CN112625352B - 一种高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。所述高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料包含以下重量份的组分：聚丙烯树脂60‑93份、马来酸酐接枝聚丙烯2‑10份和石英纤维5‑30份。本发明通过在聚丙烯树脂中添加石英纤维，能够在保证材料具有超低介电的前提下，还具有较高的热变形温度以及较低的线性膨胀系数。并且，本发明还添加马来酸酐接枝聚丙烯作为相容剂，改善聚丙烯树脂和石英纤维的相容性，增强二者的有效结合，有利于提高材料的热变形温度，并降低其线性膨胀系数、介电常数和介电损耗。

Description

一种高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
现有聚丙烯(PP)材料，虽然介电常数与损耗较低，但是其热变形温度相对较低，同时线性膨胀系数也相对较大，无法满足现代高频通讯领域对材料高耐热、高尺寸稳定性的要求。在保证材料具有超低介电性能的前提下，通过在聚丙烯树脂中添加增强纤维，可以进一步提升聚丙烯材料的热变形温度，并降低其线性膨胀系数。然而，由于聚丙烯是非极性结晶材料，而增强纤维一般是极性材料，二者的相容性较差，也会影响聚丙烯材料的热变形温度和线性膨胀系数。因此，本发明旨在开发出一款具有良好的耐热性能、尺寸稳定性以及较低的介电常数和介电损耗的聚丙烯材料。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料，该聚丙烯材料具有高耐热性能，低介电特性以及高尺寸稳定性。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料，包含以下重量份的组分：聚丙烯树脂60-93份、马来酸酐接枝聚丙烯2-10份和石英纤维5-30份。
本发明通过在聚丙烯树脂中添加石英纤维，能够在保证材料具有超低介电的前提下，还具有较高的热变形温度以及较低的线性膨胀系数。并且，本发明还添加马来酸酐接枝聚丙烯作为相容剂，改善聚丙烯树脂和石英纤维的相容性，增强二者的有效结合，从而有利于提高材料的热变形温度，并降低其线性膨胀系数、介电常数和介电损耗。本发明通过优选聚丙烯树脂、马来酸酐接枝聚丙烯和石英纤维的比例，使得聚丙烯材料具有高耐热性能，低介电特性以及高尺寸稳定性，且便于挤出成型。
另外，石英纤维添加量过高时，材料的性能并没有继续提升，反而导致材料难以挤出成型，因此，在确保材料具有高耐热性能，低介电特性以及高尺寸稳定性的前提下，为使材料能够挤出，本发明中石英纤维的添加量为5-30重量份。
为使聚丙烯材料兼有较高的热变形温度以及较低的线膨胀系数，进一步地，所述马来酸酐接枝聚丙烯的马来酸酐接枝率为0.5-2wt％，优选为1wt％。
进一步地，所述石英纤维的二氧化硅含量大于99.9wt％，有利于降低材料的介电常数和介电损耗。
进一步地，所述高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料还包含以下重量份的组分：添加剂0-20份。
进一步地，所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂中的至少一种，更进一步地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类中的至少一种。
本发明还提供了上述的高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料的制备方法，将聚丙烯树脂、马来酸酐接枝聚丙烯和添加剂混合，加入双螺杆挤出机的主喂料系统，同时将石英纤维加入侧喂系统，所有组分通过双螺杆挤出机混合、挤出造粒，制得所述高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料，其中，所述双螺杆挤出机中一至二区温度为120℃～160℃，三至五区温度为180℃～200℃，五至十区温度为200℃～230℃，螺杆转速为300～600rpm。
本发明还提供了上述的高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料在通讯、雷达、航天、智能穿戴、成像和全球定位领域中的应用。本发明制备的聚丙烯材料具有良好的耐热性能、尺寸稳定性以及较低的介电常数和介电损耗，能够应用于通讯、雷达、航天、智能穿戴、成像和全球定位领域。
本发明还提供了马来酸酐接枝聚丙烯在提高聚丙烯材料的耐热性能和尺寸稳定性，以及降低所述聚丙烯材料的介电常数和介电损耗中的应用，所述聚丙烯材料包含以下重量份的组分：聚丙烯树脂60-93份、马来酸酐接枝聚丙烯接枝物2-10份和石英纤维5-30份。
发明人试验发现，在上述聚丙烯材料体系中，马来酸酐接枝聚丙烯能够提高聚丙烯树脂和石英纤维的相容性，并且提高材料的耐热性能、尺寸稳定性以及降低介电常数和介电损耗。
为进一步提高聚丙烯材料的热变形温度，降低其线膨胀系数，所述马来酸酐接枝聚丙烯的马来酸酐接枝率优选为0.5-2wt％，更优选为1wt％。
进一步地，所述石英纤维的二氧化硅含量大于99.9wt％，有利于降低材料的介电常数和介电损耗。
进一步地，所述聚丙烯材料还包含以下重量份的组分：添加剂0-20份，所述添加剂包括抗氧剂、润滑剂中的至少一种。更进一步地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类中的至少一种。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明的聚丙烯材料具有高耐热性，其热变形温度≥120℃，可在高温下保持良好的刚度；
(2)本发明的聚丙烯材料具有优良的尺寸稳定性，其在-40℃-130℃的线性膨胀系数<5.5*10-5，能够满足现代通讯器材高集成化，高装配精度的要求；
(3)本发明的聚丙烯材料具有低介电性能，在1.5GHz下，其介电常数为2.2-2.7，介电损耗低至0.0004-0.0022，对电场损耗极低，满足现代通讯高频化的要求。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
对以下实施例和对比例的原料说明如下：
PP树脂：中海壳牌，PP HP500N；
PP-g-MAH：马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率1wt％，南海柏晨PC-1；
PP-g-MAH：马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率0.5wt％，金发科技自制，其制备方法为：将PP加入双螺杆挤出机，同时加入引发剂和马来酸酐，通过在挤出机中引发接枝反应得到接枝率为0.5wt％的PP-g-MAH；
PP-g-MAH：马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率2wt％，金发科技自制，其制备方法为：将PP加入双螺杆挤出机，同时加入引发剂和马来酸酐，通过在挤出机中引发接枝反应得到接枝率为2wt％的PP-g-MAH；
PE-g-MAH：马来酸酐接枝聚乙烯，接枝率1wt％，科艾斯W1H；
石英纤维：二氧化硅含量大于99.9wt％，河南神玖SJ104；
普通玻纤：巨石508A；
抗氧剂1010：利安隆RIANOX 1010；
抗氧剂168：利安隆RIANOX 168；
润滑剂EBS B50：EBS润滑剂，广州金扬化工B50。
其中，本发明实施例和对比例中各性能指标的测试方法如下：
热变形温度：ISO75-2:2013；
线性膨胀系数：ISO 11359-1:2014；
介电常数：IPC-TM-650 2.5.5.13-2007；
介电损耗：IPC-TM-650 2.5.5.13-2007。
实施例1-9和对比例1-6的高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料的组分如表1所示，所述高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料的制备方法为：将聚丙烯树脂、马来酸酐接枝聚丙烯和添加剂混合，加入双螺杆挤出机的主喂料系统，同时将石英纤维加入侧喂系统，所有组分通过双螺杆挤出机混合、挤出造粒，制得所述高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料，其中，所述双螺杆挤出机中一至二区温度为120℃～160℃，三至五区温度为180℃～200℃，五至十区温度为200℃～230℃，螺杆转速为300～600rpm。
表1实施例1-9和对比例1-6的高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料配方(重量份)
Figure BDA0002839993050000051
表2实施例1-9和对比例1-6的高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料的性能测试结果
Figure BDA0002839993050000052
由实施例3、实施例6、对比例2-3结果可知，PP-g-MAH的加入，能够提高聚丙烯树脂和石英纤维的相容性，进一步提高材料的耐热性能、尺寸稳定性以及降低介电常数和介电损耗，但其添加量过高，也会导致材料的介电损耗升高。由实施例3和对比例5结果可知，相较于PE-g-MAH，PP-g-MAH更有利于提高材料的热变形温度、降低材料的线膨胀系数和介电常数。
由实施例3、实施例8-9结果可知，随着马来酸酐接枝聚丙烯的马来酸酐接枝率增加，制备得到的聚丙烯材料耐热性能和尺寸稳定性提高，但介电损耗增加，因此，综合平衡聚丙烯材料的耐热性能、尺寸稳定性和介电性能，本发明更优选马来酸酐接枝率为1％的马来酸酐接枝聚丙烯。
由对比例1-2结果可知，石英纤维的加入能够在保证材料具有超低介电的前提下，提升聚丙烯材料的热变形温度，并降低其线性膨胀系数。由实施例3和对比例6结果可知，在增强纤维含量相同的情况下，相较于普通玻纤，本发明采用石英纤维更有利于获得低介电聚丙烯材料。
比较实施例2-4、对比例4结果发现，随着石英纤维添加量增加，制备得到的聚丙烯材料耐热性能和尺寸稳定性提高，但介电损耗增加，其中，对比例4由于石英纤维添加量过高，导致材料难以挤出成型，因此，综合平衡聚丙烯材料的加工性能，耐热性能、尺寸稳定性和介电性能，本发明石英纤维的重量份选为5-30重量份。
由实施例1-2结果可知，抗氧剂的加入对于材料的耐热性能、尺寸稳定性和介电性能影响不大。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料，其特征在于，由以下重量份的组分组成：聚丙烯树脂60-93份、马来酸酐接枝聚丙烯2-10份、石英纤维5-30份和添加剂0-20份；所述添加剂为抗氧剂、润滑剂中的至少一种；所述马来酸酐接枝聚丙烯的马来酸酐接枝率为1wt％；所述石英纤维的二氧化硅含量大于99.9wt％。
2.权利要求1所述的高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，将聚丙烯树脂、马来酸酐接枝聚丙烯和添加剂混合，加入双螺杆挤出机的主喂料系统，同时将石英纤维加入侧喂系统，所有组分通过双螺杆挤出机混合、挤出造粒，制得所述高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料，其中，所述双螺杆挤出机中一至二区温度为120℃～160℃，三至五区温度为180℃～200℃，五至十区温度为200℃～230℃，螺杆转速为300～600rpm。
3.权利要求1所述的高耐热超低介电石英纤维增强聚丙烯材料在通讯、雷达、航天、智能穿戴、成像和全球定位领域中的应用。
4.马来酸酐接枝聚丙烯在提高聚丙烯材料的耐热性能和尺寸稳定性，以及降低所述聚丙烯材料的介电常数和介电损耗中的应用，其特征在于，所述聚丙烯材料由以下重量份的组分组成：聚丙烯树脂60-93份、马来酸酐接枝聚丙烯接枝物2-10份、石英纤维5-30份和添加剂0-20份；所述添加剂为抗氧剂、润滑剂中的至少一种；所述马来酸酐接枝聚丙烯的马来酸酐接枝率为1wt％；所述石英纤维的二氧化硅含量大于99.9wt％。
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