CN115216139B - 一种高抗冲抗静电热塑性树脂组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，按重量份计，包括以下组分：60~100份热塑性树脂，0~40份纤维类填料，0.03~0.2份抗静电剂，0.15~4份润滑剂。本发明采用合适的碳纳米管作为抗静电剂，制备的热塑性树脂组合物不仅具有优良的抗静电性能，还具有良好的抗冲击性能，拓宽了热塑性树脂组合物的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，具体涉及一种高抗冲抗静电热塑性树脂组合物及其制备方法和应用。
背景技术
随着现代汽车技术的发展，汽车轻量化发展成为迫在眉睫的新课题，为达到节能减排、减低整车重量，采用塑料制成的功能件在汽车中的用量日益增多。热塑性塑料因其易于加工，且具有轻质、耐用等特性，被广泛应用于汽车发动机周边以及动力传动系统。
作为汽车发动机周边或动力传动系统用功能结构件，在汽车行驶过程中，或因汽车行驶颠簸而发生震动，或因其自身工作原因发生震动，无法避免的会与周边相邻部件间产生摩擦或碰撞。而热塑性塑料属于优良的绝缘体，其表面电阻率一般在1014~1015Ω之间，当其与其它物质或材料表面接触或者摩擦后，易在制品表面积累大量的静电荷，特别是当对其进行玻纤增强后，制品表面比较粗糙，更有利于静电荷的产生与聚集，若所产生的静电不能及时消除，积累到一定量时会造成吸尘、电击，甚至产生火花后导致火灾、爆炸等安全隐患。基于对汽车安全性的要求越来越高，各大主机厂对汽车发动机周边或动力传动系统用零部件除要求其具有良好的抗冲击性能外，还要求其具有良好的抗静电性能（表面电阻率不超过1010Ω）。另外，为防止零部件漏电引发短路故障，很多汽车主机厂还对热塑性塑料的绝缘电阻值也有特定要求：表面电阻率不能低于106Ω。因此，如何提供一种高抗冲抗静电热塑性树脂组合物及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
为赋予热塑性树脂组合物优良的抗静电性能和抗冲击性能，常规技术手段为在热塑性树脂基体中同时引入抗静电剂和增韧剂。但添加增韧剂后，热塑性树脂组合物的流动性和耐热性能会下降，限制了其应用范围。本发明人经过大量实验惊讶地发现，选用合适的碳纳米管作为抗静电剂时，可在赋予热塑性树脂组合物优良抗静电性能的同时，实现无需添加增韧剂的情况下，显著提升其抗冲击性能。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种兼具优良抗静电性能和抗冲击性能的热塑性树脂组合物。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
热塑性树脂 60~100份；
纤维类填料 0~ 40份；
抗静电剂 0.03~0.2份；
润滑剂 0.15~4份；
其中，所述抗静电剂为单壁碳纳米管和长度大于5μm的多壁碳纳米管。
所述热塑性树脂选自聚丙烯、聚对苯二甲酸丁二酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚酰亚胺或聚甲醛中的一种或几种。
所述纤维填料选自玻璃纤维、碳纤维、金属碳化物纤维、玄武岩纤维、钛酸钾纤维、金属披覆玻璃纤维、陶瓷纤维、金属固化物纤维、石棉纤维、硼纤维、亚麻纤维中的一种或几种。
所述润滑剂为饱和烃类、金属皂类、脂肪族酰胺类、有机硅类、脂肪酸类、脂肪醋酸类、脂肪醇类、长链饱和线性羧酸盐类润滑剂中的一种或几种。
所述碳纳米管选自单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、羟基化修饰单壁碳纳米管、羧基化修饰单壁碳纳米管、氨基化修饰单壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管、氨基化修饰多壁碳纳米管、氮掺杂单壁碳纳米管、硫掺杂壁臂碳纳米管、硼掺杂单壁碳纳米管、氮掺杂多壁碳纳米管、硫掺杂多壁碳纳米管和硼掺杂多壁碳纳米管、碳纳米管阵列中的一种或几种。
本发明在热塑性树脂组合物体系中引入单壁碳纳米管或长度大于5μm的多壁碳纳米管，在不添加增韧剂的情况下，赋予了热塑性树脂组合物优良的抗静电性能和良好的抗冲击性能，可满足汽车发动机周边及动力传动系统结构件的使用需求。
作为优选，所述高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，按重量分数计，包括以下组合：
热塑性树脂 60~80份；
纤维类填料 20~ 40份；
碳纳米管 0.05~0.15份；
润滑剂 0.25~2份；
其中，所述纤维类填料为玻璃纤维，所述碳纳米管和润滑剂的用量比为1:5~1:20。
进一步优选，所述热塑性树脂为聚酰胺树脂，所述聚酰胺树脂选自脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、共聚聚酰胺中的一种或几种；所述的脂肪族聚酰胺选自PA6、PA66、PA46、PA56、PA11、PA12、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的至少一种，所述的半芳香族聚酰胺选自PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA6I、MXD6中的至少一种，所述的共聚聚酰胺选自PA66/6、PA6T/6I、PA6T/66、PA10T/PA1010、PA6T/PA610、PA10T/PA1012中的至少一种。
经大量试验发现，在玻璃纤维增强聚酰胺组合物配方体系中，引入少量单壁碳纳米管或长度＞5μm的多壁碳纳米管，通过调控碳纳米管和润滑剂的用量，可使制备的聚酰胺组合物，在无需添加增韧剂的情况下，具有良好的抗冲击性能，其无缺口冲击强度可高达114KJ/m2，缺口冲击强度可高达19.4KJ/m2，明显优于非抗静电玻璃纤维增强聚酰胺组合物和其他抗静电剂填充的抗静电增强聚酰胺组合物。
根据实际性能需要，本发明的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物还可进一步包含其他组分，所述其他组分选自阻燃剂、阻燃协效剂、抗滴落剂、流动改性剂、着色剂、抗氧化剂、热稳定剂、UV稳定剂、增韧剂、脱模剂的一种或几种。
本发明还提供了上述高抗冲抗静电热塑性树脂组合物的制备方法，包括以下步骤：将除纤维类填料外的其他组分在高混机中进行预混合得到预混物，然后将预混物从主喂料口投入双螺杆挤出机中，纤维类填料从侧喂料口投入双螺杆挤出机中，一并经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒，即得。
本发明还提供一种上述高抗冲抗静电热塑性树脂组合物的应用，具体为将所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物经模压成型或注塑成型制备成轻量化产品应用在汽车发动机周边及动力传动系统的结构件上。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明在热塑性树脂组合物配方体系中引入单壁碳纳米管或长度大于5μm的多壁碳纳米管作为抗静电剂，可实现无需添加增韧剂的情况下，仅添加少量碳纳米管既可赋予热塑性树脂组合物优良的抗静电性能，又能显著提升其抗冲击性能，打破了以改善复合材料抗冲击性能，首选添加增韧剂的技术常规。制备的热塑性树脂组合物同时具有优良的抗静电性能和抗冲击性能，拓宽了热塑性树脂组合物在汽车行业的应用范围。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，本领域技术人员在对各实施例进行分析和理解的同时，可结合现有知识对本发明提供的技术方案做一系列变形与等效替换，该变形与等效替换而得的新的技术方案亦被本发明囊括在内。
实施例和对比例所采用的原料如下所述：
碳纳米管1：单壁碳纳米管（XFS26），直径4~5nm，长度为0.5~5μm，江苏先丰纳米材料科技有限公司。
碳纳米管2：多壁碳纳米管（MWNT-10），直径7~15nm，长度＞5μm，深圳市纳米港有限公司。
碳纳米管3：多壁碳纳米管（S-MWNT-1020），直径10~20nm，长度＜2μm，深圳市纳米港有限公司。
其余原料均为市售。
下面将结合实施例1-8和对比例1-14，对本发明作进一步说明。
下述实施例和对比例的聚酰胺复合材料性能测试方法如下：
（1）表面电阻率：根据IEC60093，通过模制成型制备直径100mm、厚3mm的圆片，将样片在标准环境气候23℃，50%RH中调节12h后进行表面电阻率测试，测试电压500V，电化1min。
（2）无缺口冲击强度：根据ISO179，通过模制成型制备长80mm、宽10mm、厚4mm的测试样条，将样条在标准环境气候23℃，50%RH中调节12h后在进行无缺口冲击强度测试，摆锤能量4J。
（3）缺口冲击强度：根据ISO179，通过模制成型制备长80mm、宽10mm、厚4mm的测试样条，采用缺口制样机剪裁成A型缺口，将样条在标准环境气候23℃，50%RH中调节12h后进行缺口冲击强度测试，摆锤能量1J。
实施例1～实施例9
按照表1所述的重量份配比，将玻璃纤维外的其他各组分先混和均匀，从双螺杆挤出机的主喂料口下料，玻璃纤维从双螺杆挤出机侧喂料口下料，经双螺杆挤出机熔融混合、挤出、冷却造粒，即得。双螺杆挤出机的长径比为40:1，螺杆转速为280r/min。将制备的成品粒子于80℃真空干燥箱中干燥5～8h，再于注塑机中成型打制对应的性能测试标准样条，进行性能测试，测试结果见表1。
表1 实施例1~9热塑性树脂组合物配方及性能测试结果
对比例1～对比例10
按照表2所述的重量份配比称取各原料组分，制备方法和检测方法同实施例。对比例1~对比例10的性能测试结果见表2。
表2对比例1~10热塑性树脂组合物配方及性能测试结果
从表1中实施例1~9及表2的对比例1~10的性能测试结果可以看出：相比于非抗静电热塑性树脂组合物和其他抗静电剂填充热塑性树脂组合物体系，在热塑性树脂体系中引入少量单壁碳纳米管或长度＞5μm的多壁碳纳米管，既可赋予热塑性树脂组合物优良的抗静电性能，还能显著提升其抗冲击性能；针对玻纤增强热塑性树脂组合物体系，在引入单壁碳纳米管或长度＞5μm的多壁碳纳米管的同时，通过调控碳纳米管和润滑剂的用量配比，可进一步提升热塑性树脂组合物的抗冲击性能。
上述实施例虽然对本发明的设计思路作了比较详细的文字描述，但是这些文字描述，只是对本发明设计思路的简单文字描述，而不是对本发明设计思路的限制，任何不超出本发明设计思路组合、增加或修改，均落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
热塑性树脂 60~100份；
纤维类填料 0~ 40份；
抗静电剂 0.03~0.2份；
润滑剂 0.15~4份；
其中，所述抗静电剂为单壁碳纳米管或长度大于5μm的多壁碳纳米管，所述抗静电剂和润滑剂的用量比为1:5~1:20，所述热塑性树脂选自聚酰胺。
2.根据权利要求1所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，其特征在于，所述纤维类填料选自玻璃纤维、碳纤维、金属碳化物纤维、玄武岩纤维、钛酸钾纤维、陶瓷纤维、石棉纤维、硼纤维、亚麻纤维中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，其特征在于，所述润滑剂为饱和烃类、金属皂类、脂肪族酰胺类、有机硅类、脂肪酸类、脂肪醇类、长链饱和线性羧酸盐类润滑剂中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，其特征在于，所述碳纳米管选自羟基化修饰单壁碳纳米管、羧基化修饰单壁碳纳米管、氨基化修饰单壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、羧基化多壁碳纳米管、氨基化修饰多壁碳纳米管、氮掺杂单壁碳纳米管、硫掺杂单壁碳纳米管、硼掺杂单壁碳纳米管、氮掺杂多壁碳纳米管、硫掺杂多壁碳纳米管和硼掺杂多壁碳纳米管中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，其特征在于，按重量分数计，包括以下组分：
热塑性树脂 60~80份；
纤维类填料 20~ 40份；
抗静电剂 0.05~0.15份；
润滑剂 0.25~2份；
其中，所述纤维类填料为玻璃纤维，所述抗静电剂和润滑剂的用量比为1:5~1:20。
6.根据权利要求5所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，其特征在于，所述热塑性树脂为聚酰胺树脂，所述聚酰胺树脂选自脂肪族聚酰胺、半芳香族聚酰胺、共聚聚酰胺中的一种或几种；所述的脂肪族聚酰胺选自PA6、PA66、PA46、PA56、PA11、PA12、PA610、PA612、PA1010、PA1012、PA1212中的至少一种，所述的半芳香族聚酰胺选自PA4T、PA6T、PA9T、PA10T、PA6I、MXD6中的至少一种，所述的共聚聚酰胺选自PA66/6、PA6T/6I、PA6T/66、PA10T/PA1010、PA6T/PA610、PA10T/PA1012中的至少一种。
7.根据权利要求1~6任一项所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物，其特征在于，所述热塑性树脂组合物还包含其他组分，所述其他组分选自阻燃剂、阻燃协效剂、抗滴落剂、流动改性剂、着色剂、增韧剂、抗氧化剂、热稳定剂、UV稳定剂、脱模剂的一种或几种。
8.如权利要求1~7任一项所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将除纤维类填料外的其他组分在高混机中进行预混合得到预混物，然后将预混物从主喂料口投入双螺杆挤出机中，纤维类填料从侧喂料口投入双螺杆挤出机中，一并经双螺杆挤出机熔融、挤出、冷却、造粒，即得。
9.一种如权利要求1所述的高抗冲抗静电热塑性树脂组合物的应用，其特征在于，所述高抗冲抗静电热塑性树脂组合物经模压成型或注塑成型制备成轻量化产品应用在汽车发动机周边及动力传动系统的结构件上。
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