CN110698841B - 一种防静电复合材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及复合材料领域，公开了一种防静电复合材料及其制备方法，按质量百分比计，包括以下组分：热塑性聚氨酯弹性体76～88份、防静电母粒8.3～20.3份、填料1.2～1.8份、分散剂0.2～0.6份、抗氧剂0.4～0.8份、润滑剂0.4～0.8份、消泡剂0.3～0.9份。本发明制备的防静电复合材料采用热塑性聚氨酯弹性体为基体材料，添加了以聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺为抗静电剂的防静电母粒，制备得到的复合材料保持了良好的力学性能，同时赋予了复合材料有优良的防静电性能。

Description

一种防静电复合材料
技术领域
本发明涉及了复合材料领域，具体的是一种防静电复合材料。
背景技术
高分子材料由于具有优异的性能，在各领域中逐渐展现出重要的作用。随着行业的不断发展，高分子材料在电器设备领域也得到了广泛应用。但高分子材料具有较强的绝缘性，在生产、应用过程中极容易产生大量静电积累，并难以对其消除。电器设备在使用过程中，可能会产生瞬间高压，使电器设备中的高分子材料会积聚大量静电，如果电压不能释放，积聚的静电会导致火花放电，当周围环境中存在各种明火时，高分子材料可被点燃并迅速燃烧酿成火灾，从而引发燃爆灾害事故，后果非常严重。因此需要对高分子材料进行抗静电处理，使其电阻率降低。通过抗静电剂的应用则可以达到抗静电的效果，从而材料应用在电器外壳上，能够让其表面所形成的静电荷得以迅速泄露，以达到静电传导的效果，防止静电所导致的火灾、电击、爆炸等事故。
发明内容
为了克服现有技术中的缺陷，本发明提供了一种防静电复合材料，其保持了良好的力学性能，同时赋予了复合材料有优良的防静电性能。
本发明公开了一种防静电复合材料，按质量百分比计，包括以下组分：
热塑性聚氨酯弹性体76～88份、
防静电母粒8.3～20.3份、
填料1.2～1.8份、
分散剂0.2～0.6份、
抗氧剂0.4～0.8份、
润滑剂0.4～0.8份、
消泡剂0.3～0.9份。
优选地，所述热塑性聚氨酯弹性体为聚酯型。
优选地，所述防静电母粒按质量百分比计，包括以下组分：
聚乙烯60～68份、
碳酸氢钙2～8份、
抗静电剂12～24份、
抗氧剂5～9份、
硬脂酸锌3～9份。
进一步优选地，所述防静电母粒的制备方法包括以下步骤：
将碳酸氢钙2～8份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，至碳酸氢钙表面覆盖均匀；
再依次将聚乙烯60～68份、抗静电剂12～24份、抗氧剂5～9份和硬脂酸锌3～9份依次加入高速混合器中，混合4～8min得到混合料；
将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中干燥即得抗静电母粒。
进一步优选地，所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2:1.7混合而成。
优选地，所述填料为粒径为0.06～0.08μm的超细碳酸钙。
优选地，所述分散剂为四甲基氢氧化铵、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠中的一种。
优选地，所述抗氧剂为二丁羟基甲苯。
优选地，所述防静电复合材料的制备方法为：
将热塑性聚氨酯弹性体76～88份和润滑剂0.4～0.8份在双辊筒混炼机上辊炼熔融；
然后加入防静电母粒8.3～20.3份、填料1.2～1.8份、分散剂0.2～0.6份、抗氧剂0.4～0.8份和消泡剂0.3～0.9份，继续辊炼10～20min，即得防静电复合材料。
本发明的有益效果如下：本发明制备的防静电复合材料采用热塑性聚氨酯弹性体为基体材料，添加了以聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺为抗静电剂的防静电母粒，制备得到的复合材料保持了良好的力学性能，同时赋予了复合材料有优良的防静电性能。通过采用防静电效果较好的聚醚酯酰胺与相容性较好的非离子型抗静电剂脂肪酸烷醇酰胺复配，从而提高了抗静电剂与热塑性聚氨酯弹性体的相容性，能够实现最佳的防静电效果。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，作详细说明如下。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备防静电母粒：将碳酸氢钙4份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，直至碳酸氢钙表面覆盖均匀。再依次将聚乙烯68份、抗静电剂16份、抗氧剂9份和硬脂酸锌3份依次加入高速混合器中，混合4min得到混合料。其中抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2：1.7混合而成。将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中60℃干燥48h即得抗静电母粒。
制备防静电复合材料：将热塑性聚氨酯弹性体76份和润滑剂0.8份在双辊筒混炼机上辊炼熔融。然后加入防静电母粒20.1份、0.06～0.08μm超细碳酸钙1.8份、四甲基氢氧化铵0.2份、二丁羟基甲苯0.8份和聚二甲基硅氧烷0.3份，继续辊炼10min，以8mm厚度下片得到防静电复合材料以备检测用。
实施例2
制备防静电母粒：将碳酸氢钙8份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，直至碳酸氢钙表面覆盖均匀。再依次将聚乙烯60份、抗静电剂21份、抗氧剂5份和硬脂酸锌6份依次加入高速混合器中，混合8min得到混合料。其中抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2：1.7混合而成。将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中60℃干燥48h即得抗静电母粒。
制备防静电复合材料：将热塑性聚氨酯弹性体88份和润滑剂0.4份在双辊筒混炼机上辊炼熔融。然后加入防静电母粒8.5份、0.06～0.08μm超细碳酸钙1.2份、十二烷基苯磺酸钠0.6份、二丁羟基甲苯0.4份和聚二甲基硅氧烷0.9份，继续辊炼15min，以8mm厚度下片得到防静电复合材料以备检测用。
实施例3
制备防静电母粒：将碳酸氢钙2份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，直至碳酸氢钙表面覆盖均匀。再依次将聚乙烯62份、抗静电剂19份、抗氧剂8份和硬脂酸锌9份依次加入高速混合器中，混合6min得到混合料。其中抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2：1.7混合而成。将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中60℃干燥48h即得抗静电母粒。
制备防静电复合材料：将热塑性聚氨酯弹性体76份和润滑剂0.6份在双辊筒混炼机上辊炼熔融。然后加入防静电母粒20.3份、0.06～0.08μm超细碳酸钙1.6份、聚乙烯吡咯烷酮0.4份、二丁羟基甲苯0.5份和聚二甲基硅氧烷0.6份，继续辊炼15min，以8mm厚度下片得到防静电复合材料以备检测用。
实施例4
制备防静电母粒：将碳酸氢钙6份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，直至碳酸氢钙表面覆盖均匀。再依次将聚乙烯66份、抗静电剂12份、抗氧剂7份和硬脂酸锌9份依次加入高速混合器中，混合6min得到混合料。其中抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2：1.7混合而成。将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中60℃干燥48h即得抗静电母粒。
制备防静电复合材料：将热塑性聚氨酯弹性体88份和润滑剂0.4份在双辊筒混炼机上辊炼熔融。然后加入防静电母粒8.3份、0.06～0.08μm超细碳酸钙1.4份、聚乙烯吡咯烷酮0.6份、二丁羟基甲苯0.6份和聚二甲基硅氧烷0.7份，继续辊炼15min，以8mm厚度下片得到防静电复合材料以备检测用。
实施例5
制备防静电母粒：将碳酸氢钙2份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，直至碳酸氢钙表面覆盖均匀。再依次将聚乙烯64份、抗静电剂24份、抗氧剂6份和硬脂酸锌4份依次加入高速混合器中，混合6min得到混合料。其中抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2：1.7混合而成。将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中60℃干燥48h即得抗静电母粒。
制备防静电复合材料：将热塑性聚氨酯弹性体80份和润滑剂0.5份在双辊筒混炼机上辊炼熔融。然后加入防静电母粒16.3份、0.06～0.08μm超细碳酸钙1.3份、四甲基氢氧化铵0.5份、二丁羟基甲苯0.7份和聚二甲基硅氧烷0.7份，继续辊炼15min，以8mm厚度下片得到防静电复合材料以备检测用。
实施例6
制备防静电母粒：将碳酸氢钙5份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，直至碳酸氢钙表面覆盖均匀。再依次将聚乙烯64份、抗静电剂18份、抗氧剂7份和硬脂酸锌6份依次加入高速混合器中，混合6min得到混合料。其中抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2：1.7混合而成。将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中60℃干燥48h即得抗静电母粒。
制备防静电复合材料：将热塑性聚氨酯弹性体82份和润滑剂0.6份在双辊筒混炼机上辊炼熔融。然后加入防静电母粒14.3份、0.06～0.08μm超细碳酸钙1.5份、十二烷基苯磺酸钠0.4份、二丁羟基甲苯0.6份和聚二甲基硅氧烷0.6份，继续辊炼15min，以8mm厚度下片得到防静电复合材料以备检测用。
对比例1
本对比例与实施例6的区别在于：抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.5：1.4混合而成。
制备防静电母粒：将碳酸氢钙5份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，直至碳酸氢钙表面覆盖均匀。再依次将聚乙烯64份、抗静电剂18份、抗氧剂7份和硬脂酸锌6份依次加入高速混合器中，混合6min得到混合料。其中抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.5：1.4混合而成。将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中60℃干燥48h即得抗静电母粒。
制备防静电复合材料：将热塑性聚氨酯弹性体82份和润滑剂0.6份在双辊筒混炼机上辊炼熔融。然后加入防静电母粒14.3份、0.06～0.08μm超细碳酸钙1.5份、十二烷基苯磺酸钠0.4份、二丁羟基甲苯0.6份和聚二甲基硅氧烷0.6份，继续辊炼15min，以8mm厚度下片得到防静电复合材料以备检测用。
对比例2
本对比例与实施例6的区别在于：防静电复合材料制备过程多个成分的用量不在权利要求限定的范围内。
制备防静电母粒：将碳酸氢钙5份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，直至碳酸氢钙表面覆盖均匀。再依次将聚乙烯64份、抗静电剂18份、抗氧剂7份和硬脂酸锌6份依次加入高速混合器中，混合6min得到混合料。其中抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2：1.7混合而成。将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中60℃干燥48h即得抗静电母粒。
制备防静电复合材料：将热塑性聚氨酯弹性体74份和润滑剂1.0份在双辊筒混炼机上辊炼熔融。然后加入防静电母粒22.3份、0.06～0.08μm超细碳酸钙1.5份、十二烷基苯磺酸钠0.6份、二丁羟基甲苯0.2份和聚二甲基硅氧烷0.4份，继续辊炼15min，以8mm厚度下片得到防静电复合材料以备检测用。
将实施例1-6和对比例1-2中制备得到的防静电复合材料进行性能测试：
表面电阻率的测试参考GB/T 1410-2006，采用数字超高电阻、微电流测量仪测量；
力学性能测试参考GB/T 29418-2012；弯曲性能采用电子万能试验机测试，试样尺寸210mm×20mm×8mm(长×宽×厚)，支点跨距200mm，加压速度2mm/min；冲击性能使用指针式塑料摆锤冲击试验机测试，试样尺寸100mm×10mm×8mm，测试结果见下表：
表面电阻率/Ω 弯曲强度/MPa 弯曲模量/MPa 冲击强度/(KJ·m<sup>-2</sup>)
实施例1 6.55×10<sup>6</sup> 30.25 2558.95 7.12
实施例2 2.37×10<sup>9</sup> 31.88 2327.56 6.45
实施例3 5.12×10<sup>6</sup> 35.12 2612.53 8.18
实施例4 1.87×10<sup>9</sup> 34.75 2598.76 7.89
实施例5 8.12×10<sup>6</sup> 32.54 2533.62 7.32
实施例6 9.85×10<sup>6</sup> 36.63 2672.54 8.54
对比例1 3.16×10<sup>10</sup> 36.18 2599.19 8.15
对比例2 2.85×10<sup>6</sup> 27.52 2048.34 5.33
本发明制备的防静电复合材料采用热塑性聚氨酯弹性体为基体材料，添加了以聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺为抗静电剂的防静电母粒，制备得到的复合材料保持了良好的力学性能，同时赋予了复合材料有优良的防静电性能。
由测试结果可知，防静电母粒的用量在14.3份时，材料的综合性能达到最佳，因此该用量为最佳用量，低于该用量达不到最佳的防静电效果，高于该用量会对材料的力学性能造成影响。
非离子型抗静电剂脂肪酸烷醇酰胺具有很好的热稳定性，非离子型抗静电剂与基体材料的相容性较好，但防静电效果一般，因此采用防静电效果较好的聚醚酯酰胺与之复配，从而提高了抗静电剂与基体材料的相容性，能够实现最佳的防静电效果。
聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺的质量比1.2:1.7时效果最佳，由对比例1测试结果可知，当聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.5:1.4时，即增加聚醚酯酰胺的用量，减少脂肪酸烷醇酰胺的用量，则会由于抗静电剂与基体材料的相容性较差而导致抗静电性能下降。
由对比例2测试结果可知，当防静电复合材料多个成分的用量不在权利要求限定的范围内时，由于添加较多的抗静电剂，对比例2中防静电复合材料表现出较佳的抗静电性能，但其力学性能较差。
本发明中随着填料超细碳酸钙质量分数的增加，防静电复合材料的力学性能先增后降。当填料的添加过多会导致防静电复合材料中基体材料的交联密度下降，从而导致其力学性能出现下降。当填料的质量分数为14.3份时，防静电复合材料的力学性能达到最佳。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种防静电复合材料，其特征在于，按质量百分比计，包括以下组分：
热塑性聚氨酯弹性体76～88份、
防静电母粒8.3～20.3份、
填料1.2～1.8份、
分散剂0.2～0.6份、
抗氧剂0.4～0.8份、
润滑剂0.4～0.8份、
消泡剂0.3～0.9份；
所述填料为粒径为0.06～0.08μm的超细碳酸钙；
所述防静电母粒按质量百分比计，包括以下组分：
聚乙烯60～68份、
碳酸氢钙2～8份、
抗静电剂12～24份、
抗氧剂5～9份、
硬脂酸锌3～9份；
所述抗静电剂为聚醚酯酰胺和脂肪酸烷醇酰胺按照质量比1.2:1.7混合而成；
所述防静电母粒的制备方法包括以下步骤：
将碳酸氢钙2～8份置于高速混合器中，在搅拌状态下，喷洒浓度为0.2％的钛酸酯偶联剂稀释液，至碳酸氢钙表面覆盖均匀；
再依次将聚乙烯60～68份、抗静电剂12～24份、抗氧剂5～9份和硬脂酸锌3～9份依次加入高速混合器中，混合4～8min得到混合料；
将混合料用双螺杆挤出机熔融挤出，冷却后切粒，将颗粒置于烘箱中干燥即得抗静电母粒。
2.根据权利要求1所述的防静电复合材料，其特征在于，所述热塑性聚氨酯弹性体为聚酯型。
3.根据权利要求1所述的防静电复合材料，其特征在于，所述分散剂为四甲基氢氧化铵、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠中的一种。
4.根据权利要求1所述的防静电复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为二丁羟基甲苯。
5.根据权利要求1所述的防静电复合材料，其特征在于，所述防静电复合材料的制备方法为：将热塑性聚氨酯弹性体76～88份和润滑剂0.4～0.8份在双辊筒混炼机上辊炼熔融；然后加入防静电母粒8.3～20.3份、填料1.2～1.8份、分散剂0.2～0.6份、抗氧剂0.4～0.8份和消泡剂0.3～0.9份，继续辊炼10～20min，即得防静电复合材料。
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