CN115612211A - 一种导电聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种导电聚丙烯复合材料及其制备方法，包括以下重量份的组分：共聚聚丙烯树脂82‑92份、抗静电母粒4‑8份、TPX母粒2‑5份、压粒式助剂2‑5份；其中，抗静电母粒为碳纳米管、碳纤维中至少一种与抗静电剂经加热熔融、挤出、切粒制备得到；TPX母粒为石墨烯、白炭黑、TPX经加热熔融、挤出、切粒制备得到；压粒式助剂为相容剂、润滑剂、色粉中至少两种。本发明的导电聚丙烯复合材料不仅具有极低的体积电阻率、高光泽度、低表面残留，且同时保证机械性能优异、成本低。
Description
技术领域
本发明属于聚丙烯技术领域，具体涉及一种导电聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯（简称PP）具有无毒、无味、密度小、优良抗吸湿性、优良抗酸碱腐蚀性、优良抗溶解性等优点，作为一种常用塑料被广泛应用于汽车工业、家用电器、管材、机械零件制作等方面。
为了降低聚丙烯的电阻，提高聚丙烯导电性，国内外对添加碳纤维、导电炭黑、碳纳米管、石墨烯的聚丙烯共混体系进行了大量的研究，然而，采用这种方式存在以下弊端：一、只有当导电填料添加量较大时，才能够实现有效的导电网络，从而降低材料表面电阻，材料成本较高；二、由于导电填料的加入，会极大降低材料的机械强度，尤其对材料的韧性、断裂伸长率影响很大。
因此，亟需一种不仅具有较低电阻率，且综合性能优良的导电聚丙烯复合材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种导电聚丙烯复合材料，不仅具有较低电阻率，且综合性能优良。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种导电聚丙烯复合材料，包括以下重量份的组分
共聚聚丙烯树脂 82-92份
抗静电母粒 4-8份
TPX母粒 2-5份
压粒式助剂 2-5份
其中，抗静电母粒为碳纳米管、碳纤维中至少一种与抗静电剂经加热熔融、挤出、切粒制备得到；
TPX母粒为石墨烯、白炭黑、TPX经加热熔融、挤出、切粒制备得到；
优选的，所述压粒式助剂为相容剂、润滑剂、色粉中至少两种采用低速混料和高速压粒的形式制得。
优选的，所述抗静电剂为脂肪胺聚氧乙烯醚。
优选的，所述石墨烯、白炭黑、TPX的质量比为3:4:3。
本发明的另一目的是提供一种导电聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照比例称取聚丙烯树脂、抗静电母粒、TPX母粒、压粒式助剂；
（2）将步骤（2）得到的物质送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、冷却、切粒、振动筛选、储存、包装得到导电聚丙烯复合材料。
优选的，步骤（2）中所述双螺杆挤出机的转速为550~650rpm；所述双螺杆挤出机的各段温度为：1段60℃，2段200℃，3~4段230℃，5~7段210℃，8~12段200℃，机头温度220℃。
优选的，步骤（2）中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为56:1。
优选的，步骤（2）中冷却采用双层冷却水槽，水槽采用循环往复式的传动结构。
优选的，步骤（2）中所述双螺杆挤出机的模头处安装吹气式除杂质装置。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明加入抗静电母粒，即将碳纳米管或者碳纤维中至少一种与抗静电剂混合，经加热熔融、挤出、切粒得到，防止粉料在单独下料时的波动，方便控制进料量。
（2）本发明加入压粒式助剂，助剂经过混合和常温压粒，保证后续生产没有粉料扬尘，助剂如果熔融挤出，会第一次受温，做成助剂粒后，做成品还会受温，常温压粒可避免助剂在2次加温过程中的性能降解。
（3）本发明加入TPX母粒，即石墨烯、白碳黑和TPX经加热熔融、挤出、切粒制备得到，不仅可以增加材料的流动性，还可以使PP树脂具有高光泽和光滑度。
（4）本发明双螺杆挤出机采用双层冷却水槽，水槽采用循环往复式的传动机构，保证切粒均匀，防止材料缠绕。
（5）本发明聚丙烯复合材料不仅具有极低的体积电阻率、高光泽度、低表面残留，且同时保证机械性能优异、成本低。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种导电聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下重量份的组分
共聚聚丙烯树脂 85份
抗静电母粒 8份
TPX母粒 5份
压粒式助剂 2份
其中，抗静电母粒为碳纳米管、碳纤维与抗静电剂脂肪胺聚氧乙烯醚（三者的质量比为4:4:2）混合均匀，加入螺杆挤出机中，在200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒、干燥后得到抗静电母粒。
TPX母粒为石墨烯、白炭黑、TPX（三者质量比为3:4:3）混合均匀，加入螺杆挤出机中，在200℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒、干燥后得到TPX母粒。
压粒式助剂采用的相容剂为聚丙烯反应接枝马来酸酐而成，润滑剂采用丙烯-乙烯-共聚物蜡为基础的低结晶茂金属技术合成的产品（德国科莱恩PP 2502），色粉为德固赛导电炭黑（型号：HIBLACK 50L），三者质量比为1:1:3。
一种导电聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照比例称取聚丙烯树脂、抗静电母粒、TPX母粒、压粒式助剂；
（2）将步骤（2）得到的物质送入双螺杆挤出机（德国科倍隆）中，双螺杆挤出机的螺杆长径比为56:1，经熔融挤出、过水冷却、双重去小分子、切粒、振动筛选、加温散味、储存、称重包装得到导电聚丙烯复合材料（颗粒状，长度3.5±1mm），其中，所述双螺杆挤出机的转速为600rpm；所述双螺杆挤出机的各段温度为：1段60℃，2段200℃，3~4段230℃，5~7段210℃，8~12段200℃，机头温度220℃，所述双螺杆挤出机的模头处安装吹气式除杂质装置，避免模头的衍流物产生；冷却采用双层冷却水槽，水槽采用循环往复式的传动结构，水有效长度1.5-2.0m，水温40℃。
实施例2
一种导电聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下重量份的组分
共聚聚丙烯树脂 88份
抗静电母粒 8份
TPX母粒 2份
压粒式助剂 2份
其中，抗静电母粒为碳纳米管、碳纤维与抗静电剂脂肪胺聚氧乙烯醚（三者的质量比为4:4:2）混合均匀，加入螺杆挤出机中，在210℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒、干燥后得到抗静电母粒。
TPX母粒为石墨烯、白炭黑、TPX（三者质量比为3:4:3）混合均匀，加入螺杆挤出机中，在210℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒、干燥后得到TPX母粒。
压粒式助剂采用的相容剂为聚丙烯反应接枝马来酸酐而成，润滑剂采用丙烯-乙烯-共聚物蜡为基础的低结晶茂金属技术合成的产品（日本花王EBS系列EB-G），色粉为德固赛导电炭黑（型号：HIBLACK 50L），三者质量比为1:1:3。
一种导电聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照比例称取聚丙烯树脂、抗静电母粒、TPX母粒、压粒式助剂；
（2）将步骤（2）得到的物质送入双螺杆挤出机（德国科倍隆）中，双螺杆挤出机的螺杆长径比为56:1，经熔融挤出、过水冷却、双重去小分子、切粒、振动筛选、加温散味、储存、称重包装得到导电聚丙烯复合材料（颗粒状，长度3.5±1mm），其中，所述双螺杆挤出机的转速为600rpm；所述双螺杆挤出机的各段温度为：1段60℃，2段200℃，3~4段230℃，5~7段210℃，8~12段200℃，机头温度220℃，所述双螺杆挤出机的模头处安装吹气式除杂质装置，避免模头的衍流物产生；冷却采用双层冷却水槽，水槽采用循环往复式的传动结构，水有效长度1.5-2.0m，水温40℃。
实施例3
一种导电聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下重量份的组分
共聚聚丙烯树脂 90份
抗静电母粒 6份
TPX母粒 2份
压粒式助剂 2份
其中，抗静电母粒为碳纳米管、碳纤维与抗静电剂脂肪胺聚氧乙烯醚（三者的质量比为4:4:2）混合均匀，加入螺杆挤出机中，在230℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒、干燥后得到抗静电母粒。
TPX母粒为石墨烯、白炭黑、TPX（三者质量比为3:4:3）混合均匀，加入螺杆挤出机中，在230℃下经熔融混炼挤出、冷却造粒、干燥后得到TPX母粒。
压粒式助剂采用的相容剂为聚丙烯反应接枝马来酸酐而成，润滑剂采用丙烯-乙烯-共聚物蜡为基础的低结晶茂金属技术合成的产品（日本花王EBS系列EB-FF），色粉为德固赛导电炭黑（型号：HIBLACK 50L），三者质量比为1:1:3。
一种导电聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按照比例称取聚丙烯树脂、抗静电母粒、TPX母粒、压粒式助剂；
（2）将步骤（2）得到的物质送入双螺杆挤出机（德国科倍隆）中，双螺杆挤出机的螺杆长径比为56:1，经熔融挤出、过水冷却、双重去小分子、切粒、振动筛选、加温散味、储存、称重包装得到导电聚丙烯复合材料（颗粒状，长度3.5±1mm），其中，所述双螺杆挤出机的转速为600rpm；所述双螺杆挤出机的各段温度为：1段60℃，2段200℃，3~4段230℃，5~7段210℃，8~12段200℃，机头温度220℃，所述双螺杆挤出机的模头处安装吹气式除杂质装置，避免模头的衍流物产生；冷却采用双层冷却水槽，水槽采用循环往复式的传动结构，水有效长度1.5-2.0m，水温40℃。
对比例1
与实施例1相比，区别仅在于：不加入压粒式助剂。
对比例2
与实施例1相比，区别仅在于：不加入TPX母粒。
对比例3
与实施例1相比，区别仅在于：不加入TPX。
测试实施例1-3与对比例1-3制备得到的导电聚丙烯复合材料的性能，性能测试结果如表1所示。
表1 导电聚丙烯复合材料的性能测试结果
| 测试项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 检测方法 |
| 体积电阻率（Ω•cm） | 10<sup>5</sup> | 10<sup>5</sup> | 10<sup>5</sup> | 10<sup>5</sup> | 10<sup>5</sup> | 10<sup>5</sup> | IEC 60093 |
| 表面电阻率（Ω） | 10<sup>3</sup> | 10<sup>3</sup> | 10<sup>3</sup> | 10<sup>3</sup> | 10<sup>3</sup> | 10<sup>3</sup> | IEC 60093 |
| 拉伸强度（Mpa） | 31 | 30 | 30 | 24 | 20 | 25 | ISO 527-2 |
| 弯曲强度（Mpa） | 27 | 25 | 26 | 15 | 17 | 20 | ISO 178 |
| 弯曲模量（Mpa） | 1350 | 1345 | 1334 | 1240 | 1250 | 1300 | ISO 178 |
| 缺口冲击（Mpa） | 3.5 | 3.4 | 3.5 | 2.4 | 2.5 | 3.0 | ISO 180 |
除上述实施例外，本发明还包括有其他实施方式，凡采用等同变换或者等效替换方式形成的技术方案，均应落入本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种导电聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下重量份的组分
共聚聚丙烯树脂 82-92份
抗静电母粒 4-8份
TPX母粒 2-5份
压粒式助剂 2-5份
其中，抗静电母粒为碳纳米管、碳纤维中至少一种与抗静电剂经加热熔融、挤出、切粒制备得到；
TPX母粒为石墨烯、白炭黑、TPX经加热熔融、挤出、切粒制备得到。
2.根据权利要求1所述的导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述压粒式助剂为相容剂、润滑剂、色粉中至少两种。
3.根据权利要求2所述的导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述压润滑剂为丙烯-乙烯-共聚物蜡为基础的低结晶茂金属技术合成的产品。
4.根据权利要求1所述的导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗静电剂为脂肪胺聚氧乙烯醚。
5.根据权利要求1所述的导电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述石墨烯、白炭黑、TPX的质量比为3:4:3。
6.一种根据权利要求1-5任一所述的导电聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按照比例称取聚丙烯树脂、抗静电母粒、TPX母粒、压粒式助剂；
（2）将步骤（2）得到的物质送入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、冷却、切粒、振动筛选、储存、包装得到导电聚丙烯复合材料。
7.根据权利要求6所述的导电聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述双螺杆挤出机的转速为550~650rpm；所述双螺杆挤出机的各段温度为：1段60℃，2段200℃，3~4段230℃，5~7段210℃，8~12段200℃，机头温度220℃。
8.根据权利要求6所述的导电聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为56:1。
9.根据权利要求6所述的导电聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中冷却采用双层冷却水槽，水槽采用循环往复式的传动结构。
10.根据权利要求6所述的导电聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述双螺杆挤出机的模头处安装吹气式除杂质装置。
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| CN102936408A (zh) * | 2012-11-23 | 2013-02-20 | 湖北工业大学 | 塑料火探管及制作方法 |
| CN104844820A (zh) * | 2015-04-24 | 2015-08-19 | 暨南大学 | 一种碳纳米管导电母粒及其制备方法和应用 |
| CN105778275A (zh) * | 2016-03-10 | 2016-07-20 | 北京北交富沃机电工程科技有限公司 | 一种高能聚合物基导电复合材料及其制备方法 |
-
2022
- 2022-09-29 CN CN202211195034.1A patent/CN115612211A/zh active Pending
Patent Citations (3)
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