一種抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于高分子材料領域，特別涉及到一種抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復合 材料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 聚丙烯按甲基排列位置分為等規聚丙烯、間規聚丙烯和無規聚丙烯，分子量大約 為8-20萬，具有無毒、無臭、無味、耐酸堿等優點，廣泛應用于家用電器、塑料管材、高透材 料和機械零件等領域。但是聚丙烯的體積電阻率在1〇 15~102°Ω·_，具有較高的絕緣性， 限制了聚丙烯在電子、醫療、信息等領域的應用。
[0003] 聚丙烯（ΡΡ)是質優價廉、用途廣泛的塑料品種之一。但ΡΡ屬高絕緣的易燃材料， 其制品在使用中易積聚大量靜電導致火花放電而引發燃爆災害事故；同時ΡΡ遇到包括靜 電放電火花在內的各種明火時可被點燃，并迅速燃燒釀成火災。這些都大大限制了ΡΡ在諸 如石化、采礦、電子、裝飾材料等領域的應用。為此，開展對ΡΡ的防靜電、阻燃改性并使二者 有效兼容的研究具有重要意義。雖可利用防靜電劑和阻燃劑對ΡΡ進行改性處理，但同為有 機物質的這兩種助劑有可能發生削弱各自功能的不良作用，所以制品的防靜電、阻燃性能 往往不能令人滿意。至于以碳黑作為導電物質加入ΡΡ阻燃物質復合體系雖可取得較好效 果，但碳黑的添加比率需要很高，制品的機械性能會因此下降。
[0004] 對于熱塑性塑料來說，阻燃和抗靜電是兩個相對獨立的過程。隨著安全生產的需 要，同時具有阻燃和抗靜電性能的材料越來越受到人們的重視，阻燃與抗靜電的復合技術 也就顯得尤為重要。要得到阻燃和抗靜電效果的塑料材料，一般是在基材中加入阻燃劑和 抗靜電劑。常用的阻燃劑主要包括鹵系阻燃復合體系、金屬氫氧化物及其復合體系和磷系 阻燃復合體系。目前，鹵系阻燃劑作為常用的阻燃材料得到廣泛應用。但是，含鹵阻燃材料 發生火災時，燃燒過程中發煙量大，同時釋放出有毒的鹵化氫氣體，造成"二次災害"，對人 類的生命構成了嚴重的威脅。利用導電填料在塑料共混體系中形成導電通道起到抗靜電的 作用，常用的導電填料主要有導電炭黑、石墨、碳纖維、金屬粉等。無鹵阻燃材料和導電填料 的添加量必須達到比較高的比例才能起到阻燃抗靜電的效果。
[0005] 石墨烯具有優異的電學、力學和熱學性能，是目前已知世界上強度最高的材料，與 其它塑料復合材料添加劑相比，它添加量少、分散性好。石墨烯片層在塑料基材中形成納米 級分散，在改善塑料的阻燃性能、力學性能及抗靜電性能等方面具有更大的潛力。聚丙烯復 合材料的抗靜電、阻燃性能最終是由聚丙烯和填充物綜合作用決定的。石墨烯作為聚丙烯 的填料，其自身的導電性能遠大于基體材料的導電性，并且其與碳纖維填料具有良好的結 合，當導電填料量達到一定程度時，填料之間開始有了相互作用，在體系中形成了類似鏈狀 和網狀的形態，就會在很大的程度上提高體系的導電性。一維的碳纖維、二維的石墨烯和零 維的高導電石墨顆粒可以有效形成鏈狀和網狀的導電網絡，顯著提高聚丙烯復合材料的電 導率。
[0006] 根據國內外相關報道，在聚丙烯的改性中一般通過添加金屬填料和非金屬填料來 使得聚丙烯達到抗靜電標準（體積電阻率為1〇6-1〇9Ω?cm)。金屬填料主要包括納米級別 的銀粉、銅粉及鋁銀粉，非金屬填料主要包括碳黑、石墨、碳納米管、石墨烯等碳系列材料。 而現有的石墨烯基聚丙稀復合材料一味地追求達到抗靜電標準，卻使得工藝相當復雜，生 產成本極高，從而限制了其在大規模連續化生產中的推廣使用。
【發明內容】
[0007] 針對上述情況，本發明提供了一種抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復合材料，利用 具有較低的成本和較優良的導電性能的碳系列材料來改性聚丙烯，可以解決上述問題。
[0008] 解決上述技術問題的技術方案如下：
[0009] -種抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復合材料，按重量份計，包括以下組份：
[0010]
[0011] 優選的，所述聚丙稀為分子量8-10萬、10-15萬、15-20萬中的一種或多種。
[0012] 優選的，所述石墨稀微片厚度為l_3nm，片徑為25-40um。
[0013] 優選的，所述石墨粉的粒徑為2000目、3000目、3500目、5000目中的一種或多種。
[0014] 優選的，所述抗氧化劑為單酚、雙酚、三酚、對苯二酚、硫代雙酚中的一種或多種。
[0015] 優選的，所述增塑劑為鄰苯二甲酸甲酯、鄰苯二甲酸乙酯、鄰苯二甲酸丙酯、鄰苯 二甲酸丁酯、鄰苯二甲酸辛酯中的一種或多種。
[0016] 優選的，所述偶聯劑為KH550、KH560、KH570、KH580中的一種或多種。
[0017] 本發明還提供了上述抗靜電阻燃型石墨烯基聚丙烯復合材料的制備方法，包括如 下步驟：
[0018] (1)將石墨烯微片、導熱碳纖維、石墨粉、馬來酸酐接枝的聚丙烯混合均勻，接著與 聚丙烯基體再次混合均勻，最后加入各組份助劑，包括抗氧化劑、增塑劑和偶聯劑；
[0019] (2)將上述原料在120-150°C干燥6-10h ;
[0020] (3)將上述原料送入雙螺桿擠出機擠出，再由切粒機造粒；
[0021] 所述雙螺桿擠出機各區溫度在170-250°C，螺桿轉速為10_40rpm，喂料轉速為 6-10rpm，切粒機轉速為 120_200rpm。
[0022] 本發明的有益之處在于采用幾種不同碳材料的復配來使復合材料達到抗靜電的 標準，并有效降低了填料的成本，所述復合材料還具有阻燃的特性。該工藝操作簡單，適合 大規模連續化生產，所生產的復合材料可應用于電子、醫療、信息等領域。
【具體實施方式】
[0023] 一、以下通過優選實施例來進一步幫助本行業技術人員來理解本發明，但不限制 本發明的修改和突破，在不脫離本發明的前提下做任何修改都屬于本發明的保護范圍之 內。
[0024] 實施例1
[0025] 取2質量份的石墨稀微片、0. 5質量份的導熱碳纖維、5質量份的石墨粉、2質量份 的馬來酸酐接枝的聚丙烯混合均勻，加入1〇〇質量份的聚丙烯，再次混合均勻，最后加入2 質量份的抗氧化劑、2質量份的增塑劑、0. 5質量份的偶聯劑。接著將上述原料于120Γ下干 燥6個小時，送入雙螺桿擠出機中擠出，用切粒機造粒。螺桿各區溫度為：一區190°C、二區 200°C、三區200°C、四區200°C、五區200°C、機頭溫度190°C，螺桿轉速為20rpm。
[0026] 聚丙稀分子量為8-10萬。石墨稀微片厚度為lnm，片徑為25um。石墨粉的粒徑為 2000目。抗氧化劑為單酚。增塑劑為鄰苯二甲酸甲酯。偶聯劑為KH550。
[0027] 實施例2
[0028] 取10質量份的石墨稀微片、0. 1質量份的導熱碳纖維、30質量份的石墨粉、10質量 份的馬來酸酐接枝的聚丙烯混合均勻，加入50質量份的聚丙烯，再次混合均勻，最后加入1 質量份的抗氧化劑、5質量份的增塑劑、0. 1質量份的偶聯劑。接著將上述原料于150°C下干 燥10個小時，送入雙螺桿擠出機中擠出，用切粒機造粒。螺桿各區溫度為：一區170°C、二 區200°C、三區200°C、四區200°C、五區250°C、機頭溫度190°C，螺桿轉速為lOrpm。
[0029] 聚丙烯分子量為10-15萬或15-20萬中的一種或多種。石墨烯微片厚度為3nm，片 徑為40um。石墨粉的粒徑為3000目、3500目的混合物。抗氧化劑為雙酚、三酚的混合物。 增塑劑為鄰苯二甲酸乙酯、鄰苯二甲酸丙酯、鄰苯二甲酸丁酯的混合物。偶聯劑為KH560、 KH570、KH580的混合物。
[0030] 實施例3
[0031] 取6質量份的石墨稀微片、0. 2質量份的導熱碳纖維、8質量份的石墨粉、6質量份 的馬來酸酐接枝的聚丙烯混合均勻，加入7