CN116102866A - 一种耐电压、抗静电pc组合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于工程塑料技术领域，具体涉及一种耐电压、抗静电PC组合物及其制备方法和应用。所述一种耐电压、抗静电PC组合物，包括以下重量份计的组分：PC树脂1 30～75份、PC树脂2 10～30份、碳纳米管0.5～3份、导电石墨3～10份、矿物质5～20份、分散剂5～10份、添加剂1～5份；所述导电石墨的平均粒径为15～75μm；所述矿物质的D50粒径为3‑10μm。本发明耐电压、抗静电PC组合物能够有效解决现有技术中存在的导电性能的各向异性、耐电压性能较差、电阻过高且可控范围很窄等的问题，实现低电阻和高耐电压的性能。
Description
技术领域
本发明属于工程塑料技术领域，具体涉及一种耐电压、抗静电PC组合物及其制备方法和应用。
背景技术
在目前的工业设备应用环境中，通常需要设备外壳、部内结构件、功能件等具备抗静电、或者静电耗散的功能，以起到防尘、防止电火花产生等功能。目前实现产品抗静电的方法有以下两种：1、对部件表面喷涂抗静电油漆。这种方式，能够使产品达到一定时间段内的抗静电效果，随着使用时间的增加，抗静电油漆会因摩擦、老化等原因损耗，起不到抗静电的效果；并且这种抗静电效果较差，电阻仅为E9-E10；2、采用抗静电材料制备产品，但选用的抗静电材料存在一定的缺陷，无法在实现较高导电性能的同时保持较高的耐电压性能。如专利文献CN101724241A中通过改性接枝炭黑对聚碳酸酯(PC)进行改性，达到了良好的导电型性能，但是这种改性方法会使得材料失去耐压性能，不能满足某些应用场景。专利文献CN105504758A中通过复配型抗静电剂对PC进行改性，保证了PC透光性能的基础上实现了抗静电效果，但其表面电阻仍然较高，通过该方法不能获得低电阻的材料。
因此，亟需研发一种能够耐电压、抗静电PC材料。
发明内容
本发明旨在提供一种耐电压、抗静电PC组合物及其制备方法和应用。该耐电压、抗静电PC组合物能够有效解决现有技术中存在的导电性能的各向异性、耐电压性能较差、电阻过高且可控范围很窄等的问题，实现低电阻和高耐电压的性能。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种耐电压、抗静电PC组合物，包括以下重量份计的组分：PC树脂1 30～75份、PC树脂2 10～30份、碳纳米管0.5～3份、导电石墨3～10份、矿物质5～20份、分散剂5～10份、添加剂1～5份；所述导电石墨的平均粒径为15～75μm；所述矿物质的D50粒径为3-10μm。
优选地，所述耐电压、抗静电PC组合物，包括以下重量份计的组分：PC树脂1 60～65份、PC树脂2 19～22份、碳纳米管1～1.5份、导电石墨5～7份、矿物质10～15份、分散剂6～7份、添加剂2～3份。
优选地，所述PC树脂1在300℃、1.2kg测试条件下的熔融指数为1-6g/10min。所述熔融指数测试参考标准：ISO 1133-2005。
优选地，所述PC树脂2在300℃、1.2kg测试条件下的熔融指数为7-12g/10min。
优选地，所述碳纳米管与导电石墨的质量比为(1～1.5)：(5～7)。
优选地，所述耐电压、抗静电PC组合物，至少包括以下(1)～(3)中的一项：
(1)所述碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管中的一种或两种；
(2)所述矿物质为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、高岭土中的一种或几种；
(3)所述分散剂为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或几种。
优选地，所述添加剂为2,4,6,-三叔丁基苯酚、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(壬基苯基)或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、N,N’-亚乙基双硬脂酰胺、十八烷酸、硬脂酸钙、硬脂酸盐、芥酸酰胺中的至少一种。
一种所述耐电压、抗静电PC组合物的制备方法，包括以下步骤：
将所述的PC树脂1、PC树脂2、碳纳米管、导电石墨、分散剂和添加剂混合均匀后，与矿物质混合加工，经过挤出、冷却、造粒，得到耐电压、抗静电PC组合物。
优选地，所述挤出温度为220-320℃。
一种所述耐电压、抗静电PC组合物在制备电子电器、工业设备、家用电器中的应用，如电源的外壳材料、动力电池的上盖板、特种作业环境中对抗静电和阻燃具有明确要求的设备外壳、家用电器的设备外壳等。
现有技术中，常通过加入抗静电材料来制得相应的产品，如通过添加碳纤维、炭黑、碳纳米管、石墨烯等碳素材料进行抗静电改性可以使复合材料达到较低的电阻值。但通过碳素材料进行改性，有以下缺点：一是会存在明显的“逾渗现象”，即其电导率随导电填料粒子体积分数的增加呈非线性的递增，当导电粒子的体积分数增大到某一临界值时，其电导率突然增大，变化幅度可达10个数量级以上，这种“逾渗现象”会导致在同一个制件表面的电阻差异很大，电阻不稳定；二、碳素材料往往对材料流动相较大、在注塑过程中取向性很强，造成不同方向的电阻差异较大；三、碳素材料的添加，会在材料中形成导电通路，这种明显的导电通路会导致材料不具有耐压性能。这对这类材料在电子电器、工业设施中的应用是致命的缺陷。因此，本发明针对上述存在的问题，选用PC复合树脂，并通过加入碳纳米管、导电石墨以及矿物质等组分，通过各组分间的复配作用，使PC组合物可以同时满足对低电阻和高耐电压的性能要求。根据发明人的研究发现，石墨与碳纳米管在导电方面有着非常强的“协同效应”：两者虽同为导电填料，各自都能起到良好的导电效果，但是由于其形貌差异过大，作用机理并不相同。石墨为片层结构，在平面内有着良好的导电性，但是其层间由于空间位阻，层间不能很好的形成通路，降低了其层间导电性；碳纳米管的微观形貌为“纤维状”，并且不同于碳纤维等纤维填料，碳纳米管具有一定的柔性，可以弯折、相互缠绕。这样便可以在石墨层间形成导电通路，弥补石墨在层间导电性不足的缺点。这种协同效应能够使得在低含量添加下，共混物便具有良好的导电性，从而保持了一定的介电性能。同时发明人发现，在硅灰石等矿物质的加入下，由于“体积排除”效果，能够大幅度提升共混物的导电稳定性，即垂直流动方向和平行流动方向的电阻差异会更小。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明选用PC树脂1、PC树脂2，并通过加入碳纳米管、导电石墨以及矿物质等组分，通过各组分间的复配作用，有效解决碳素材料存在的“逾渗现象”、不同方向电阻差异较大、耐电压性能较差、电阻过高且可控范围很窄等的问题，制得的PC组合物可以同时满足对低电阻和高耐电压的性能要求。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
下述实施例和对比例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，如无特别说明，添加剂通过市售获得，且平行实验中使用的是同一种。
实施例及对比例所用原料说明见表1。
表1
实施例1～14和对比例1～10
实施例1～14和对比例1～10的耐电压、抗静电PC组合物，组分及重量份如表2和表3所示。
实施例1～14和对比例1～10的耐电压、抗静电PC组合物的制备方法，包括以下步骤：
将所述的PC树脂1、PC树脂2、碳纳米管、导电石墨、分散剂和添加剂混合均匀后，与矿物质混合加工，经过挤出、冷却、造粒，得到耐电压、抗静电PC组合物。
其中，挤出温度为300℃。
表2实施例中组分用量(重量份)
表3实施例中组分用量(重量份)
性能测试
表面电阻测试：将样品注塑为2.5mm方板，分别测试平行于溶体流动方向和垂直于熔体流动方向的电阻，表面电阻测试仪器为PRS-801表面电阻仪。
表面电阻稳定性＝平行于溶体流动方向电阻/垂直于熔体流动方向*100％
介电强度测试设备为：耐压测试仪，采用3mm方板进行测试，升压速率2KV/S参考标准IEC 60243-1-1-201。
表4性能测试结果
从表4中的数据可以得知，本发明实施例制得的耐电压、抗静电PC组合物具有较高的介电强度，可实现在10.5～18.3KV/mm，同时具有的表面电阻较低，且在平行于熔体流动方向和垂直于熔体流动方向的表面电阻差异较小，表面电阻稳定性可保持在61.11～90.04％。
对比例1和对比例2中加入单一的PC树脂1或PC树脂2，对比例3～4中加入的PC树脂1或PC树脂2的重量份不合适，导致制得的PC组合物所具有的介电常数较低，且具有的表面电阻稳定性明显低于实施例，其中对比例2具有的表面电阻明显高于实施例；对比例5～6中加入的导电石墨的平均粒径不合适，对比例7～8中加入的矿物质的D50粒径不合适，导致制得的PC组合物所具有的介电常数较小，且在平行于熔体流动方向和垂直于熔体流动方向的表面电阻差异较大，表面电阻稳定性低；对比例9～10中不加入导电石墨或选用等量的碳纳米管替换导电石墨，制得的PC组合物所具有的介电常数较小。
从以上实验结果可以说明只有特定平均粒径的导电石墨、特定D50粒径的矿物质、与PC树脂、碳纳米管等组分间的相互作用才能最终使制得的PC组合物实现较高的介电常数(高耐电压性能)，同时具有较低的表面电阻以及较高的表面电阻稳定性，能够有效克服PC组合物存在的导电性能各向异性问题。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种耐电压、抗静电PC组合物，其特征在于，包括以下重量份计的组分：PC树脂130～75份、PC树脂2 10～30份、碳纳米管0.5～3份、导电石墨3～10份、矿物质5～20份、分散剂5～10份、添加剂1～5份；所述导电石墨的平均粒径为15～75μm；所述矿物质的D50粒径为3-10μm。
2.如权利要求1所述耐电压、抗静电PC组合物，其特征在于，包括以下重量份计的组分：PC树脂1 60～65份、PC树脂2 19～22份、碳纳米管1～1.5份、导电石墨5～7份、矿物质10～15份、分散剂6～7份、添加剂2～3份。
3.如权利要求1所述耐电压、抗静电PC组合物，其特征在于，所述PC树脂1在300℃、1.2kg测试条件下的熔融指数为1-6g/10min。
4.如权利要求1所述耐电压、抗静电PC组合物，其特征在于，所述PC树脂2在300℃、1.2kg测试条件下的熔融指数为7-12g/10min。
5.如权利要求1所述耐电压、抗静电PC组合物，其特征在于，所述碳纳米管与导电石墨的质量比为(1～1.5)：(5～7)。
6.如权利要求1所述耐电压、抗静电PC组合物，其特征在于，至少包括以下(1)～(3)中的一项：
(1)所述碳纳米管为多壁碳纳米管或单壁碳纳米管中的一种或两种；
(2)所述矿物质为滑石粉、碳酸钙、硅灰石、高岭土中的一种或几种；
(3)所述分散剂为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯中的一种或几种。
7.如权利要求1所述耐电压、抗静电PC组合物，其特征在于，所述添加剂为2,4,6,-三叔丁基苯酚、2,2’-亚甲基双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(壬基苯基)或亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、N,N’-亚乙基双硬脂酰胺、十八烷酸、硬脂酸钙、硬脂酸盐、芥酸酰胺中的至少一种。
8.一种如权利要求1～7任一所述耐电压、抗静电PC组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将所述的PC树脂1、PC树脂2、碳纳米管、导电石墨、分散剂和添加剂混合均匀后，与矿物质混合加工，经过挤出、冷却、造粒，得到耐电压、抗静电PC组合物。
9.如权利要求8所述制备方法，其特征在于，所述挤出温度为220-320℃。
10.一种如权利要求1～7任一所述耐电压、抗静电PC组合物在制备电子电器、工业设备、家用电器中的应用。
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