸铅、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂1076以及0.1份抗氧剂168放入高速混合机中混合7分钟后取出，在双螺杆挤出机中进行熔融共混挤出、牵引、造粒，挤出机的长径比为32，挤出机料筒温度195℃，固定主螺杆转速400转/分。使用注塑成型机将得到的粒料进行注塑成型，注塑温度220℃，得到大色板，进行产品表面电阻率及耐磨耗测试。测试数据见表1。
表1
通过以上对比实验可以看出，通过加入一定量的复配耐磨剂，在不影响产品机械性能的情况下，可以有效改善聚合物体系的耐摩耗性和导电性。从而拓展聚丙烯复合材料应用领域。
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)

1.一种耐磨耗抗静电聚丙烯材料，其特征在于：该材料是由以下组分按重量份数制备而成：
聚丙烯55-99份
复配耐磨剂1-4份
填充矿物0-30份
增韧剂0-10份
润滑剂0.1-0.5份
抗氧剂0.1-0.3份。
2.根据权利要求1所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述的聚丙烯是均聚聚丙烯或共聚聚丙烯中的一种或两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述的复配耐磨剂是由碳化硼、碳纳米管和硅酮母粒按质量比为1：1：1~1：3：9组成。
4.根据权利要求3所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述碳纳米管为工业级羧基化多壁碳纳米管，其纯度≥95%、直径为10-40nm；所述碳化硼粒径为2.5~60μm；所述硅酮母粒是50wt%硅酮在聚丙烯中的分散体。
5.根据权利要求1所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述的填充矿物是滑石粉、碳酸钙或硫酸钡中的一种或两种以上的混合物。
6.根据权利要求1所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述的增韧剂为聚烯烃热塑性弹性体或三元乙丙橡胶。
7.根据权利要求1所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述的润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙或季戊四醇硬脂酸酯中的一种或两种以上的混合物。
8.根据权利要求1所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076或抗氧剂168中的一种或两种以上的混合物。
9.如权利要求1-8任一项所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，
（1）将聚丙烯，耐磨剂，填充矿物，增韧剂，润滑剂以及抗氧剂混合均匀；
（2）将步骤（1）得到的混合物放入高混机中混合5-8分钟；
（3）将步骤（2）所得混合物，经挤出机进行熔融共混挤出、牵引、造粒，注塑成型。
10.根据权利要求9所述的耐磨耗抗静电聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：步骤（3）所述的挤出机为同向双螺杆挤出机，所述同向双螺杆挤出机的长径比至少为32，挤出机的转速为180-400转/分，挤出温度为180-205℃。
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