CN112409741A - 一种聚丙烯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复合材料，马来酸酐接枝聚丙烯85‑90份、硫代双酚类化合物1‑2份、绝缘粒子10‑15份、阻燃剂1‑2份、相容剂0.5‑1份、抗氧化剂0.5‑0.8份、润滑剂0.1‑0.5份。本发明还公开了一种聚丙烯复合材料的制备方法。本发明的聚丙烯复合材料具有相容性好，提高电阻率，抑制电荷的积聚，提高材料的抗击穿强度的优点。
Description
技术领域
本发明涉及绝缘、抗击穿复合材料技术领域，具体涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种半结晶性聚合物，具有较高的刚度、优良的力学性能、良好的耐热性与耐化学性，同时还具有无毒、易于回收等性能，对环境友好，所以近年来受到国内外研究人员的广泛关注。等规聚丙烯凭借其熔点高、热形变温度高、电气性能优异等优势，适合作为高压直流电缆的绝缘材料。但是，等规聚丙烯同时还存在刚性强、脆性大、容易形成大球晶导致击穿场强大幅度下降等问题。特别是用于汽车静电喷涂的静电喷枪的外壳，用户多，抗击穿能力稍弱，大约需要三个月左右就必须更换，使用寿命较短，为了减少更换频率，增加使用寿命，需要提高聚丙烯的耐击穿电气性能。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种相容性好，提高电阻率，抑制电荷的积聚，提高材料的抗击穿强度的聚丙烯复合材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种聚丙烯复合材料，马来酸酐接枝聚丙烯85-90份、硫代双酚类化合物1-2份、绝缘粒子10-15份、阻燃剂1-2份、相容剂0.5-1份、抗氧化剂0.5-0.8份、润滑剂0.1-0.5份。本发明的聚丙烯复合材料采用马来酸酐接枝聚丙烯作为基体材料，增加了马来酸酐接枝聚丙烯和其它组分的相容性，使得其它原料在基体材料中能够更好的分散均匀，且由于马来酸酐基团的引入，硫代双酚类化合物和绝缘粒子的加入，一方面增加了基体材料的韧性等力学性能，另一方面，添加硫代双酚类化合物和绝缘粒子，能够抑制聚丙烯材料内部低密度区的形成，抑制基体材料中的空间电荷，提高体积电阻率，从而提高材料的击穿强度，增加其使用寿命。
优选的技术方案为，所述硫代双酚类化合物是4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和4,4'-硫代双-(2-甲基-6-特丁基酚)中的一种或两种。
进一步优选的技术方案为，所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
进一步优选的技术方案为，所述绝缘粒子由改性滑石粉和经过硅烷偶联剂处理改性氮化铝通过球磨进行复合后，再与聚烯烃弹性体经过捏合机啮合，最后经双螺杆挤出机熔融挤出后制成；所述改性滑石粉、改性氮化铝、聚烯烃弹性体的质量比为5:2:8。绝缘粒子中引入的改性滑石粉在球磨的过程中被剥离开来，在基体材料中呈片状存在，能够对静电喷枪在使用的过程中喷枪外壳上的电荷积累进行阻隔，而添加的氮化铝具有高热导率的特性，能够在一定程度上减少喷枪外壳上的温度差，将二者复合进行协同使用，能够进一步的增加喷枪外壳的使用寿命，再通过POE的复合，利用POE和基体材料相容性更好的特性，从而使得改性滑石粉、改性氮化铝能够更好的在基体材料中进行分散，且能够在一定程度上模糊改性滑石粉、改性氮化铝和基体材料之间的过渡区域，使得加入的改性滑石粉、改性氮化铝能够更好的发挥作用。
进一步优选的技术方案为，所述改性滑石粉是采用十二烷基三甲基氯化铵对滑石粉进行插层改性制得。
进一步优选的技术方案为，所述改性滑石粉的制备方法为：将滑石粉搅拌分散于浓度为4mol/L的硝酸中，在90℃温度下冷凝回流3h，静置，抽滤，洗涤，在80℃温度下真空干燥后搅拌分散于乙醇溶液中，加入十二烷基三甲基氯化铵，反应20-22h，反应完成后冷却至室温，抽滤，洗涤，50℃下真空干燥24h，得到改性滑石粉。滑石粉属于多层结构，本发明先将滑石粉用硝酸处理，即除去了滑石粉中的杂质，同时对滑石粉进行了活化处理，再利用十二烷基三甲基氯化铵和滑石粉进行插层处理，利用十二烷基三甲基氯化铵和滑石粉之间的阳离子进行置换反应，从而使得十二烷基三甲基氯化铵进入滑石粉层间，使得滑石粉的层间距增加，在后续制备绝缘粒子的过程中更容易被分层、剥离。
本发明还公开了一种聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：按复合材料总重量份数称取马来酸酐接枝聚丙烯85-90份、硫代双酚类化合物1-2份、绝缘粒子10-15份、阻燃剂1-2份、相容剂0.5-1份、抗氧化剂0.5-0.8份、润滑剂0.1-0.5份；然后将各组分加入高速混合机中500-600rpm的转速预混10-15min后得到预混物；
S2：将预混物送入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、牵条、切粒、烘干后得到所述复合材料，其中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(10-40):1，且双螺杆挤出机的螺杆温度为200-260℃，双螺杆挤出机的喂料螺杆转速为200-500rpm。
本发明的优点和有益效果在于：本发明的聚丙烯复合材料采用马来酸酐接枝聚丙烯作为基体材料，增加了马来酸酐接枝聚丙烯和其它组分的相容性，使得其它原料在基体材料中能够更好的分散均匀，且由于马来酸酐基团的引入，硫代双酚类化合物和绝缘粒子的加入，一方面增加了基体材料的韧性等力学性能，另一方面，添加硫代双酚类化合物和绝缘粒子，能够抑制聚丙烯材料内部低密度区的形成，抑制基体材料中的空间电荷，提高体积电阻率，从而提高材料的击穿强度，增加其使用寿命。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例1
本发明是一种聚丙烯复合材料，包括以下重量份的原料：马来酸酐接枝聚丙烯88份、绝缘粒子12份、阻燃剂1.5份、马来酸酐接枝苯乙烯0.7份、抗氧化剂1010 0.7份、季戊四醇硬脂酸酯0.3份。
所述绝缘粒子由改性滑石粉和经过硅烷偶联剂处理的改性氮化铝通过球磨进行复合后，再与聚烯烃弹性体经过捏合机啮合，最后经双螺杆挤出机熔融挤出后制成；所述改性滑石粉、改性氮化铝、聚烯烃弹性体的质量比为5:2:8。
所述改性滑石粉是采用十二烷基三甲基氯化铵对滑石粉进行插层改性制得。
所述改性滑石粉的制备方法为：将滑石粉搅拌分散于浓度为4mol/L的硝酸中，在90℃温度下冷凝回流3h，静置，抽滤，洗涤，在80℃温度下真空干燥后搅拌分散于乙醇溶液中，加入十二烷基三甲基氯化铵，反应20-22h，反应完成后冷却至室温，抽滤，洗涤，50℃下真空干燥24h，得到改性滑石粉。
所述聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
S1：按复合材料总重量份数称取马来酸酐接枝聚丙烯、硫代双酚类化合物、绝缘粒子、阻燃剂、相容剂、抗氧化剂、润滑剂；然后将各组分加入高速混合机中500-600rpm的转速预混10-15min后得到预混物；
S2：将预混物送入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、牵条、切粒、烘干后得到所述复合材料，其中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，且双螺杆挤出机的螺杆温度为200-260℃，双螺杆挤出机的喂料螺杆转速为200-500rpm。
实施例2
实施例2与实施例1的区别在于，本发明是一种聚丙烯复合材料，包括以下重量份的原料：马来酸酐接枝聚丙烯85份、绝缘粒子10份、阻燃剂1份、马来酸酐接枝苯乙烯0.5份、抗氧化剂1010 0.5份、季戊四醇硬脂酸酯0.1份。
实施例3
实施例3与实施例1的区别在于，本发明是一种聚丙烯复合材料，包括以下重量份的原料：马来酸酐接枝聚丙烯90份、绝缘粒子15份、阻燃剂2份、马来酸酐接枝苯乙烯1份、抗氧化剂1010 0.8份、季戊四醇硬脂酸酯0.5份。
实施例4
实施例4与实施例1的区别在于，所述聚丙烯复合材料还包括4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)1.5份、
实施例5
实施例5与实施例4的区别在于，所述硫代双酚类化合物是4,4'-硫代双-(2-甲基-6-特丁基酚)。
对比例1
一种聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：马来酸酐接枝聚丙烯88份、阻燃剂1.5份、抗氧化剂1010 0.7份、季戊四醇硬脂酸酯0.3份。
上述聚丙烯复合材料的制备方法包括如下步骤：按复合材料总重量份数称取聚丙烯、阻燃剂、马来酸酐接枝苯乙烯、抗氧化剂1010、季戊四醇硬脂酸酯，然后将各组分加入高速混合机中500-600rpm的转速预混10-15min后得到预混物；最后将预混物送入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、牵条、切粒、烘干后得到所述复合材料，其中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，且双螺杆挤出机的螺杆温度为200-260℃，双螺杆挤出机的喂料螺杆转速为200-500rpm。
对实施例1至实施例5和对比例1的聚丙烯复合材料进行进行击穿强度性能测试，结果显示，本发明各个实施例在25℃下的击穿强度均大于对比例1的击穿强度，可知，本发明的聚丙烯复合材料与纯聚丙烯材料的耐击穿强度具有显著提高。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份的原料：马来酸酐接枝聚丙烯85-90份、硫代双酚类化合物1-2份、绝缘粒子10-15份、阻燃剂1-2份、相容剂0.5-1份、抗氧化剂0.5-0.8份、润滑剂0.1-0.5份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硫代双酚类化合物是4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)和4,4'-硫代双-(2-甲基-6-特丁基酚)中的一种或两种。
3.根据权利要求2所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝苯乙烯，所述润滑剂为季戊四醇硬脂酸酯。
4.根据权利要求3所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述绝缘粒子由改性滑石粉和经过硅烷偶联剂处理改性氮化铝通过球磨进行复合后，再与聚烯烃弹性体经过捏合机啮合，最后经双螺杆挤出机熔融挤出后制成；所述改性滑石粉、改性氮化铝、聚烯烃弹性体的质量比为5:2:8。
5.根据权利要求4所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性滑石粉是采用十二烷基三甲基氯化铵对滑石粉进行插层改性制得。
6.根据权利要求5所述的聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性滑石粉的制备方法为：将滑石粉搅拌分散于浓度为4mol/L的硝酸中，在90℃温度下冷凝回流3h，静置，抽滤，洗涤，在80℃温度下真空干燥后搅拌分散于乙醇溶液中，加入十二烷基三甲基氯化铵，反应20-22h，反应完成后冷却至室温，抽滤，洗涤，50℃下真空干燥24h，得到改性滑石粉。
7.一种根据权利要求6所述的聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按复合材料总重量份数称取马来酸酐接枝聚丙烯85-90份、硫代双酚类化合物1-2份、绝缘粒子10-15份、阻燃剂1-2份、相容剂0.5-1份、抗氧化剂0.5-0.8份、润滑剂0.1-0.5份；然后将各组分加入高速混合机中500-600rpm的转速预混10-15min后得到预混物；
S2：将预混物送入双螺杆挤出机中，经双螺杆挤出机熔融、挤出、牵条、切粒、烘干后得到所述复合材料，其中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(10-40):1，且双螺杆挤出机的螺杆温度为200-260℃，双螺杆挤出机的喂料螺杆转速为200-500rpm。
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| Title |
|---|
| 丁浩: "《塑料工业实用手册 上》", 31 August 2000, 化学工业出版社 * |
| 上海塑料制品二厂: "《塑料挤出成型工艺》", 30 November 1978, 轻工业出版社 * |
| 马兴元 等: "《合成革化学与工艺学》", 30 November 2015, 中国轻工业出版社 * |
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