CN114274639A - 一种多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料及其制备方法。该复合材料包括最外面层的两个表面层和所述两个表面层之间的芯层，所述两个表面层为静电耗散层，所述芯层为聚碳酸酯层；所述静电耗散层组分按照重量份数包括：共聚PC树脂50‑95份；抗静电助剂5‑40份；所述聚碳酸酯层为纯聚碳酸酯或功能性聚碳酸酯。该复合材料具有较好的抗静电性、高透明、高强度和高冲击特性。
Description
技术领域
本发明属于抗静电复合材料及其制备领域，特别涉及一种多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料及其制备方法。
背景技术
目前抗静电复合材料，一般分为长效性和短效性抗静电；永久长效抗静电采用：1.导电填料如金属粉、金属氧化物或炭系材料如炭黑、石墨或碳纤维填充，一般添加量大，极大地影响材料强度及透明度；2.导电高分子材料，采用掺杂聚苯胺、聚噻吩、聚苯乙炔等导电高分子调整材料表面电阻率，一般添加量也很大，影响强度和透明度，同时表面电阻率一般较高，抗静电效果略差。短效性抗静电剂一般采用双亲性表面活性剂如乙氧基化脂肪族烷基胺，烷基季铵等，通过迁移至产品表面，亲水基团吸附水分，引起表面电阻率保持在水的电阻率水平，即106-107，缺点是表面活性剂可消耗，使用过程中渐渐消耗完，一般时效<2年，另外其抗静电性与环境中湿度有关系，干燥环境无法发挥效果，因此在北方区域应用受限。
抗静电效果的获得还可以通过涂层获得，主要是将抗静电涂料涂布于材料表面，后进行固化。抗静电涂层一般也是添加以上导电填料或抗静电助剂，也分为长效和短效，但是也具有上述提到的缺陷。因此需要研究同时具备较好抗静电性、高强度和高透明度的抗静电复合材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料及其制备方法，以克服现有技术中抗静电复合材料抗静电效果差、强度和透明度低的缺陷。
本发明提供一种多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料，所述复合材料包括最外面层的两个表面层和所述两个表面层之间的芯层，所述两个表面层为静电耗散层，所述芯层为聚碳酸酯层；
所述静电耗散层组分按照重量份数包括：
共聚PC树脂 50-95份；
抗静电助剂 5-40份；
所述聚碳酸酯层为纯聚碳酸酯或功能性聚碳酸酯。
优选地，所述共聚PC树脂硬度为H～4H，不影响树脂透明度和成型特性。
优选地，所述共聚PC树脂相对分子量为10000～50000。更优选地，共聚PC树脂相对分子量为10000～25000。
优选地，所述共聚PC树脂包括Si共聚PC、MMA共聚PC、生物基共聚PC中的一种或几种。更优选地，共聚PC树脂为MMA共聚PC。
优选地，所述抗静电助剂包括导电高分子或导电填料。
优选地，所述导电高分子包括掺杂聚苯胺、掺杂聚噻吩、掺杂聚苯乙炔、掺杂聚氨酯中的一种或几种。
优选地，所述导电填料包括金属粉、金属氧化物或炭系材料。
优选地，所述炭系材料包括炭黑、石墨、碳纳米管、碳纤维中的一种或几种。
更优选地，所述抗静电助剂包括碳纳米管或聚苯乙炔，在静电耗散层形成连续导电通道，或非连续导电通道。
优选地，所述功能性聚碳酸酯为阻燃、抗红外、耐候中的一种或几种功能的聚碳酸酯；所述功能性聚碳酸酯组分按照重量份数包括：聚碳酸酯树脂80～98份，阻燃剂1～20份，助剂0.5～2份。
优选地，所述阻燃剂包括磺酸盐阻燃剂、磷酸酯阻燃剂中的一种或几种。
优选地，所述助剂包括按重量份数计的以下组分：抗氧剂0.02～1份、加工流动助剂0.02～1份、阻燃协效剂0～1份、抗红外助剂0～6份、UV助剂0～5份。
优选地，所述抗氧剂包括亚磷酸酯抗氧剂168、受阻酚抗氧剂1010、受阻酚抗氧剂1098、受阻酚抗氧剂1076中的一种或两种。
优选地,所述加工流动助剂为聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡、季戊四醇硬脂酸酯、长链脂肪酸多官能团酯中的一种或几种混合。
优选地，所述阻燃协效剂为聚四氟乙烯抗滴落剂。
优选地，所述聚碳酸酯为光气法或酯交换法制备得到；聚碳酸酯相对分子量为10000～80000。更优选地，聚碳酸酯相对分子量为15000～40000。
优选地，所述静电耗散层厚度为10-500μm。可依材料抗静电需求进行厚度调整。
优选地，所述聚碳酸酯复合材料为复合板材，厚度为1mm-10mm。
本发明还提供一种聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按照配比，将静电耗散层各组分经双螺杆挤出机挤出，得到抗静电母粒，烘干，投入单螺杆挤出机辅机，将纯聚碳酸酯或功能性聚碳酸酯投入单螺杆挤出机主机，单螺杆挤出机辅机和单螺杆挤出机主机一起挤出，得到多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料。
优选地，所述双螺杆挤出机挤出温度为240～280℃；单螺杆挤出机各段温度为230-270℃，230-270℃，230-270℃，230-270℃，230-270℃，230-270℃，230-270℃。
优选地，挤出螺杆转速为300～500rpm，造粒机转速为40rpm。
本发明还提供一种聚碳酸酯复合材料在电子电气安全防护中的应用。
有益效果
(1)本发明通过共挤方法形成多层结构的聚碳酸酯复合材料，该复合材料表面电阻率可以达到静电耗散106-1012，可通过调整共挤层厚度调节静电耗散效率。并且共挤方法对聚碳酸酯层物性影响不大，可以保持复合材料高透明、高强度和高冲击特性，同时可在聚碳酸酯层进行功能化改性，如阻燃、抗红外等。
(2)本发明共挤方法与涂层法对比，无溶剂更环保，且生产流程短，周期短，可连续化生产。
附图说明
图1为本发明聚碳酸酯复合材料三层结构的示意图，其中1为静电耗散层，2为纯聚碳酸酯或功能性聚碳酸酯。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
原料来源：
共聚PC树脂：MMA-co-PC，KH3310UR，购自三菱化学；
抗静电助剂1：硼酸钾离子掺杂聚醚基聚氨酯，IonphaseTM U1，购自禾大Croda；
抗静电助剂2：导电炭黑，CA6141，购自卡博特；
聚碳酸酯：购自台化出光塔夫隆IR2200；
阻燃剂：苯磺酸基磺酸盐，F-535，购自Arichem；
抗氧剂：购自巴斯夫，1010；
加工助剂：美国龙沙PETS。
实施例1-4和对比例2-3聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按照表1配比，将静电耗散层各组分在240～280℃下经双螺杆挤出机挤出，得到抗静电母粒，120℃烘干2h，投入单螺杆挤出机辅机，将纯聚碳酸酯或功能性聚碳酸酯(对应聚碳酸酯层)投入单螺杆挤出机主机，单螺杆挤出机辅机和单螺杆挤出机主机一起挤出，得到聚碳酸酯复合材料。其中单螺杆挤出机各段温度为230,250,260,270,260,250,230℃，挤出螺杆转速为300～500rpm，造粒机转速为40rpm。
功能性聚碳酸酯是将功能性聚碳酸酯各组分经双螺杆挤出机挤出获得，其中双螺杆挤出机挤出温度为200,240,250,260,260,260,260,260,260,260℃。
对比例1中基体填充防水材料的制备方法为：将抗静电助剂与聚碳酸酯混匀后经双螺杆挤出造粒，其中双螺杆挤出机挤出温度为200,240,250,260,260,260,260,260,260,260℃。
性能测试：
(1)透光率：按照标准ASTM D1003-2013方法A；
(2)雾度：按照标准ASTM D1003-2013方法A；
(3)表面电阻率：按照标准GB/T 1410-2006；
(4)拉伸强度：按照标准GB/T1040.1-2018，1B型，速度50mm/min；
(5)冲击强度：按照标准GBT1043.1-2018；
(6)落锤冲击：按照标准ASTM D3673-2002。
表1实施例和对比例配比(重量份数)
由表1可知，实施例1/2/3可见，可通过调节抗静电剂添加量及静电耗散层厚度调整复合材料的抗静电性；实施例3/4可见炭黑对透光率雾度影响极大；对比例1可见，基体填充抗静电剂对强度和韧性影响极大；对比例3可见，聚碳酸酯芯层添加抗静电助剂对强度和韧性影响极大；实施例3与对比例2相比可见，共聚PC对复合材料表面硬度提高了5个等级。
Claims (10)
1.一种多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述复合材料包括最外面层的两个表面层和所述两个表面层之间的芯层，所述两个表面层为静电耗散层，所述芯层为聚碳酸酯层；
所述静电耗散层组分按照重量份数包括：
共聚PC树脂 50-95份；
抗静电助剂 5-40份；
所述聚碳酸酯层为纯聚碳酸酯或功能性聚碳酸酯。
2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述共聚PC树脂硬度为H～4H；共聚PC树脂相对分子量为10000～50000；共聚PC树脂包括Si共聚PC、MMA共聚PC、生物基共聚PC中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述抗静电助剂包括导电高分子或导电填料；所述导电高分子包括掺杂聚苯胺、掺杂聚噻吩、掺杂聚苯乙炔、掺杂聚氨酯中的一种或几种；所述导电填料包括金属粉、金属氧化物或炭系材料。
4.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述功能性聚碳酸酯为阻燃、抗红外、耐候中的一种或几种功能的聚碳酸酯；所述功能性聚碳酸酯组分按照重量份数包括：聚碳酸酯树脂80～98份，阻燃剂1～20份，助剂0.5～2份。
5.根据权利要求4所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂包括磺酸盐阻燃剂、磷酸酯阻燃剂中的一种或几种；助剂包括按重量份数计的以下组分：抗氧剂0.02～1份、加工流动助剂0.02～1份、阻燃协效剂0～1份、抗红外助剂0～6份、UV助剂0～5份。
6.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述聚碳酸酯为光气法或酯交换法制备得到；聚碳酸酯相对分子量为10000～80000。
7.根据权利要求1所述的聚碳酸酯复合材料，其特征在于，所述静电耗散层厚度为10-500μm；聚碳酸酯复合材料为复合板材，厚度为1mm-10mm。
8.一种如权利要求1-7任一所述聚碳酸酯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
按照配比，将静电耗散层各组分经双螺杆挤出机挤出，得到抗静电母粒，烘干，投入单螺杆挤出机辅机，将纯聚碳酸酯或功能性聚碳酸酯投入单螺杆挤出机主机，单螺杆挤出机辅机和单螺杆挤出机主机一起挤出，得到多层共挤透明高抗冲抗静电聚碳酸酯复合材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机挤出温度为240～280℃；单螺杆挤出机各段温度为230-270℃，230-270℃，230-270℃，230-270℃，230-270℃，230-270℃，230-270℃。
10.一种如权利要求1-7任一所述聚碳酸酯复合材料在电子电气安全防护中的应用。
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