專利名稱：一種聚丙烯復合材料及其制備方法
一種聚丙烯復合材料及其制備方法本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種聚丙烯復合材料及其制備方法。隨著微電子集成技術和組裝技術的快速發展，電子產品向薄型化發展，電子元器件和邏輯電路的體積越來越小，而工作頻率急劇增加，半導體熱環境向高溫方向迅速變化。此時電子設備所產生的熱量迅速積累、增加。在正常使用環境溫度下，為保證電子元器件長時間、高可靠性地正常工作，及時散熱能力就成為影響其使用壽命的重要限制因素，機體的發熱量不斷增加以及靜電對電子產品產生的影響，已成為電子工業領域面臨的重要問題之一。高分子材料大多又具有優良的電絕緣性能，其體積電阻率都非常高，約為IX 1010—I X 1020 Ω . Cm,在使用時易產生靜電積累，導致吸塵、電擊，甚至產生火花放電等不良現象，使其在一些電子產品中無法應用。為此，迫切需要研制高導熱性能及抗靜電的高分子 復合材料。聚丙烯(PP)作為三大通用塑料之一，具有優異的機械性能、良好的絕緣性、耐化學性以及密度小等特點。但由于PP極易燃燒且具有很高的表面電阻率，很容易因產生靜電而引發火災或爆炸，使其應用范圍受到極大的限制。本發明要解決的技術問題是提供一種導熱性能、抗靜電性能和機械性能都比較好的聚丙烯復合材料及其制備方法。為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是，一種聚丙烯復合材料，按重量百分比由以下組分組成PP 樹脂30-50%;
EVA 共聚物10-25%;
改性導熱粉10-25%；
抗靜電劑10-20%;
碳纖維10-20%;
相容劑2. 5-5. 5%；
增韌劑4-7%;
潤滑劑0.1-0.5%; 抗氧劑O. 1-1%;其中，所述的改性導熱粉是采用偶聯劑處理過的導熱粉，其制備過程如下將占導熱粉重量O. 1-2%的鈦酸酯偶聯劑用無水溶劑稀釋，然后把稀釋后的鈦酸酯偶聯劑加入到導熱粉中，加熱并攪拌、混合，溶劑完全揮發后，得到鈦酸酯偶聯劑改性的導熱粉；將占導熱粉重量的O. 5-3%的硅烷偶聯劑，在水中乳化，再將乳化后的硅烷偶聯劑加入到鈦酸酯偶聯劑改性的導熱粉中攪拌、混合后在80-100°C下干燥至恒重，除去游離水；然后在100-120°C條件下再次干燥至恒重，使導熱粉表面與硅烷偶聯劑中的羥基縮合；將占導熱粉重量的O. 5-1%的MAH-g-PP完全溶解在二甲苯中，加入到經硅烷偶聯劑處理過的導熱粉中，加熱并攪拌，待二甲苯完全揮發后，得到所述的改性導熱粉。以上所述的聚丙烯復合材料，所述導熱粉為三氧化二鋁、氧化鎂、氮化硼或氮化鋁中的任一種和硅灰石或者碳化硅的混合物。以上所述的聚丙烯復合材料，所述抗靜電劑為石墨和/或碳纖維。以上所述的聚丙烯復合材料，所述偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯。以上所述的聚丙烯復合材料，所述抗氧劑為三甘醇雙-3- (3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4_ 二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種，或由四[3- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比I :1混合而成。以上所述的聚丙烯復合材料，所述增韌劑為馬來酸酐和甲基丙烯酸甲酯雙接枝的乙烯類彈性體。以上所述的聚丙烯復合材料，所述相容劑為馬來酸醉接枝聚乙烯。一種上述聚丙烯復合材料的制備方法，包括步驟
步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌5-10min，攪拌轉速為300_450r/min ；步驟三、將步驟二得到的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170-190 °C、四區溫度170-190 °C、五區溫度170-190 °C、六區溫度115_140°C、七區溫度115-140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350_450r/min。。本發明制備的聚丙烯復合材料，將導熱粉采用偶聯劑進行處理，導熱粉和抗靜電劑兩種填料相互配合協調作用，以更少的填充量實現高性能的導熱性及抗靜電性，且制備的PP材料具有較好的機械性能。 下面通過實施例對本發明進行進一步闡述導熱粉可以選用三氧化二鋁、氧化鎂、氮化硼或氮化鋁中的任一種和硅灰石或者碳化硅的混合物，該導熱粉采用偶聯劑進行處理，具體處理過程如下將占導熱粉重量O. 1-2%的鈦酸酯偶聯劑四異丙基二( 二辛基亞磷酸酰氧基)鈦酸酯用無水溶劑乙醇稀釋，然后把稀釋后的鈦酸酯偶聯劑加入到導熱粉中，加熱并高速攪拌，混合l_2h后溶劑完全揮發，得到鈦酸酯偶聯劑改性的導熱粉；將占導熱粉重量O. 5-3%的硅烷偶聯劑KH550，在水中乳化20_50min，再將該乳化后的硅烷偶聯劑加入到鈦酸酯偶聯劑改性的填料中高速攪拌，混合20-50min后放入烘箱中在80-100°C下干燥至恒重，除去游離水；然后將烘箱溫度升高至100-120°C，再次干燥至恒重，使導熱粉表面與偶聯劑中的羥基縮合；將占導熱粉重量O. 5-1%的MAH-g-PP (南通日之升，CMG5001-W)完全溶解在二甲苯中，加入到經硅烷偶聯劑改性的填料中，加熱并高速攪拌，待溶劑完全揮發后，得到最終處理后的改性導熱粉。鈦酸酯偶聯劑可以用Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯；硅烷偶聯劑優選KH550。增韌劑優選馬來酸酐和甲基丙烯酸甲酯雙接枝的乙烯類彈性體E518。相容劑優選馬來酸酐接枝聚乙烯PE-g-MAH (南通日之升CMG9804)。抗靜電劑優選石墨或導電碳纖維；抗氧劑采用三甘醇雙-3- (3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4_ 二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種，或由四[3- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比I :1混合而成。抗氧劑牌號可以是1010，、168,1076 等。實施例I中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂40%、EVA共聚物(臺塑630))20%、改性導熱粉(鈦酸酯偶聯劑處理過的三氧化二鋁和碳化硅)，其中，三氧化二鋁與碳化硅按重量I :1混合)10. 2%、石墨10%、碳纖維10%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。其制備方法如下
步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170_190°C、四區溫度170-190°C、五區溫度170-190°C、六區溫度115_140°C、七區溫度115_140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。實施例2
實施例2中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂40%、EVA共聚物20%、改性導熱粉(硅烷偶聯劑)處理過的氮化鋁和硅灰石，其中，氮化鋁與硅灰石按重量I :1混合)15. 2%、石墨15%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑 O. 3%。其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170_190°C、四區溫度170-190°C、五區溫度170-190°C、六區溫度115_140°C、七區溫度115_140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。實施例3實施例3中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂40%、EVA共聚物20%、改性導熱粉(鈦酸酯偶聯劑處理過的三氧化二鋁和碳化硅，其中，三氧化二鋁與碳化硅按重量I :1混合)20%、碳纖維10%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170_190°C、四區溫度170-190°C、五區溫度170-190°C、六區溫度115_140°C、七區溫度115_140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。實施例4實施例4中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂60%、改性導熱粉(鈦酸酯偶聯劑處理過的三氧化二鋁和碳化硅，其中，三氧化二鋁與碳化硅按重量I :1混合)10. 2%、石墨10%、碳纖維10%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。其制備方法如下
步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170_190°C、四區溫度170-190°C、五區溫度170-190°C、六區溫度115_140°C、七區溫度115_140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。實施例5實施例5中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂40%、EVA共聚物20%、改性導熱粉(鈦酸酯偶聯劑處理過的三氧化二鋁) 10. 2%、石墨20%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。 其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，導熱粉已采用偶聯劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170_190°C、四區溫度170-190°C、五區溫度170-190°C、六區溫度115_140°C、七區溫度115_140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。對比例I對比例I中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂50%、EVA共聚物20%、石墨10%、碳纖維10%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%、偶聯劑O. 2%。其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，所述導熱粉采用偶聯劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170_190°C、四區溫度170-190°C、五區溫度170-190°C、六區溫度115_140°C、七區溫度115_140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。對比例2對比例2中的聚丙烯復合材料，按重量百分比含量，由以下組分組成PP樹脂50%、EVA共聚物20%、導熱粉20. 2%、相容劑3%、增韌劑5%、潤滑劑O. 5%、抗氧劑O. 3%。其制備方法如下步驟一、按上述的重量百分比含量稱取各個組分；其中，所述導熱粉采用偶聯劑處理過；步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌8min,攪拌轉速為400r/min ；
步驟三、將混合后的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170_190°C、四區溫度170-190°C、五區溫度170-190°C、六區溫度115_140°C、七區溫度115_140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。性能測試及評價將上述實施例1-5及對比例1、2制備的粒子物料先在鼓風烘箱中80_90°C的條件下干燥2小時，然后將干燥好的粒子物料用注射成型機制成標準測試樣條測試。其中，拉伸強度按ASTM D-638標準進行檢驗。試樣類型為I型，樣條尺寸(mm)(176±2)(長)Χ (12·6±0·2)(端部寬度)Χ ( 3·05±0·2 )(厚度)，拉伸速度為 50 mm/min ；缺口沖擊強度按ASTM D-256標準進行檢驗。試樣類型為I型，試樣尺寸(mm): (63±2) X (12. 45±0. 2) X (3. 1±0· 2);缺口類型為 A 類，缺口剩余厚度為 I. 9 mm ;表面電阻率和體積電阻率按IEC 60093標準測試，導熱系數按ASTM D5470標準測試。實施例1-5及對比例1、2的材料性能測試數據如下表
權利要求
1.一種聚丙烯復合材料，其特征在于，按重量百分比由以下組分組成 PP 樹脂30-50%; EVA 共聚物10-25%; 改性導熱粉10-25%； 抗靜電劑10-20% 碳纖維10-20%; 相容劑2. 5-5. 5%； 增韌劑4-7%; 潤滑劑0.1-0.5%; 抗氧劑0. 1-1%； 其中，所述的改性導熱粉是采用偶聯劑處理過的導熱粉，其制備過程如下 將占導熱粉重量0.1-2%的鈦酸酯偶聯劑用無水溶劑稀釋，然后把稀釋后的鈦酸酯偶聯劑加入到導熱粉中，加熱并攪拌、混合，溶劑完全揮發后，得到鈦酸酯偶聯劑改性的導熱粉； 將占導熱粉重量的0. 5-3%的硅烷偶聯劑，在水中乳化，再將乳化后的硅烷偶聯劑加入到鈦酸酯偶聯劑改性的導熱粉中攪拌、混合后在80-100°C下干燥至恒重，除去游離水；然后在100-120°C條件下再次干燥至恒重，使導熱粉表面與硅烷偶聯劑中的羥基縮合； 將占導熱粉重量的0. 5-1%的MAH-g-PP完全溶解在二甲苯中，加入到經硅烷偶聯劑處理過的導熱粉中，加熱并攪拌，待二甲苯完全揮發后，得到所述的改性導熱粉。
2.根據權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述導熱粉為三氧化二鋁、氧化鎂、氮化硼或氮化鋁中的任一種和硅灰石或者碳化硅的混合物。
3.根據權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述抗靜電劑為石墨和/或碳纖維。
4.根據權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述偶聯劑為Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、Y-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷或異丙基三油酸酰氧基鈦酸酯。
5.根據權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述抗氧劑為三甘醇雙-3- (3-叔丁基-4-羥基-5-甲基苯基)丙烯腈、三(2，4-二叔丁基酚)亞磷酸酯中的一種，或由四[3- (3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2，4_ 二叔丁基苯酯)按重量比1:1混合而成。
6.根據權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述增韌劑為馬來酸酐和甲基丙烯酸甲酯雙接枝的乙烯類彈性體。
7.根據權利要求I所述的聚丙烯復合材料，其特征在于，所述相容劑為馬來酸醉接枝聚乙烯。
8.—種權利要求I所述聚丙烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括步驟 步驟一、按權利要求I所述的重量百分比含量稱取各個組分； 步驟二、將稱取的各個組分倒入攪拌桶中攪拌5-10min，攪拌轉速為300-450r/min ； 步驟三、將步驟二得到的混合物料投入雙螺桿擠出機中，經熔融反應，擠出造粒；雙螺桿擠出機的工藝條件為一區溫度160-180°C、二區溫度170-190°C、三區溫度170_190°C、四區溫度170-190°C、五區溫度170-190°C、六區溫度115_140°C、七區溫度115_140°C、八區溫度 115-140°C ;螺桿轉速 350-450r/min。
全文摘要
本發明公開了一種聚丙烯復合材料及其制備方法。聚丙烯復合材料按重量百分比由以下組分組成PP樹脂30-50%;EVA共聚物10-25%;改性導熱粉10-25%;抗靜電劑10-20%;碳纖維10-20%;相容劑2.5-5.5%;增韌劑4-7%;潤滑劑0.1-0.5%;抗氧劑0.1-1%;其中，所述的改性導熱粉是采用偶聯劑處理過的導熱粉。本發明制備的聚丙烯復合材料，將導熱粉采用偶聯劑進行處理，導熱粉和抗靜電劑兩種填料相互配合協調作用，以更少的填充量實現高性能的導熱性及抗靜電性，且制備的PP材料具有較好的機械性能。
文檔編號B29C47/92GK102807706SQ20121026394
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月27日 優先權日2012年7月27日
發明者徐東, 徐永, 許江威 申請人:深圳市科聚新材料有限公司