CN115926374B - 一种绝缘塑胶材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化塑胶材料技术领域，具体涉及一种绝缘塑胶材料及其制备方法，由下述重量份的原料制成的：基料80‑100份、改性碳纳米管12‑16份、改性钛白粉8‑10份、增塑剂4‑6份、稳定剂2‑4份；本发明所提供的绝缘塑胶材料的方法，以基料、改性碳纳米管、改性钛白粉、增塑剂以及稳定剂为原料，采用阶梯温度进行混合，再挤出制得绝缘塑胶材料，所提供的绝缘塑胶材料，不仅具有优异的绝缘性能和导热性能，而且具有良好的耐候性能，延长了其使用寿命，此外，还提升了缘塑胶材料的机械性能。
Description
技术领域
本发明涉及塑胶材料技术领域，具体涉及一种绝缘塑胶材料及其制备方法。
背景技术
塑胶材料是一种以聚合物为基本成分，加入添加剂后在一定温度、压力下，经加工塑制成型或交联固化成型而得的固体材料。
塑胶材料作为常用的材料品种，塑料的应用越来越广泛，随着人类社会的发展，塑料不断地发展并以其优异的性能取代各种旧材料，在机械、电子、日用五金、航空航天等领域应用广泛，同时在产品中所占比重不断上升。环顾我们生活的四周，随处可见塑料产品的身影，塑料已成为我们必不可缺的材料。
专利申请号为CN202110415245.0的专利，其在说明书中记载有“包括酚醛树脂、脲醛树脂、苯胺甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、甘油树脂、聚四氟乙烯、氯丁橡胶、聚马来酰亚胺、聚二苯醚和纳米聚合树脂，其中按重量配制比例：酚醛树脂占比设为20-55份，脲醛树脂15-25份，苯胺甲醛树脂18-35份，三聚氰胺甲醛树脂33-45份，甘油树脂8-17份，聚四氟乙烯7-15份，氯丁橡胶12-22份，聚马来酰亚胺22-46份，聚二苯醚25-50份，纳米聚合树脂15-30份。本发明复合绝缘塑胶材料，耐热性和耐潮性较高，绝缘效果好，具有一定的机械强度，有优良的稳定性，纳米材料具有较高的发展前景，复合绝缘效果好，加工工艺简单，可操作性强，适合工业化生产，环保节能，生产效率高”，上述复合绝缘塑胶材料虽然具有绝缘、导热性能，但是其难以兼具优异的耐候以及机械性能，影响了所提供的复合绝缘塑胶材料的使用寿命，无法满足使用需求。
综上所述，研发一种绝缘塑胶材料及其制备方法，是塑胶材料技术领域中急需解决的关键问题。
发明内容
针对现有技术所存在的上述缺点，本发明在于提供一种绝缘塑胶材料及其制备方法，本发明所提供的绝缘塑胶材料，不仅具有优异的绝缘性能和导热性能，而且具有良好的耐候性能，延长了其使用寿命，此外，还提升了缘塑胶材料的机械性能。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
本发明的第一方面：提供了一种绝缘塑胶材料，由下述重量份的原料制成的：基料80-100份、改性碳纳米管12-16份、改性钛白粉8-10份、增塑剂4-6份、稳定剂2-4份；
所述的基料为环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的混合物，其中混合物中环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的质量比为2:1:1；
所述的改性碳纳米管的制备过程如下：
取碳纳米管，将其置于氢硫酸和醋酸的混合液中，于2-5℃水浴内超声震荡反应4h，其中氢硫酸和醋酸的混合体积比为：5:1；
在反应结束后，用去离子水对反应液进行冲洗至pH值至6.5，再用丙酮试剂冲洗3-4次；
过筛后，于90-100℃的干燥箱内干燥处理20-30min，获得改性碳纳米管；
所述的改性钛白粉的制备过程如下：
将钛白粉置于4倍的去离子水中于40-50℃的条件下搅拌混合均匀；
再加入0.5％的三偏磷酸钠，在水浴温度为60-64℃的条件下，搅拌混合均匀；
加入0.2％的二氧化锰，并保温3h，然后再加入0.2％的二氧化硅，也保温3h；
过滤后，于110-120℃的温度下，烘干6h，然后粉碎至0.3-0.4um，获得改性钛白粉。
本发明进一步的设置为：所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的任意一种。
本发明进一步的设置为：所述的稳定剂为钡镉锌复合稳定剂。
本发明的第二方面：还提供了一种绝缘塑胶材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取基料，将基料置于带有温度装置的混料机中，再向带有温度装置的混料机中加入改性碳纳米管和改性钛白粉，在阶梯温度下进行混合；
(2)保持温度不变，再加入增塑剂和稳定剂，于带有温度装置的混料机中混合1h，获得混合料；
(3)将混合料在塑料挤出造粒机上挤出造粒，制得绝缘塑料粒子。
本发明进一步的设置为：在步骤(1)中，所述的混料机的转速为1100-1200r/min，混合时间为2h。
本发明进一步的设置为：在步骤(1)中，所述的阶梯温度为：
第一阶段：于60℃的条件下，混合30min；
第二阶段：以2℃每分钟的升温速率，升温至80℃，并保温混合30min；
第三阶段：以5℃每分钟的降温速率，降温至50℃，并保温混合20min。
本发明进一步的设置为：在步骤(3)中，所述的塑料挤出造粒机的温度为130-170℃。
有益效果
采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下
有益效果：
本发明所提供的绝缘塑胶材料的方法，以基料、改性碳纳米管、改性钛白粉、增塑剂以及稳定剂为原料，采用阶梯温度进行混合，再挤出制得绝缘塑胶材料，所提供的绝缘塑胶材料，不仅具有优异的绝缘性能和导热性能，而且具有良好的耐候性能，延长了其使用寿命，此外，还提升了缘塑胶材料的机械性能，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明性能检测中绝缘塑胶材料的耐候等级的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1：
本发明提供了一种绝缘塑胶材料，由下述重量份的原料制成的：基料80份、改性碳纳米管12份、改性钛白粉8份、增塑剂4份、稳定剂2份；
基料为环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的混合物，其中混合物中环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的质量比为2:1:1；
改性碳纳米管的制备过程如下：
取碳纳米管，将其置于氢硫酸和醋酸的混合液中，于2℃水浴内超声震荡反应4h，其中氢硫酸和醋酸的混合体积比为：5:1；
在反应结束后，用去离子水对反应液进行冲洗至pH值至6.5，再用丙酮试剂冲洗3次；
过筛后，于90℃的干燥箱内干燥处理20min，获得改性碳纳米管；
改性钛白粉的制备过程如下：
将钛白粉置于4倍的去离子水中于40℃的条件下搅拌混合均匀；
再加入0.5％的三偏磷酸钠，在水浴温度为60℃的条件下，搅拌混合均匀；
加入0.2％的二氧化锰，并保温3h，然后再加入0.2％的二氧化硅，也保温3h；
过滤后，于110℃的温度下，烘干6h，然后粉碎至0.3um，获得改性钛白粉。
其中，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
其中，稳定剂为钡镉锌复合稳定剂。
此外，本发明还提供了一种绝缘塑胶材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取基料，将基料置于带有温度装置的混料机中，再向带有温度装置的混料机中加入改性碳纳米管和改性钛白粉，在阶梯温度下进行混合。
进一步的，混料机的转速为1100r/min，混合时间为2h。
其中，阶梯温度为：
第一阶段：于60℃的条件下，混合30min；
第二阶段：以2℃每分钟的升温速率，升温至80℃，并保温混合30min；
第三阶段：以5℃每分钟的降温速率，降温至50℃，并保温混合20min。
(2)保持温度不变，再加入增塑剂和稳定剂，于带有温度装置的混料机中混合1h，获得混合料；
(3)将混合料在塑料挤出造粒机上挤出造粒，制得绝缘塑料粒子。
进一步的，塑料挤出造粒机的温度为130℃。
实施例2：
本发明提供了一种绝缘塑胶材料，由下述重量份的原料制成的：基料90份、改性碳纳米管14份、改性钛白粉9份、增塑剂5份、稳定剂3份；
基料为环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的混合物，其中混合物中环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的质量比为2:1:1；
改性碳纳米管的制备过程如下：
取碳纳米管，将其置于氢硫酸和醋酸的混合液中，于3℃水浴内超声震荡反应4h，其中氢硫酸和醋酸的混合体积比为：5:1；
在反应结束后，用去离子水对反应液进行冲洗至pH值至6.5，再用丙酮试剂冲洗4次；
过筛后，于95℃的干燥箱内干燥处理25min，获得改性碳纳米管；
改性钛白粉的制备过程如下：
将钛白粉置于4倍的去离子水中于45℃的条件下搅拌混合均匀；
再加入0.5％的三偏磷酸钠，在水浴温度为62℃的条件下，搅拌混合均匀；
加入0.2％的二氧化锰，并保温3h，然后再加入0.2％的二氧化硅，也保温3h；
过滤后，于115℃的温度下，烘干6h，然后粉碎至0.4um，获得改性钛白粉。
其中，增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯。
其中，稳定剂为钡镉锌复合稳定剂。
此外，本发明还提供了一种绝缘塑胶材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取基料，将基料置于带有温度装置的混料机中，再向带有温度装置的混料机中加入改性碳纳米管和改性钛白粉，在阶梯温度下进行混合。
进一步的，混料机的转速为1150r/min，混合时间为2h。
其中，阶梯温度为：
第一阶段：于60℃的条件下，混合30min；
第二阶段：以2℃每分钟的升温速率，升温至80℃，并保温混合30min；
第三阶段：以5℃每分钟的降温速率，降温至50℃，并保温混合20min。
(2)保持温度不变，再加入增塑剂和稳定剂，于带有温度装置的混料机中混合1h，获得混合料；
(3)将混合料在塑料挤出造粒机上挤出造粒，制得绝缘塑料粒子。
进一步的，塑料挤出造粒机的温度为150℃。
实施例3：
本发明提供了一种绝缘塑胶材料，由下述重量份的原料制成的：基料100份、改性碳纳米管16份、改性钛白粉10份、增塑剂6份、稳定剂4份；
基料为环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的混合物，其中混合物中环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的质量比为2:1:1；
改性碳纳米管的制备过程如下：
取碳纳米管，将其置于氢硫酸和醋酸的混合液中，于5℃水浴内超声震荡反应4h，其中氢硫酸和醋酸的混合体积比为：5:1；
在反应结束后，用去离子水对反应液进行冲洗至pH值至6.5，再用丙酮试剂冲洗4次；
过筛后，于100℃的干燥箱内干燥处理30min，获得改性碳纳米管；
改性钛白粉的制备过程如下：
将钛白粉置于4倍的去离子水中于50℃的条件下搅拌混合均匀；
再加入0.5％的三偏磷酸钠，在水浴温度为64℃的条件下，搅拌混合均匀；
加入0.2％的二氧化锰，并保温3h，然后再加入0.2％的二氧化硅，也保温3h；
过滤后，于120℃的温度下，烘干6h，然后粉碎至0.4um，获得改性钛白粉。
其中，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯。
其中，稳定剂为钡镉锌复合稳定剂。
此外，本发明还提供了一种绝缘塑胶材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)称取基料，将基料置于带有温度装置的混料机中，再向带有温度装置的混料机中加入改性碳纳米管和改性钛白粉，在阶梯温度下进行混合。
进一步的，混料机的转速为1200r/min，混合时间为2h。
其中，阶梯温度为：
第一阶段：于60℃的条件下，混合30min；
第二阶段：以2℃每分钟的升温速率，升温至80℃，并保温混合30min；
第三阶段：以5℃每分钟的降温速率，降温至50℃，并保温混合20min。
(2)保持温度不变，再加入增塑剂和稳定剂，于带有温度装置的混料机中混合1h，获得混合料；
(3)将混合料在塑料挤出造粒机上挤出造粒，制得绝缘塑料粒子。
进一步的，塑料挤出造粒机的温度为170℃。
对比例1：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在：未对碳纳米管进行改性(即只加入相同重量份的碳纳米管)。
对比例2：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例2相同，其主要区别在：未对碳纳米管进行改性(即只加入相同重量份的碳纳米管).
对比例3：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例3相同，其主要区别在：未对碳纳米管进行改性(即只加入相同重量份的碳纳米管)。
对比例4：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在：未对钛白粉进行改性(即只加入相同重量份的钛白粉)。
对比例5：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例2相同，其主要区别在：未对钛白粉进行改性(即只加入相同重量份的钛白粉)。
对比例6：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例3相同，其主要区别在：未对钛白粉进行改性(即只加入相同重量份的钛白粉)。
对比例7：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例1相同，其主要区别在：未采用阶梯温度(在步骤一中，即只以80℃的单一温度进行混合)。
对比例8：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例2相同，其主要区别在：未采用阶梯温度(在步骤一中，即只以80℃的单一温度进行混合)。
对比例9：
本实施例所提供的一种绝缘塑胶材料的制备方法大致和实施例3相同，其主要区别在：未采用阶梯温度(在步骤一中，即只以80℃的单一温度进行混合)。
性能检测：
分别采用实施例1-3和对比例1-9的方法分别制备绝缘塑胶材料。
1)按照检测标准GB/T9330—2020分别对上述所制备的绝缘塑胶材料进行绝缘性能检测，将所得测试结果记录于表1。
表1：各绝缘塑胶材料的绝缘性能检测记录表
由表1可知，实施例1、实施例2和实施例3所制备的绝缘塑胶材料具有更优异的绝缘性能，同时，实施例1、实施例2和实施例3间的体积电阻率差异并不明显；对比例1、对比例2和对比例3与实施例(实施例1、实施例2和实施例3)相比，其体积电阻率明显降低，可知，通过加入改性碳纳米管，能够有效的提升所提供绝缘塑胶材料的绝缘性能；对比例4、对比例5和对比例6与实施例相比，通过加入改性钛白粉，能够也能够在一定程度上提升绝缘塑胶材料的绝缘性能，而对比例7、对比例8和对比例9与实施例相比，采用阶梯温度对制备绝缘塑胶材料的绝缘性能影响不明显。本发明所提供的绝缘塑胶材料，加入通过改性碳纳米管和改性钛白粉，能够提升其绝缘性能。
2)按照ASTME1461标准分别对上述所制备的绝缘塑胶材料进行导热性能检测，将所得测试结果记录于表2。
表2：各绝缘塑胶材料的导热性能检测记录表
由表2可知，实施例1、实施例2和实施例3所制备的绝缘塑胶材料改善了导热性能；对比例1、对比例2和对比例3与实施例相比，其导热率明显降低，可知，通过加入改性碳纳米管，能够有效的提升所提供绝缘塑胶材料的导热性能；而由对比例4-对比例9可知，改性钛白粉和采用阶梯温度，并未明显影响缘塑胶材料的导热性能。本发明所提供的绝缘塑胶材料，加入通过改性碳纳米管，改善了其导热性能。
3)按照检测标准ASTM G 145分别对上述所制备的绝缘塑胶材料进行耐候性能检测，将所得测试结果记录于表3。
表3：各绝缘塑胶材料的耐候性能检测记录表
由表3和图1可知，实施例1、实施例2和实施例3所制备的绝缘塑胶材料具有优异的耐候性能；对比例4、对比例5和对比例6与实施例相比，其耐候性能明显降低，可知，通过加入改性钛白粉，能够有效的提升所提供绝缘塑胶材料的耐候性能；而由对比例1-对比例3以及对比例7-对比例9可知，加入改性碳纳米管以及提供采用阶梯温度，并未影响缘塑胶材料的耐候性能。本发明所提供的绝缘塑胶材料，加入通过改性钛白粉，改善了其耐候性能，延长了其使用寿命。
4)按照GB/T1040-2018分别对上述所制备的绝缘塑胶材料进行拉伸强度性能检测，将所得测试结果记录于表4。
表4：各绝缘塑胶材料的拉伸强度性能检测记录表
| 组别 | n | 拉伸强度(MPa) |
| 实施例1 | 4 | 212 |
| 实施例2 | 4 | 206 |
| 实施例3 | 4 | 211 |
| 对比例1 | 4 | 210 |
| 对比例2 | 4 | 211 |
| 对比例3 | 4 | 206 |
| 对比例4 | 4 | 187 |
| 对比例5 | 4 | 182 |
| 对比例6 | 4 | 184 |
| 对比例7 | 4 | 161 |
| 对比例8 | 4 | 162 |
| 对比例9 | 4 | 158 |
由表4可知，对比例4-对比例6以及对比例7-对比例9的缘塑胶材料与实施例的缘塑胶材料相比，其拉伸强度明显降低，可知，通过加入改性钛白粉，能够提升所提供绝缘塑胶材料的机械性能(拉伸强度)；同时，加入改性碳纳米管并未影响缘塑胶材料的机械性能。本发明所提供的绝缘塑胶材料，加入通过改性钛白粉，并提供采用阶梯温度工艺，改善了缘塑胶材料的机械性能。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (7)
1.一种绝缘塑胶材料，其特征在于，由下述重量份的原料制成的：基料80-100份、改性碳纳米管12-16份、改性钛白粉8-10份、增塑剂4-6份、稳定剂2-4份；
所述的基料为环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的混合物，其中混合物中环氧树脂、三聚氰胺甲醛树脂和聚酰胺树脂的质量比为2:1:1；
所述的改性碳纳米管的制备过程如下：
取碳纳米管，将其置于氢硫酸和醋酸的混合液中，于2-5℃水浴内超声震荡反应4h，其中氢硫酸和醋酸的混合体积比为：5:1；
在反应结束后，用去离子水对反应液进行冲洗至pH值至6.5，再用丙酮试剂冲洗3-4次；
过筛后，于90-100℃的干燥箱内干燥处理20-30min，获得改性碳纳米管；
所述的改性钛白粉的制备过程如下：
将钛白粉置于4倍的去离子水中于40-50℃的条件下搅拌混合均匀；
再加入0.5％的三偏磷酸钠，在水浴温度为60-64℃的条件下，搅拌混合均匀；
加入0.2％的二氧化锰，并保温3h，然后再加入0.2％的二氧化硅，也保温3h；
过滤后，于110-120℃的温度下，烘干6h，然后粉碎至0.3-0.4um，获得改性钛白粉。
2.根据权利要求1所述的一种绝缘塑胶材料，其特征在于，所述的增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种绝缘塑胶材料，其特征在于，所述的稳定剂为钡镉锌复合稳定剂。
4.一种如权利要求1-3中任意一项所述的绝缘塑胶材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)称取基料，将基料置于带有温度装置的混料机中，再向带有温度装置的混料机中加入改性碳纳米管和改性钛白粉，在阶梯温度下进行混合；
(2)保持温度不变，再加入增塑剂和稳定剂，于带有温度装置的混料机中混合1h，获得混合料；
(3)将混合料在塑料挤出造粒机上挤出造粒，制得绝缘塑料粒子。
5.根据权利要求4所述的一种绝缘塑胶材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的混料机的转速为1100-1200r/min，混合时间为2h。
6.根据权利要求4所述的一种绝缘塑胶材料的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述的阶梯温度为：
第一阶段：于60℃的条件下，混合30min；
第二阶段：以2℃每分钟的升温速率，升温至80℃，并保温混合30min；
第三阶段：以5℃每分钟的降温速率，降温至50℃，并保温混合20min。
7.根据权利要求4所述的一种绝缘塑胶材料的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述的塑料挤出造粒机的温度为130-170℃。
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