CN112694752A - 一种高性能抗静电的pps复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能抗静电的PPS复合材料及其制备方法和应用。本发明的高性能抗静电的PPS复合材料，包括如下重量份的组分：聚合物基体80～90份，抗静电剂10～20份，其他助剂0～5份，所述聚合物基体为聚苯硫醚(PPS)和热致液晶聚合物(TLCP)的化合物，且PPS与TLCP的重量比为(1～4)∶1。本发明通过PPS、TLCP与抗静电剂的互相配合，制得了表面电阻率极低、抗静电指数稳定，且力学性能良好的PPS复合材料。由于PPS与TLCP的粘度差异以及含量的不同，PPS复合材料在加工过程中形成皮层和芯层结构，抗静电剂富集并均匀分散于“皮层”的TLCP中，从而使得PPS复合材料力学性能良好，表面电阻率较低，可达到10⁵～10⁷Ω，且抗静电指数稳定。

Description

一种高性能抗静电的PPS复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及高分子材料改性领域，更具体的，涉及一种高性能抗静电的PPS组合物及其制备方法和应用。

背景技术

聚苯硫醚(PPS)结构规整、结晶度较高，是一种高结晶性芳基硫聚合物，具有良好的热稳定性、良好的电绝缘性以及较高的强度等。PPS与无机填料、增强纤维或其它填料通过熔融共混改性可以制作各种型材及零部件，在国防军工、航空航天、电子通讯、汽车、机械、医疗器械、石油化工等行业都有重要应用。

PPS及其复合材料的绝缘性能优良，但绝缘体由于摩擦在干燥的空气中容易产生静电荷，静电积累将会发生静电引力、电击或火花放电现象，这在易燃易爆物质环境条件下将酿成巨大灾害，同时严重影响材料使用寿命。含有玻璃纤维的PPS复合材料的体积电阻系数在10¹⁶Ω·cm以上。对于煤矿井下、硬盘驱动元件、专用电气封装、汽车安全制动等领域，要求PPS制品在具有较高的力学性能的同时还需呈现抗静电功能。

为了提升PPS的抗静电性，通常需要在聚合物基体中加入抗静电剂。常规的抗静电剂虽然可以赋予PPS一定的抗静电效果，但是复合材料的体积电阻率都比较大，若要获得更低的电阻率需增加体系中抗静电剂的含量。中国专利申请CN101134846A公开了一种抗静电增强聚苯硫醚复合材料，使用亲水性聚合物聚氧化乙烯、聚乙二醇等组分作为抗静电剂，复合材料的体积电阻率在10⁹Ω·cm左右，仍然较高。中国专利申请CN109535717A公开了一种用于IC测试用的聚苯硫醚塑料，在聚苯硫醚颗粒为75～80重量份的情况下，抗静电剂颗粒加至12-16份，才获得了10⁸Ω·cm的表面电阻率，一方面表面电阻率仍较高，另一方面，抗静电剂的量过多会导致PPS复合材料的力学性能急剧下降。此外，常规的抗静电剂还存在抗静电指数不稳定的问题，制件的不同位置表面电阻率差异较大。

因此，需要开发出一种兼具良好的抗静电性能与力学性能的PPS复合材料。

发明内容

本发明为克服上述现有技术所述的抗静电性能与力学性能差的缺陷，提供一种PPS复合材料，该PPS复合材料兼具良好的抗静电性能与力学性能，且抗静电指数稳定。

本发明的另一目的在于提供上述PPS复合材料的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述PPS复合材料的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种高性能抗静电的PPS复合材料，包括如下重量份的组分：

聚合物基体80～90份，

抗静电剂10～20份，

其他助剂0～5份；

所述聚合物基体为聚苯硫醚(PPS)和热致液晶聚合物(TLCP)的混合物，且PPS与TLCP的重量比为(1～4)∶1。

本发明的PPS复合材料以PPS和TLCP作为聚合物基体，并具体限定了PPS与TLCP的重量比为(1～4)∶1。由于PPS与TLCP的粘度差异以及含量的不同，TLCP会在PPS中呈“海岛”的相分离结构，PPS、TLCP两相的相界面清晰，两相的界面结合力不会过高或过低。

发明人研究发现，在PPS复合材料的加工中，如注塑过程，强剪切会导致PPS与TLCP发生进一步的界面分离，流动性较好的TLCP更倾向于在PPS制件的“皮层”流动并发生取向，流动性稍差的PPS更倾向于分布在PPS制件的“芯层”。在“皮层”高度取向的TLCP会裹挟抗静电剂在PPS制件的表面同时发生沿流动方向的取向，从而使得抗静电剂有序排列。有序排列的抗静电剂之间互相搭接，从而更易形成导电通路，显著降低材料的导电“阈渗值”。

因此，PPS复合材料可以在较低的抗静电剂含量下，获得极低的表面电阻率，并维持良好的力学性能。

此外，由于TLCP的高流动性，可以有效改善裹挟于TLCP中的抗静电剂的分散状态，减少抗静电剂的团聚。由于抗静电剂富集在“皮层”的TLCP中，且分散性极佳，使得PPS制件表面的抗静电剂浓度高又分布均匀，PPS制件表面不同部位的电阻率非常接近，抗静电指数稳定。

优选地，所述PPS的熔体流动速率为316℃，5kg条件下100～1800g/10min。

PPS的熔体流动速率按照ISO 1133-1-2011的标准方法检测。

更优选地，所述PPS的熔体流动速率为316℃，5kg条件下100～500g/10min。

优选地，所述TLCP是具有式(Ⅰ)、式(Ⅱ)或式(Ⅲ)结构的热致液晶聚合物：

优选地，所述TLCP是具有式(Ⅰ)结构的热致液晶聚合物。

具有式(Ⅰ)结构的热致液晶聚合物的熔点更高，流动性更优，在PPS制件中向“皮层”的取向流动更好，并且对于抗静电剂的裹挟更优。

优选地，所述PPS与TLCP的重量比为(2～3)∶1。

优选地，所述抗静电剂为导电炭黑、碳纤维、碳纳米管或导电钛酸钾晶须中的一种或几种。

更优选地，所述抗静电剂为碳纳米管。

发明人研究发现，碳纳米管作为抗静电剂，在本发明的PPS复合材料中能以极少的添加量获得更优的抗静电效果。

所述高性能抗静电的PPS复合材料，还可以包括0～5重量份的其他助剂。

可选的，所述其他助剂为相容剂、偶联剂、增韧剂或抗氧剂。

优选地，所述相容剂为环氧类相容剂、羧酸类相容剂、酸酐类相容剂中的一种或几种。

优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、磷酸酯偶联剂中的一种或几种。

优选地，所述增韧剂为乙烯三元共聚物、丙烯酸酯类共聚物、乙烯辛烯共聚物中的一种或几种。

优选地，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂或亚磷酸酯类抗氧剂中的一种或几种。

本发明还保护上述高性能抗静电的PPS复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将聚合物基体、抗静电剂、其他助剂混合后加至挤出机中，经熔融挤出造粒，得到所述高性能抗静电的PPS复合材料。

优选地，所述挤出机为双螺杆挤出机，双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为260～320℃，螺杆转速为200～500rpm。

本发明还保护上述高性能抗静电的PPS复合材料在煤矿井下、硬盘驱动元件、专用电气封装或汽车安全制动领域中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过PPS、TLCP与抗静电剂的互相配合，制得了表面电阻率极低、抗静电指数稳定，且力学性能良好的PPS复合材料。由于PPS与TLCP的粘度差异以及含量的不同，PPS复合材料在加工过程中形成皮层和芯层结构，抗静电剂富集并均匀分散于“皮层”的TLCP中，从而使得PPS复合材料力学性能良好，表面电阻率较低，可达到10⁵～10⁷Ω，且抗静电指数稳定。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例及对比例中的原料均可通过市售得到：

除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1～19

实施例1～19的PPS复合材料各组分含量见表1。

其制备方法为：

将PPS、TLCP、抗静电剂、其他助剂混合后加至双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，得到PPS复合材料。

双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为260～320℃，螺杆转速为200～500rpm。

表1实施例1～19各组分含量(重量份)

对比例1～6

对比例1～6的复合材料各组分含量见表2。

其制备方法为：

根据表2将各组分混合后加至双螺杆挤出机中，经熔融挤出造粒，得到复合材料。

双螺杆挤出机的螺杆长径比为48:1，螺筒温度为260～320℃，螺杆转速为200～500rpm。

表2对比例1～6各组分含量(重量份)

		1	2	3	4	5	6
								PPS	PPS-1	90	0	80	40	60	60
TLCP	TLCP-1	0	90	10	50	30	30
								抗静电剂	碳纤维	10	10	10	10	30	5

性能测试

对上述实施例及对比例制备的PPS复合材料进行性能测试。

检测方法具体如下：

拉伸强度：按照ISO527-1-2012标准注塑成力学测试样条，使用万能力学性能试验机进行测试，测试速率10mm/min，单位为MPa。

表面电阻率：将高性能抗静电复合材料颗粒注塑成100mm×100mm×4mm的方板形制件，利用表面电阻率测试仪分别测试方板四角和中间位置的表面电阻率，计算平均值(单位为×10⁶Ω)和方差。

实施例1～19的测试结果见表3，对比例1～6的测试结果见表4。

表3实施例1～19的测试结果

由表3的测试结果可以看出，本发明各实施例制备的PPS复合材料拉伸强度≥80MPa，表面电阻率平均值均为10⁵～10⁷Ω，且PPS制件表面不同部位的电阻率非常接近，方差≤0.9，抗静电指数稳定。

由实施例1～4，PPS与TLCP的重量比为(2～3)∶1时，PPS复合材料的表面电阻率更低，且抗静电指数更稳定。

由实施例1、实施例6～8，PPS的熔体流动速率优选为316℃，5kg条件下100～500g/10min。PPS的熔体流动速率较低，PPS复合材料在加工过程中形成的皮层和芯层结构更优，表面电阻率更低。由实施例1、9～10，当TLCP是具有式(Ⅰ)结构的热致液晶聚合物时，TLCP的熔点更高，流动性更优，对于抗静电剂的裹挟更优，材料的表面电阻率更低。

由实施例1、11～18可以看出，相比于其他的抗静电剂，碳纤维在同样的添加量下，使得PPS复合材料具有更好的力学性能和更低的表面电阻率。当碳纤维的含量为20重量份时，PPS复合材料的拉伸强度可以达到186MPa，且表面电阻率极低，仅为0.1×10⁶Ω，方差仅为0.002，说明抗静电指数非常稳定。

表4对比例1～6的测试结果

	1	2	3	4	5	6
							拉伸强度	138	109	135	112	207	98
表面电阻率	900±100	500±80	100±30	300±80	0.003±0.0005	80000±1000

对比例1、2的复合材料不含TLCP或PPS组分，其表面电阻率达到9×10⁸Ω、5×10⁸Ω，抗静电性能差，。对比例3、4的复合材料中，PPS与TLCP的重量比超出本发明技术方案的范围，制得的复合材料无法形成有效的皮层和芯层结构，抗静电效果难以满足实际要求。对比例5中，抗静电剂含量过多，材料表面电阻率过低，达到10³Ω，已经达到导电材料的标准，而并非抗静电材料。对比例6中抗静电剂含量过少，PPS复合材料的表面电阻率高达8×10¹⁰Ω，不具有抗静电性能。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高性能抗静电的PPS复合材料，其特征在于，包括如下重量份的组分：

聚合物基体80～90份，抗静电剂10～20份，其他助剂0～5份，

所述聚合物基体为PPS和TLCP的混合物，且PPS与TLCP的重量比为(1～4)∶1。

2.根据权利要求1所述PPS复合材料，其特征在于，所述PPS的熔体流动速率为316℃，5kg条件下100～1200g/10min。

3.根据权利要求2所述PPS复合材料，其特征在于，所述PPS的熔体流动速率为316℃，5kg条件下100～500g/10min。

4.根据权利要求1所述PPS复合材料，其特征在于，所述TLCP是具有式(Ⅰ)、式(Ⅱ)或式(Ⅲ)结构的热致液晶聚合物：

5.根据权利要求4所述PPS复合材料，其特征在于，所述TLCP是具有式(Ⅰ)结构的热致液晶聚合物。

6.根据权利要求1所述PPS复合材料，其特征在于，所述PPS与TLCP的重量比为(2～3)∶1。

7.根据权利要求1所述PPS复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为导电炭黑、碳纤维、碳纳米管或导电钛酸钾晶须中的一种或几种。

8.根据权利要求7所述PPS复合材料，其特征在于，所述抗静电剂为碳纳米管。

9.权利要求1～8任一项所述PPS复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将聚合物基体、抗静电剂、其他助剂混合后加至挤出机中，经熔融挤出造粒，得到所述高性能抗静电的PPS复合材料。

10.权利要求1～8任一项所述PPS复合材料在煤矿井下、硬盘驱动元件、专用电气封装或汽车安全制动领域中的应用。